Infokommunikáció Forgalmi tervezés, VoIP - Varga Pál, BME TMIT -
Áttekintés Slide-okból NEM lehet tanulni! Forgalmi tervezés VoIP 2 Varga Pál BME TMIT
Blokkolás elkerülése forgalmi tervezés Adott számú előfizető Mennyien telefonálnak egyszerre? Ki mennyi ideig telefonál? ( átlag: h ) Mennyi új hívás érkezhet másodpercenként? ( i ) A forgalom: A = i h A fentiek alapján: Mekkora kapcsoló kell? (mennyi beszédáramkör) ( N ) 3
Erlang B és C formulák Mi a valószínűsége, hogy nem kap vonalat az előfizető? Blokkolás a központban Erlang B formula Egy kiszolgáló átlagos kihasználtsága: A a= [1 - P B ] N 4 Mi a valószínűsége, hogy várnia kell a kiszolgálásra? Call Center kapacitás Erlang C formula C B
Erlang B - grafikonon 5
Erlang C kalkulátorral 6
VoIP Voice Over Internet Protocol Beszédátvitel IP felett Hogyan működik nagy vonalakban az IP feletti beszédátvitel? Mi a kodek feladata, hogyan választunk? Mi a QoS Quality of Service? Különféle kapacitástervezési kérdések 7
VoIP architektúrák IP feletti beszédátvitel. De mennyire IP? 1. alig pl. két telefonközpont összekötése egy IP trönkkel (trönk = kapcsolóközpontok közötti nyalábolt átviteli út) 2. jobban PSTN végberendezések IP eszközökhöz csatlakoznak pl. PC kártya IP router PSTN interfésszel IP alapú telefonközpont ezek az eszközök végzik a PSTN/VoIP átjárást pl. tárcsahang generálás, jelzés fordítás, stb. 8
VoIP architektúrák IP feletti beszédátvitel. De mennyire IP? (--- folyt.) 3. szinte teljesen VoIP végberendezés kinézetre hasonlít egy hagyományos telefonhoz IP címmel pl. Ethernet csatlakozóval plusz szolgáltatásokkal (pl. webböngésző) Softphone = VoIP szoftver pl. Skype, ICQ, Windows Messenger, stb. futhat PC-n, PDA-n, mobiltelefonon is 9 2.-3. eset: VoIP/PSTN átjáró a VoIP hálózat határán
VoIP architektúrák Négy funkcióhalmaz jelzési feladatok beszédkódolás és dekódolás beszédcsomagok szállítása együttműködés más VoIP/PSTN hálózatokkal (gateway funkciók) 10
Szélsőséges példa: VoIP, Mobil Internet felett Átviteli lehetőségek és hibáik Cellás vezetéknélküli rendszerek (GSM, UMTS, LTE ) Wireless LAN-ok - 802.11 Multi-hop wireless Műholdas átvitel Alacsony sávszélesség Nagy és változó késleltetés Aszimmetrikus uplink/downlink 11 Varga Pál BME TMIT
Beszédhívás mobil adathálózaton Skype Client Skype Client 12 Varga Pál BME TMIT
Mobil Internet - példa Mozgó végpont feléled Jelzi magáról, hogy megérkezett: ICMP hazai hálózat? idegen hálózat? Azonosítási cím kérése: DHCP Regisztrációs lépések Jelzés a hazai hálózatba Azonosítás az új hálózatban Megismerteti magát a helyiekkel : ARP válasz Forgalmazás IP felett 13 Varga Pál BME TMIT
A protokoll-sztekk Alkalmazások (pl. FTP, HTTP) RTP SIP UDP TCP SCTP ICMP IP ARP Adatkapcsolati réteg (pl. Ethernet, ATM) Fizikai réteg (pl. WLAN, Optika) 14 Varga Pál BME TMIT
IP-alapú átvitel 15 Manapság tipikusan Ethernet felett de nem kizárólag! IP felett: a szolgáltatásokhoz illeszkedő transzport protokoll UDP TCP SCTP Valahol megjelenik az IP réteg Lehet, hogy több IP-fejrész is van az üzenetben! Apps. TCP IP SNDCP LLC BSSGP TCP (NS) IP L2TP Ethernet Optikai szál Varga Pál BME TMIT
Internet Protocol (IP) Elrejti a hordozó hálózat tulajdonságait Nem megbízható Best-effort Kapcsolatmentes A csomagok sorrendhelyessége NEM biztosított Csomagok elveszhetnek Csomagok duplikálódhatnak 16 Varga Pál BME TMIT
Address Resolution Protocol - ARP A forrásnak tudnia kell a cél hardver-címét mielőtt IP csomagokat küldhetne neki ARP segítségével hardver-címet rendelünk IP címhez Az ARP a helyi hálózaton küldött üzenetszórás (broadcast) segítségével állapítja meg a kérdéses IP címhez tartozó hardver-címet 17 Az ARP gyorsítótárban (cache) tárolja az összerendeléseket, hogy később használhassa (ez kiíratható az arp a paranccsal Windows alatt) Varga Pál BME TMIT
Internet Control Message Protocol, ICMP 18 Hibajelentésekre és IP szintű vezérlő üzenetek továbbítására Direkt IP csomagokban Gyakran használt debuggoló eszköz Ping, traceroute IP Header Type of Message Error Code Checksum Parameters, if any Information 8b 8b 16b Var Var TYPE FIELD 0 3 4 5 8 11 12 13 14 15 16 17 18 ICMP Message Types Echo Reply (válasz adás) Destination Unreachable Source Quench Redirect (change a route) Echo Request (válasz kérés) Time exceeded for a packet (TTL lejárt) Parameter problem on a packet Timestamp request Timestamp reply Information request (obsolete) Information reply (obsolete) Address mask request Address mask reply Varga Pál BME TMIT
User Datagram Protocol (UDP) Kapcsolat nélküli szolgáltatás nincs állapotinformáció Forrás-nyelő pár azonosítás portszám alapján (alkalmazási szintű nyalábolás) Ellenőrző összeg Az alkalmazás küldési sebességet változatlanul hagyja Valósidejű és multimédia alkalmazások A fejléc 8 bájtos: 19 Varga Pál BME TMIT
Transmission Control Protocol (TCP) Kapcsolatorientált Megbízható kapcsolat Automatikus torlódáskezelés Meghatározza a csomagkövetési időt az alkalmazás nem tudja azt vezérelni A fejléc legalább 20 bájtos: 20 Varga Pál BME TMIT
Csomagolási Terminológia Teljes üzenet TCP Szegmens TCP hdr TCP adat MSS IP Csomag IP hdr 20 bytes IP adat Ethernet Keret Eth. hdr. 20 bytes Ethernet adat 21 14 bytes MTU 1500 bytes 4 byte
Session Initiation Protocol (SIP) Hívásvezérléshez: felépítés és bontás Kérés/válasz handshake TCP, vagy UDP felett is - Szöveges (ASCII) üzenettartalommal SIP User Agent Client INVITE sip:pvarga@tmit.bme.hu SIP User Agent Server 200 OK ACK Media Stream BYE 200 OK 22 host.mit.edu sip.tmit.bme.hu Varga Pál BME TMIT
Hang RTP (Real-Time Transport Protocol) csomagban Kodek IP fejrész (20 byte) UDP fejrész (8 byte) RTP fejrész (12 byte) Beszédinformáció (4-100 byte) RTP UDP IP Nagyobb IP csomag: kisebb overhead nagyobb késleltetés 23
VAD Beszéddetektor Voice Activity Detector Ha az adott fél épp nem beszél, akkor nem küldünk jelet csökkenthető a kodek teljesítményfelvétele (mozgó készüléknél jó) sávszélesség spórolható ha van statisztikus nyalábolás, VoIP pl. ilyen Vevő oldalon komfortzaj, hogy ne legyen zavaró a csend Alkalmazás, pl.: mozgó távbeszélő rendszerek műholdas rendszerek VoIP rendszerek telefon kihangosítók 24
Beszédjel csomagolása, visszaállítása 25 tp - szegmens hossz, csomagolási késleltetés T - csomagtovábbítási idő - a hálózaton való áthaladásból eredő késleltetés tr - vevő oldali késleltetés - egy csomag teljes késleltetése
Kodek jellemzők 26 bitsebesség 2,4 -- 64 kb/s beszédhang-minőség nehéz objektíven mérni MOS (Mean Opinion Score, átlagolt véleménypontok): 15-40 ember pontoz több mintát, az egészet átlagolják 1: elfogadhatatlan, 2: gyenge, 3: közepes, 4: jó, 5: tökéletes 4 felett: nagyon jónak számít kódolási késleltetés minél nagyobb időszeletet dolgozunk fel egyszerre, annál jobban tömöríthetünk -- nagyobb késleltetés árán 0,125 80 ms
ITU-T ajánlás G.729 és G.729A 27 Kódolási összefoglaló Beszéd sávszélesség Bitsebesség Tömörítő algoritmus Megjegyzés G.711 3.4 KHz 45 kbit/s 64 kbit/s PCM Egyszerű amplitudómodulált tömörítés PSTN, ISDN Elhanyagolható késleltetés G.728 3.4 khz 16 kbit/s LD-CELP Szintén 8 khz-es mintavétel G.722 7 khz 48 kbit/s 56 kbit/s 64 kbit/s G.723.1 3.4 khz 5.3 kbit/s 6.4 kbit/s ADPCM LP-MLQ A G.711-nél jobb minőség Közel toll-quality A Netmeetingnél szokásos A GSM-nél még valamivel jobb minőség Bonyolult megvalósítás Nagy késleltetés 3.4 KHz 8 kbit/s CS-ACELP Kis késleltetés A G.723.1-nél még jobb minőség
Késleltetés 150-200 ms egyirányú késleltetés felett már kényelmetlen a telefonbeszélgetés (különböző irodalmi források szerint ) Csak a kódolásból adódó késleltetés PCM, ADPCM: kevesebb, mint 1 ms G.729A (CS ACELP): 25-30 ms egy irányban G.723.1 (MultiRate CELP): 100 ms egy irányban 28