+ All Categories
Home > Documents > Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Date post: 14-Jun-2015
Category:
Upload: alexandru-juncu
View: 2,217 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
19
Evaluarea Performanțelor Evoluția Telefoniei spre Voice over IP Juncu Alexandru 342C1 2010
Transcript
Page 1: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Evaluarea Performanțelor

Evoluția Telefoniei

spre Voice over IP

Juncu Alexandru

342C1

2010

Page 2: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Cuprins:

1. Telefonia clasică și probleme ei

2. Telefonia digitală

3. Telefonia IP

i. Introducere

ii. Componente

iii. Proiectare și implementare

4. Concluzii

Page 3: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Telefonia clasică și probleme ei

Bazele telefoniei se regăsesc în telefoanele analogice,

deoarece, totul pornește la semnale analogice. Vocea umană și toate

sunetele produse sunt semnale analogice.

Cuvântul „hello” în semnal analogic

Page 4: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Telefonia analogică ia un semnal analogic și se folosește de o

rețea electrică pentru a-l transporta, modificând voltajul de pe fir în

funcție de amplitudinea semnalului. Sistemul neceistă un

transmițător, un receptor și o linie pe care să fie transportat

semnalul.

Problema cu această abordare este că pentru fiecare convorbire

telefonică este necesar un circuit permanent. Dacă mai mult de două

telefoane trebuiau să comunice între ele, trebuia să existe o legătură

între fiecare telefon

din rețea (rețea full

mesh). Pentru a

rezolva această

problemă, s-au

introdus centralele de

telefonie, puncte în

care circuitele erau

create dinamic, la

cerere, prin

conectarea de către o persoană a două cabluri. Acest sistem poartă

numele de comuntare de circuit (circuit switching). Numele asociat

este fie PSTN (Public Switched Telephony Network) fie POTS (Plain

Old Telephony System). Sistemul mutiplexa telefonia analogică, dar

nu era scalabilă deoarele era nevoie ca o persoană să administreze

toate circuitele telefonice.

Introducerea centralelor automatie a făcut ca firmele de

telefonie să poată avea un număr mare de clienți abonați la o rețea

telefonică. Dar o problemă încă făcea sistemul nescalabil: conexiunea

Page 5: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

dintre centralele telefonice. Sistemul de circuit switching însemnă că

oricare două telefoane, conectate la aceeași centrală telefonică,

puteau să vorbească între ele (cât timp două telefoane nu sunau la

același telefon), adică un număr maxim de n*(n-1)/2 convorbiri,

numărul de circuite posibile.

Dar dacă telefonele se află

conectate la centrale diferite și

încearcă să comunice între ele, este

nevoie ca cele două centrale să aibă

câte o linie (un circuit) pentru fiecare

convorbire între centrale. Liniile

dintre centrale se numesc legături

de trunchi (trunk links). Atunci când

există multe centrale cu mulți

abonați, numărul de trunk-uri crește

exponențial. Numărul de cabluri

necesare pentru aceste legături de

trunk ajungea atât de mare încât nu

mai încăpeau fizic.

O altă problemă a telefoniei clasice, analogice, este problema

distanței. Orice semnal electric, cum este cel de pe linia de telefon, se

atenuează, adică își pierde din calitate. În sistemul clasic, cum

legătura avea lungimea fizică dintre cele două telefoane, era nevoie

de puncte de regenerare a semnalului, numite repetoare, de obicei

găsite în centralele telefonice și în puncte de distribuție de pe drum.

Page 6: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Telefonia digitală

Digitalizarea înseamnă procesul de a transforma un semnal

analogic (care este un semnal continuu) într-unul digital (care este un

semnal discret). Semnalul analogic este codificat și transmis sub

formă de valori numerice. Telefonia digitală folosește semnale

digitale pentru a transmite vocea.

Telefonia digitală a venit să repare problemele majore ale

telefoniei analogice. Un semnal digital este mult mai puțin susceptibil

Page 7: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

la atenuare (degradarea sunetului) decât unul analogic. Astfel,

calitatea vocii pentru convorbirile pe distanțe lungi era mult mai

înaltă decât în telefonia analogică.

Pentru operatorii de telefonie, avantajul principal venea prin

reducerea costurilor de infastructură. Un semnal digital, spre

deosebire de unul analogic, poate fi multiplexat peste o linie de

telefon. Astfel, mai multe circuite logice puteau să existe peste

același cablu fizic. Numărul de cabluri necesare legăturilor dintre

centrale a scăzut dramatic și sistemul devenea capabil să susțină un

număr mult mai mare de clienți

Tehnica de multiplexare folosită este, de obicei, TDM (Time

Division Multiplexing – Multiplexare în timp). Fiecare convorbire,

reprezentând un canal, primește o cuantă de timp pe linia de trunk.

Pe linia de trunk, sunt trimise bucăți din fiecare canal, într-un mod

echilibrat, round-robbin, la fiecare cuntă de timp, alt canal.

Pe lângă aceste îmbunătățiri, se adaugă și servicii noi pe care

firmele de telefonie puteau să le ofere clienților săi, cum ar fi, apel în

așteptare sau caller id.

Chiar dacă telefonia digitală este mai avansată decât cea

analogică, sunt unele lucruri ce rămân aceleași. Ambele folosesc

transmisie electrică peste un cablu de cupru cu două fire. Mufele de

la telefon au același standard, RJ-11. Voltajul folosit pe fir pentru

Page 8: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

transmiterea semnalului este același și modul de semnalizare a unui

apel este acealași.

Pe lângă vocea trasmisă între cele două telefoane, pe fir/canal

sunt transmise și semnalizările. Aceste semnale includ transmiterea

cifrelor din numărului de telefon apelat (care fie e trimis prin puls, fie

prin ton –DTFM), semnal de ocupat, sau mesaj că telefonul de la

distanță sună.

Procesul de digitalizare are 4 pași:

Eșantionarea semnalului

Quantizarea semnalului

Encodarea eșantionului

Compresia eșantionului

Pentru a transforma semnalul continuu în unul discret, este

nevoie de alege doar unele puncte de pe curba semnalului. Acestă

eșantionare se face la un anumit interval de timp, după regula dată

de Formula lui Nyquist. Formula afirmă că pentru a putea reproduce

un semnal digitalizat (convertit înapoi în semnal analogic), este

nevoie ca el să fie eșantionat la de două ori cea mai înaltă frecvență a

semnalului. Cum vocea umană atinge aproximativ 4KHz, ceea ce

înseamnă că eșantionarea trebuie făcută la 8KHz (8000 eșantionale

pe secundă).

Page 9: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Fiecare eșantion reprezintă o anumită valoare pe o scară

stabilită. Acestă valoare este codificată astfel încât să fie optim

trimisă.

Page 10: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Telefonia IP

Introducere

În afară de rețeaua mondială de telefonie, în lume mai există o

rețea ce se întinde pe tot globul: Internetul, rețeaua globală de date.

Lumea telefoniei și cea a datelor este foarte diferită. Fiecare are

propriile standarde și protocoale și modalități de a transmite

informația.

Internetul se bazează pe IP (Internet Protocol) și pe

transmiterea de pachete de date ce conțin informație utilă.

Dispozitivele ce fac comutarea de pachete sunt switch-urile și

routerele. Totul se bazează pe protocoalele din stiva TCP/IP.

Page 11: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Ce avem acum...

POTS(Plain Old Telephony Network)

Internet

Rețea de voce Rețea de date

Comuntare de circuite Comutare de pachete

Semnale Digitale și Analogice Pachete de date

Ce se dorește...

Rețea convergentă

Rețea de date și de voice

Comutare de pachete

Compatibilă cu vechile semnale

Telefonia IP, sau Telefonia Voice over IP (VoIP) este o încercare

de a unifica rețele de telefonie și de date într-o singură rețea

convergentă. Este o încercare foarte curajoasă, deoarece are

implicații atât tehnologice, cât și financiare și chiar sociale. Este un

concept foarte nou și încă în dezvoltare, dar cu un potențial foarte

mare pentru viior. Unificarea serviciilor de date și voce va însemna

costuri reduse pentru infrastructură, o creștere în calitatea

convorbirilor, o scădere în prețurile unui apel și în mărirea numărului

de servicii oferite de firmele de telecomunicații.

Page 12: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Rețeaua de telefonie

Rețeaua de date

Page 13: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Componentele unei rețele VoIP

O rețea Voice over IP are multe componente ce trebuiesc luate

în calcul:

Componentele hardware: echipamentele din nucleu,

echipamentele de interconectare, dispozitive terminale

Aplicațiile: software pentru server, software pentru client,

software de administrare

Protocoalele: standardele ce permit interconectarea

sistemului

Dispozitivele terminale sunt

telefonalele. Acestea pot fi fie

Telefoane IP, care înțeleg VoIP și

care se conectează direct la rețeaua

VoIP sau telefoane clasice (POTS)

care înțeleg doar semnale digitale

sau analogice și care se conectează

la rețeaua IP printr-un dispozitiv de

interconectare numit ATA.

Aceste dispozitive se conectează prin cablu de rețea

(Cat5e/Cat6) ce au mufe RJ-45, la o rețea Ethernet printr-un switch.

Din punct de vedere a rețelei de date, sunt echivalentul unor stații ce

au plăci de rețea, cu adrese MAC și IP.

Diferența între telefoanele IP (sau dispozitivele ATA) și

telefoanele clasice este că ele primesc și generează pachete de date

Page 14: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

și înțeleg protocoale de date ca IP, Ethernet, TCP, UDP și protocoale

specifice VoIP ca SIP, H323, SCCP,RTP, pe când telefoanele clasice știu

doar semnale analogice și digitale.

Un dispozitiv terminal poate fi înlocuit software cu o aplicație

numită Softphone. Acestă aplicație rulează pe un PC în cadrul unui

sistem de operare obișnuit.

Faptul că este software, este

foarte răspândit pe post de

client de VoIP.

Aplicația trebuie să știe

protocoalele VoIP, în timp ce

conectarea la rețea este

controlată de sistemul de

operare și placa de rețea.

Componentele de interconectare sunt routerele, switch-urile ce

se regăsesc în orice rețea de date.

O importantă componentă a rețelei de Telefonie IP o reprezintă

serverele de voce. Acestea conectează și administrează celelalte

dispozitive și controlează fluxul de trafic de voce. Sunt aplicații

software care rulează fie pe servere dedicate, fie pe routere cu

module integrate de voce. Scopul unui server de voice este de a

cunoaște toate telefoanele IP și extensiile (numelere de telefon) din

rețea pentru a putea ruta convorbirile inițiate de telefoane. Acestea

fac controlul convorbirilo (filtrare, taxare și jurnalizare).

Page 15: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Dar pentru ca toate componentele să interacționeze unul cu

celălalt, este nevoie de o suită de protocoale. Toată rețeaua VoIP

rulează peste Internet Protocol (IP), care asigură legătura de Nivel 3

din modelul OSI între componentele din rețea. Pe bază IP-ului se face

routarea de pachete (de date sau voce) de la sursă la destinație.

Modul în care pachetele sunt folosite despinde de protocoalele

de nivel înalt. În cazul pachetelor de voice, se folosește UDP (User

Datagram Protocol). Spre deosebire de TCP, celălat protocol, care

este mai sigur din punct de vedere a transferului de pachete, UDP

este prefererat deoarece nu are un overhead atât de mare (este

trimis doar minimul de informatii necesar livrării pachetului). Totuși,

UDP are anumite deficiențe, cum ar fi neordonarea pachetelor, dar

acestea sunt rezolvate prin folosirea unui alt protocol, RTP (Real-time

Transport Protocol), ce face UDP-ul la fel de sigur ca TCP-ul.

Peste toate acestea, rulează protocoalele specifice Voice over

IP: protocoale deschise ca SIP (Session Initiation Protocol) sau H323

și protocoale proprietare ca SCCP sau MGCP. Acestea sunt

responsabile cu stabilirea, controlul, filtrarea, contorizarea, taxarea,

administrarea și incheiearea conversațiilor telefonice.

Page 16: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Formatul în care sunt codate sunetele în pachete de date este

stabilit de codec. Calitatea fluxului audio precum și consumul de

bandă necesar conversației depinde de ce codec este folosit. Printre

cele mai importante sunt: G.711, .G722, G.726, G722.

Calitatea convorbirilor este măsurată pe scara MOS, o scară de

la 1 la 5, 5 fiind sunetul perfect. Telefonia clasică (POTS) obține un

scor de 4.

Codec & Bit

Rate (Kbps)

Mărire Sample

Codec (Bytes)

Interval Sample

Codec (ms)

Mean Opinion

Score (MOS)

G.711 (64

Kbps)

80 Bytes 10 ms 4.1

G.729 (8 Kbps) 10 Bytes 10 ms 3.92

G.723.1 (6.3

Kbps)

24 Bytes 30 ms 3.9

G.723.1 (5.3

Kbps)

20 Bytes 30 ms 3.8

G.726 (32

Kbps)

20 Bytes 5 ms 3.85

G.726 (24

Kbps)

15 Bytes 5 ms

G.728 (16

Kbps)

10 Bytes 5 ms 3.61

Page 17: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Proiectare și implementare

Când proiectăm o rețea Voice over IP, trebuie să luăm în

considerare unele lucruri cum ar fi infrastrucura deținută și cea

necesară, numărul de utilizatori, bugetul, serviciile dorite și chiar

probleme legale.

În primul rând, este nevoie de o infrastructură IP, adică de o

rețea care să routeze pachete IP de la sursă la destinație. Acest lucru

însemnă a avea echipamente ca switch-uri pentru conectivitate

locală, routere pentru conectivitate WAN, access point-uri pentru

dispozitive wireless și cabluri pentru a lega aceste dispozitive. Pentru

a avea conectivitate IP în toată rețeaua, protocoale de routare

trebuiesc configurate. De asemenea, mai trebuiesc luate în

considerare firewall-uri pentru securitate, servere DHCP pentru

alocarea adreselor și servere de management a utilizatorilor ca LDAP

sau Active Directory. În caz că se folosește NAT trebuie verificat că

telefoanele IP pot comunica între ele în spatele său.

Pentru a avea o rețea pregătită pentru telefonie IP,

trebuie ca rețeaua să ofere QoS (Quality of Service). Acest lucru

înseamnă că traficul de voice trebuie prioritizat și să se aibă în vedere

factori ca:

Lățimea de bandă – viteza dintre dispozitive

Page 18: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Latența – timpul necesar ca un pachet să ajungă la

destinație

Jitter – diferența de timp dintre pachete

Packet loss – numărul de pachete pierdute pe drum

După ce infrastructura a fost construită, trebuie

implementatăpartea de VoIP, ce însemnă stabilirea protocoalelor

(SIP, H323, SSCP) și a codecurilor folosite și a aplicațiilor necesare.

În nucelul rețelei VoIP este Call Agent-ul. Acesta este serverul

VoIP, creierul rețelei. Poate să fie fie un router ce rulează servicii de

voce (ca Cisco Call Manager Express) sau un un server dedicat ce

rulează servicii (ca Asterisk sau openSIPS).

Dacă rețeaua VoIP trebuie să interactioneze cu telefonia clasică

(POTS), serverele vor avea nevoie de module speciale care să facă

legătura între semnalul digital sau analogic și pachetele de date.

Astfel de module sunt FXO, FXS, T1/E1.

Nu în ultimul rând, trebuie avut în considerare Telefoanele IP.

Page 19: Evoluția Telefoniei spre Voice over IP

Concluzii

Ideea de Voice over IP este nouă și pentru lumea de date și

pentru cea de telefonie. Este încă în dezvoltare, dar a ajuns în punctul

în care este comparabilă cu telefonia clasică ce are peste 100 de ani

de experiență.

Multe companii au adoptat solutii VoIP și rezultatele se văd în

scăderea costurilor apelurilor și în creșterea calității serviciilor de

telefonie.

Implementarea unei soluții de VoIP necesită investiții destul de

mari din partea unei companii și din punct de vedere a

echipamentelor și a specialiștilor ce operează rețeaua. Proiectarea

unei rețele Voice over IP este dificilă și trebuiesc luați în considerare

mulți factori, ca securitatea sau calitatea serviciilor.

Voice over IP va fi viitorul telecomunicațiilor și va înlocui,

treptat telefonia clasică. Alte servicii similare sunt în dezvoltare, cum

ar fi Video over IP.


Recommended