Voice Over Internet Protocol
Content
VOICE OVER INTERNET PROTOCOL (VoIP)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Uvod Intranet telefonija utire put Internet telefoniji VoIP aplikacije Tehnička ograničenja Standardi Budućnost VoIP telefonije Literatura
1.UVOD
Organizacije širom svijeta nastoje smanjiti rastuće komunikacijske troškove. Sjedinjavanje odvojenih glasovnih, fax i podatkovnih resursa nudi priliku za značajne uštede. Stoga, izazov integriranja govora,fax-a i podataka postaje rastući prioritet za mnoge ˝network managers˝. Organizacije forsiraju rješenja koja će im omogućiti da imaju koristi od povečanog kapaciteta širokopojasnih mreža za prijenos govora,fax-a i podataka. Mogućnost govorne komunikacije putem Interneta, radije nego putem PST, prvi put je postala stvarna u veljači 1995 kada je Vocaltec, INC. izbacio svoj Internet Phone software. Napravlen da radi na 486/33-MHz (ili većem) PC-u opremljenom zvučnom karticom, zvučnicima, mikrofonom i modemom, taj software je komprimirao govorni signal i pretvarao ga u IP pakete za prijenos putem Interneta. Ovakva PC-to-PC Internet telefonija radila je jedino ako obje strane koriste Internet Phone software.
Slika 1. Pc konfiguracija za VoIP
U relativno kratkom vremenu od tih početaka, Internet telefonija je rapidno napredovala. Mnogi proizvođaći softwera sada nude software za PC telefoniju, što je još važnije gateway serverirazvijaju se da djeluju kao poveznica između Interneta i PSTN (slika 2.). Opremljeni sa karticama za procesiranje govora omogućuju korisnicima da komuniciraju putem standardnih telefona.
Slika 2. Topologija PC-to Phone
Slika 3. Dio VoIP veze: PC-to Phone
Poziv ide preko lokalne PSTN mreže do najbližeg gateway servera, koji digitalizira analogni govorni signal, komprimira ga u IP pakete i šalje na Internet do gateway servera primatelja(slika 4.).
Sa podrškom za kompjuter-telefon pozive,telefon-kompjuter te telefon-telefon pozive, Internet telefonija predstavlja značajan korak naprijed u integraciji govornih i podatkovnih mreža.
Slika 4. Dio VoIP veze
Internet telefonija privlači sve više i više korisnika zbog toga što nudi značajne uštede u odnosu na PSTN. Korisnici mogu premostiti međunarodne operatere te obavljati svoje razgovore putem Interneta plaćajući samo uobičajenu mejsečnu ratu za korištenje Interneta.
Slika 5. PC-Telefon veza
Slika 6. Telefon-Telefon veza
2. INTRANET TELEFONIJA UTIRE PUT INTERNET TELEFONIJI
Iako ubrzano napreduje, Internet telefonija još ima dosta problema sa pouzdanošću i kvalitetom zvuka, primarno zahvaljujući ograničenjima u Internet propusnosti te trenutnim kompresijskim tehnologijama. To rezultira da mnoge korporacije nastoje smanjiti svoje telefonske račune ograničavajući svoje Internet telefonija aplikacije na svoje Intranete. Sa mnogo predvidljivijom propusnošću ivećim kapacitetom nego na javnom Internetu, Intranet može podržati full-duplex govornu komunikaciju u realnom vremenu. Korporacije uglavnom ograničavaju svoj Internet govorni promet na halfduplex asinkrone aplikacije( voice messaging ). Internet telefonija unutar intraneta omogučava korisnicima da uštede na udaljenim pozivima izmedju gradova i država, oni mogu obaviti point-to-point poziv preko gateway servera spojenog na LAN. Nije potreban nikakav PC baziran software ili Internet račun. Na primjer, Korisnik A u Zagrebu želi uspostaviti (point-to-point) poziv do korisnika B u uredu kompanije u New Yorku. On podiže slušalicu i bira predbroj da se spoji sa gateway serverom koji je opremljen telefonskim podsustavom i softwearom za kompresiju-konverziju govora, server konfigurira private branch exchange (PBX) da digitalizira dolazeći poziv. Korisnik A tada bira broj od ureda u New Yorku,a gateway server prenosi (IP-paketiran) poziv preko IP-bazirane wide area network (WAN) do gatewaya u New Yorku. Gateway u New Yorku pretvara digitalni signal nazad u analogni format i dostavlja ga do pozivane strane.
Slika 8. Internet Telephony Gateway
3. VoIP APLIKACIJE
Prva aplikacija prikazana u Slici 9. , mrežna konfiguracija organizacije koja ima mnogo podružnica (npr. banka) te želi smanjiti troškove i spojiti promet da omoguči govorni i podatkovni pristup glavnom uredu. Ovo se postiže koristeći paketnu mrežu da omogući standardnu transmisiju podataka dok se u isto vrijeme poboljšava da prenosi govorni promet skupa sa podacima. Ovakava mrežna konfiguracija će imati koristi ako je govorni promet komprimiran kao rezultat niske propusnosti dostupne za ovakve aplikacije. Govor preko paketne mreže omogučava interworking function (IWF) , što je fizička implementacija hardwarea i softwarea koji omogućava transmisiju kombiniranog govora i podataka preko paketne mreže. Sučelja koja IWF mora podržavati u ovom slučaju su analogna sučeljakoja direktno povezuju telefonske sustave. IWF mora oponašati PBX za telefonske terminale u uredimakao i funkcije za PBX u glavnim uredima. IWF postiže to implementirajuće signalizacijski software koji obavlja te zadaće.
Slika 9. Aplikacije za mreže glavni ured-podružnica
Druga VoIP aplikacija, prikazana u Slici 10. , je ˝trunking˝ (glavni link) aplikacija. U ovakvom scenariju, organizacija želi slati govorni promet između dvije lokacije preko paketne mreže i zamjeniti uske veze korištene za povezivanje PBX-a sa lokacijama. Ova aplikacija obično zahtijeva da IWF podržava digitalne kanale večeg kapaciteta nego aplikacije za glavni ured-podružnica veze ,kao što su T1/E1 sučelja od 1.544 ili 2.048 Mbps. IWF oponaša signalne funkcije PBX-a, rezultirajući značejnim uštedama u komunikacijskim troškovima kompanije.
Slika 10. Interoffice Trunking Application
Treća aplikacija VoIP softwarea je međumržni rad sa mobilnim mrežama(slika 11.) Govorni podaci u digitalnim mobilnim mrežama su već komprimirani i paketizirani za prijenos zrakom putem mobilnog telefona. Paketne mreže mogu tada prenijeti komprimirani govorni paket, ušteđujući ogrou količini propusnog pojasa. IWF
omogučava funkciju prekodiranja potrebnu za pretvaranje govornih podtaka iz mobilnih mreža u format koji traži PSTN.
4. TEHNIČKA OGRANIČENJA
Krajnji cilj Internet telefonije je naravno, pouzdan i visoko kvalitetna govorna usluga, ona oju korisnici imaju u PSTN. Trenutno međutim, taj nivo pouzdanosti i kvalitete govora nije moguć na Internetu, primarno zbog ograničenja u propusnom pojasu koje dovode do gubitka paketa. U govornim komunikacijama, gubitak paketa se manifestira prazninama i periodima tišine u konverzaciji, dovodeći do isprekidanog govora koji je za većinu korisnika neprihvatljiv u poslovnim komunikacijama.
Figure 9. Internet Telephony
Internet, skupina više od 130 000 mreža, dobiva više od milion novih korisnika svaki mjesec. Rastuća ogromna upotreba ograničenog propusnog pojasa rezultir zagušenjima, koji uzrokuju kašnjenja paketa. Ta kašnjenja znače da je paket izgubljen ili odbačen. Pošto je Internet paketno-komutirana ili beskonekcijska mreža, pojedini paketi svskog govornog signala putuju preko različith puteva spajajući se u pravilnim sekvencama na krajnjoj destinaciji. Iako to omogučava mnogo učinkovitiju upotrebu mrežnih resursa nego kod komutacije kanala PSTN-a, istodobno povečava šansu gubljenja paketa. Prednosti smanjenja troškova i manjeg korištenja propusnog pojasa prilikom prenošenja govora preko paketnih mreža je povezana sa nekim pitanjima quality-ofservice (QoS) jedinstvenim za paketne mreže. -Delay (kašnjenje) Delay uzrokuje dva problema: eho i talker overlap-(uskakanje jednog govornika drugom u govor,preslušavanje). Eho je prouzrokovan refleksijom signala govornikova glasa sa udaljene telefonske opreme nazad u govornikovo uho. Eho postaje značajan problem kada kašnjenje na povratnom putu postane veće od 50 milisekundi. Pošto je eho noznačen kao značajan problem u kvaliteti govora, voice-over-packet sistemi moraju težiti eho kontroli i implementaviji nekih oblika poništavanja eha. Talker overlap postaje značajan ako kašnjenje u jednom smjeru postane veće od 250 milisekundi. Slijede izvori kašnjenja u end-to-end,voice-over-packet pozivu:
-Accumulation Delay(algorithmic Delay) Ovo kašnjenje nastaje zbog potrebe skupljanja okvira govornog uzorka tako da bude obrađen u govornom koderu. Ovisi o tome koji se govorni koder upotrebljava i varira od pojedinačnog vremena uzorkovanja(.125 mikrosekundi) do više milisekundi. Evo neki standardni koderi govora i njihova vremena okvira: • G.726 adaptive differential pulse-code modulation (ADPCM) (16,24,32,40 kbps)0.125 mikrosekundi • G.728 LD-code excited linear prediction (CELP)(16 kbps)- 2.5 milisekundi • G.729 CS-ACELP (8 kbps)- 10 milisekundi • G.723.1 Multirate Coder (5.3,6.3 kbps)-30 milisekundi -Processing Delay Ovo kašnjenje je uzrokovano procesom kodiranja i skupljanja kodiranih uzoraka u paket za prijenos preko paketne mreže. Kašnenje kodiranja je funkcija korištenih procesora i algoritama. Često, višestruki okviri kodiranog govora će biti skupljeni u jedan paket da se smanje troškovi paketne mreže. Na primjer, tri okvira G.729 kodne rijeći, adekvatno 30 milisekundi govora, može biti skupljeno i pakirano u jednom paketu. -Network delay Kašnjenje je uzrokovao fizičkim medijem i protokolima korištenim za prijenos govornih podataka te baferima( buffers) korištenim za uklanjanje packet jittera na primateljevoj strani. Network Delay je funkcija kapaciteta veza u mreži i obrade koja se pojavlje nad paketima dok prolaze mrežom. Jitter buffers dodaju delay koji se koristi da bi uklonio packet-delay varijacije čemu je svaki paket podložan dok prolazi mrežom. Ovo kašnjenje može biti veliki dio ukupnog kašnjenja, pošto packet-delay varijacije mogu biti čak 70 do 100 milisekundi u nekim frame relay i IP mrežama. -Jitter Kašnjenje nastaje zbog potrebe da se ukloni jitter, varijabilno međupaketno vremensko usklađivanje prouzročeno ukrštavanjem paketa u mreži. Uklanjanje jittera zahtijeva skupljanje paketa te njihovo zadržavanje dovoljno dugo da i najsporiji paket dođe na vrijeme da bude pušten u pravilnoj sekvenci. Dva sukobljavajuća zadatka u smanjivanju kašnjenja i uklanjanju jittera su prouzročila različite sheme prilagođavanja jitter buffer size da odgovara promjenjljivim vremenskim zahtjevima uklanjanja jittera u mreži. Takve prilagode imaju jedini zadatak da smanje veličinu i kašnjenje jitter buffera dok u isto vrijeme spriječavaju buffer underflow uzrokovan jitterom. Slijede prikazi dva pristupa u prilagođavanju jitter buffer size. Izbor pristupa će zavisiti od vrste paketne mreže. Prvi pristup je mjerenje varijacije nivoa paketa u jitter bufferu u nekom vremenskom periodu, prilagođavajući veličinu buffera da odgovara procijenjenom jitteru. Ovaj pristup najbolje radi sa mrežama koji pružaju konstantnu vremensku prisutnost jittera, kao što su ATM mreže.
Drugi pristup je u brojanju paketa koji dolaze kasno te kreiranju omjera ovih paketa u odnosu na broj paketa koji su uspješno obrađeni(procesuirani). Ovaj omjer se tada koristi u podešavanju jitter buffera u veličinu prethodno određenu, dopušteni omjer kašnjenja paketa. Ovaj pristup najbolje radi u mrežama sa visokom varijabilnosti paketnih međudolazaka kao što su IP mreže. -Lost-Packet Compesation Izgubljeni paketi mogu biti još ozbiljniji problem, ovisno o vrsti paketne mreže koja se koristi. Pošto IP mreže ne garantiraju isporuku one će obično iskazati više izgubljenih paketa od ATM mreža. U trenutnim IP mrežama svi govorni okviri su tretirani kao podatci. Uslijed vršnih opterećenja i zagušenja, govorni okviri će biti ispušteni jednako kao i podatci. Podatci nisu osjetljivi na gubljenje paketa i izgubljeni paketi se mogu adekvatno ispraviti putem procesa retransmisije. Izgubljeni govorni paketi, međutim, ne mogu se rješavati na ovaj način. Neki od načina koji se koriste u voice-over-packet software-u da ublaže problem izgubljenih paketa su: • interpolacija za izgubljene govorne pakete, ponovnim puštanjem zadnjeg primljenog paketa tijekom intervala u kojem je trebao biti pušten izgubljeni paket; ova metoda je jednostavan način kojim se popunjava vrijeme između ˝nedodirujućih˝govornih okvira; radi dobro kada je pojavljivanje izgubljenih okvira rijetko; ne radi dobro ako dobro kada broj izgubljenih okvira dolazi u redu ili je praskav (burst). • poslati preobilnu količinu informacija na uštrb korisne upotrebe propusnog pojasa; ovaj osnovni pristup kopira i šalje n-ti paket govorne informacije skupa sa (n+1)-tim paketom; ova metoda ima prednost u tome što je u mogućnosti točnog ispravka baš tog izgubljenog paketa, ipak ovaj pristup koristi mnogo propusnog pojasa i time stvara dodatno kašnjenje. • koristiti hibridni pristup sa govornim koderom koji koristi niži propusni pojas da ostvarimo preobilnu količinu informacija nošenih skupa sa (n+1)-tim paketom; ovo smanjuje potrebu dodatnog propusnog pojasa ali neuspješno rješava problem kašnjenja. Echo Compesation Eho u telefonskim mrežama je uzrokovan refleksijom signala koju stvaraju hibridni krugovi(račvalice), u pretvorbi iz četverožičnih krugova( odvojeno odašiljanje i primanje-četvorke) i dvožičnih( zajedničko primanje i odašiljanje-parice). Ove refleksije govornikova glasa se čuju u njegovu uhu. Eho je prisutan čak i kod PSTN, ipak tu je prihvatljiv jer je povratni put kašnjenja kroz mrežu manji od 50 milisekundi te je eho maskiran normalnim šumom koji svaki telefon generira. Eho postaje problem u voice-over-packet mrežama jer je povratni put kašnjenja kroz mrežu gotovo uvijek veći od 50 milisekundi. Zbog toga se uvijek koriste tehnike poništavanja eha. ITU standard G.165 definira zahtjeve izvršavanja što se trenutno traže kod eho poništivača. ITU definira mnogo strože zahtjeve u G.IEC specifikaciji.
Eho se stvara prema paketnoj mreži iz telefonske mreže. Eho poništivač uspoređuje govorne podatke primljene iz paketne mreže u kojoj se podatci šalju paketnoj mreži. Eho iz račvalica sa telefonske mreže se uklanja digitalnim filterom na prijenosnom putu prema paketnoj mreži.
5. STANDARDI
Već sada, a pogotovo uslijedećih nekoliko godina industrija će odgovoriti ograničenjima u propusnom pojasu nadograđujući Internet backbones(glavna čvorišta) na asynchronous transfer mode(ATM), koji je disajniran da barata sa govorom, podatcima i video prometom istodobno. Takva optimizacija mreže će ići toliko narijed da će eliminirati zagušenja u mreži i gubitke paketa. Internet industrija također se ˝bori˝ sa problemima pouzdanosti mreže i kvalitete zvuka na Internetu kroz postepeno prihvaćanje standarda. Trud u podešavanju standarda je fokusiran na glavne elemente Internet telefonije: format audio codeca; prijenosne protokole; i adresne usluge. U svibnju 1996, International Telecommunication Union(ITU) ratificirala je H.323 specifikaciju koja definira kako će govor, podatci, i video promet biti prenošeni preko IP-baziranih lokalnih mreža(LAN); također utjelovljuje T.120 data-conferencing standard( slika 10.). Preporuke su bazirane na real-time protokolu/real-time control protokolu (RTP/RTCP) za upravljanje audio i video signalima.
Slika 10. H.323 Call Sequence
H.323 se ˝obraća˝ u samu srž aplikacija Internet-telefonije definirajući kako promet osjetljiv na kašnjenje dobiva prioritet da bi osigurao komunikaciju u stvarnom vremenu preko Interneta. ( H.324 specifikacija definira prijenos govora, podataka i videa preko obične telefonske mreže(PSTN), dok H.320 definira protokole prijenosa govora, podataka i videa preko ISDN mreže).
H.323 set preporuka, od kojih je jedna G.729 za audio codecs, koje je ITU ratificirao u studenom 1995. Usprkos ITU preporukama, Voice over IP Forum u ožujku 1997 je glasovao da preporuči G.723.1 specifikaciju preko G.729 standarda. Industrijski konzorcij, kojeg su predvodili Intel i Microsoft, složio se da žrtvuje nešto kvalitete zvuka da bi se dobilo više efikasnosti zbog manjeg zauzeća propusnog pojasa-G.723.1 zahtijeva 6.3 kbps dok G.729 zahtijeva 7.9 kbps. Prihvaćanje audio codec standarda je važan korak od kojeg se oćekuje poboljšanje pouzdanosti i kvalitete zvuka uglavnom za intranet promet i point-to-point IP veze. Da bi se postigla PSTN kvaliteta od standarda se zahtijeva da garantiraju Internet veze. RTP protokol na kojem je H.323 preporuka bazirana u biti je novi sloj protokola za real-time aplikacije; RTP-komplementarna oprema će ukljućiti kontrolne mehanizme za sinhronizaciju različitih prometnih tokova. Ipak, RTP nema nikakve mehanizme za osiguravanje dostave na vrijeme( on-time) prometnih signala ili za oporavak izgubljenih paketa. RTP, također se ne osvrće na quality of service (QoS) da se osigura propusna dostupnost za određene aplikacije. Trenutno je u nacrtu signalingprotocol kojemu je svrha pojačavanje mogućnosti Interneta da se nosi sa pouzdanošću prometa u stvarnom vremenu( da prikaže end-to-end prometne puteve za specifične aplikacije kao što to radi PSTN). Ako se prihvati, resource reservation protocol (RSVP) će biti implementiran u ruterima da utvrdi i održi zahtijevane prijenosne puteve i novu quality of service. Na kraju, tu je i potreba za industrijskim standardima u području imenika kod Interenet telefonije. Imenici su potrebni da osiguraju interoperabilnost između Interneta i PSTN. Lightweight directory accesss protocol (LDAP v3.0) izgleda da se razvija da postane osnova za novi standard.
6. BUDUĆNOST VOICE-OVER-INTERNET (VoIP) TELEFONIJE
Nekoliko faktora u budućnosti će utjecati na razvoj VoIP produkata i usluga. Trenutno, najobećavajuća područja VoIP-a su korporativni intranet i komercijalni extranet. Njihova IP-bazirana infrakstruktura omogućuje operatorima tko može ili nemože koristiti mrežu. Još jedan utjecajan element u tekućoj Internet-telefonskoj evoluciji je VoIP gateway. Kako su ovi gateway-i evoluilari iz PC-baziranih platformi do robusnih uzidanih sistema, svaki od njih će moći obrađivati stotine istovremenih poziva. Dakle, korporacije će raširiti velik broj gateway-a u cilju smanjenja troškova kod visokog obima govornog, podatkovnog i video prometa. Ekonomičnost stavljanja cijelog govornog, podatkovnog i video prometa preko IP-baziranih mreža će usmjeriti kompanije u ovom smjeru, jer će IP djelovati kao sjedinjujuće sredstvo organizacijske mreže bez obzira na korištenu arhitekturu (iznajmljeni vodovi, frame relay, ATM). Komercijalni extraneti, bazirani na konzervativno projektiranim IP mrežama, će dostavljati VoIP i fax preko Internet protokola (FAXoIP) do svekolike javnosti. Garantirajući specifične parametre kao što su kašnjenje paketa, jitter paketa,
interoperabilnost usluga, ovi extraneti će osigurati pouzdanu mrežnu podršku za takve aplikacije. VoIP proizvodi i usluge prenošene javnog interneta bit će tiho tržište koje može tolerirati promjenjljive nivoe tog prijenosnog medija. Pružatelji telekomunikacijskih usluga vjerovatno će se osloniti na javni Internet da bi omogućili telefonske usluge između udaljenih zemljopisnih lokacija koja su danas visoko prometna područja. Nije vjerovatno da će se perfomance javnog interneta značajno poboljšati u slijedeće dvije godine da bi simulirale značajan rast u VoIP za taj medij. Ipak, javni Internet će biti u mogućnosti da nosi govorne i video usluge prilično pouzdano u slijedećih tri do pet godina, kad nastanu dvije kritične promjene: • povećanje od nekoliko redova veličine backbone propusnosti i pristupnih brzina, razvoj i širenje IP/ATM/synchronous optical network( SONET ) te ISDN-a, kabelskih modema te xDSL tehnologija • povezivanje javnog interneta u kojem će korisnici morati plaćati za određeni nivo usluga koje zahtjevaju S druge strane, FAXoIP proizvodi i usluge prekom javnog interneta će postati ekonomski održive mnogo brže nego govor i video, primarnozbog manjih tehničkih ograničenja. U slijedeće dvije godine korporacije će skinuti svoj fax promet sa PSTNa i prebaciti ga na javni internet i korporacijski intranet, prvo kroz FAXoIP gateways i poslije kroz IP-kompatibilne fax strojeve. Standardi za IP-baziran fax prijenos će biti donešeni do kraja godine. Kroz ostatak ovog desetljeća, videokonferencija (H.323) će postati normalna metoda korporacijskih komunikacija, kako mrežne performance i interoperabilnost bude rasla i poslovne organizacije će cijeniti ekonomičnost tog načina komuniciranja. Ubrzo će video kamera biti standardni dio računalnog hardwarea kao i mrežno-računalne naprave za manje od 500$ koje se sad počinju pojavljivati na tržištu. Sve bi to trebalo stimulirati obične korisnike i dovesti VoIP usluge na masovno tržište.
7. LITERATURA
- WWW.IEC.ORG
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Uvod Intranet telefonija utire put Internet telefoniji VoIP aplikacije Tehnička ograničenja Standardi Budućnost VoIP telefonije Literatura
1.UVOD
Organizacije širom svijeta nastoje smanjiti rastuće komunikacijske troškove. Sjedinjavanje odvojenih glasovnih, fax i podatkovnih resursa nudi priliku za značajne uštede. Stoga, izazov integriranja govora,fax-a i podataka postaje rastući prioritet za mnoge ˝network managers˝. Organizacije forsiraju rješenja koja će im omogućiti da imaju koristi od povečanog kapaciteta širokopojasnih mreža za prijenos govora,fax-a i podataka. Mogućnost govorne komunikacije putem Interneta, radije nego putem PST, prvi put je postala stvarna u veljači 1995 kada je Vocaltec, INC. izbacio svoj Internet Phone software. Napravlen da radi na 486/33-MHz (ili većem) PC-u opremljenom zvučnom karticom, zvučnicima, mikrofonom i modemom, taj software je komprimirao govorni signal i pretvarao ga u IP pakete za prijenos putem Interneta. Ovakva PC-to-PC Internet telefonija radila je jedino ako obje strane koriste Internet Phone software.
Slika 1. Pc konfiguracija za VoIP
U relativno kratkom vremenu od tih početaka, Internet telefonija je rapidno napredovala. Mnogi proizvođaći softwera sada nude software za PC telefoniju, što je još važnije gateway serverirazvijaju se da djeluju kao poveznica između Interneta i PSTN (slika 2.). Opremljeni sa karticama za procesiranje govora omogućuju korisnicima da komuniciraju putem standardnih telefona.
Slika 2. Topologija PC-to Phone
Slika 3. Dio VoIP veze: PC-to Phone
Poziv ide preko lokalne PSTN mreže do najbližeg gateway servera, koji digitalizira analogni govorni signal, komprimira ga u IP pakete i šalje na Internet do gateway servera primatelja(slika 4.).
Sa podrškom za kompjuter-telefon pozive,telefon-kompjuter te telefon-telefon pozive, Internet telefonija predstavlja značajan korak naprijed u integraciji govornih i podatkovnih mreža.
Slika 4. Dio VoIP veze
Internet telefonija privlači sve više i više korisnika zbog toga što nudi značajne uštede u odnosu na PSTN. Korisnici mogu premostiti međunarodne operatere te obavljati svoje razgovore putem Interneta plaćajući samo uobičajenu mejsečnu ratu za korištenje Interneta.
Slika 5. PC-Telefon veza
Slika 6. Telefon-Telefon veza
2. INTRANET TELEFONIJA UTIRE PUT INTERNET TELEFONIJI
Iako ubrzano napreduje, Internet telefonija još ima dosta problema sa pouzdanošću i kvalitetom zvuka, primarno zahvaljujući ograničenjima u Internet propusnosti te trenutnim kompresijskim tehnologijama. To rezultira da mnoge korporacije nastoje smanjiti svoje telefonske račune ograničavajući svoje Internet telefonija aplikacije na svoje Intranete. Sa mnogo predvidljivijom propusnošću ivećim kapacitetom nego na javnom Internetu, Intranet može podržati full-duplex govornu komunikaciju u realnom vremenu. Korporacije uglavnom ograničavaju svoj Internet govorni promet na halfduplex asinkrone aplikacije( voice messaging ). Internet telefonija unutar intraneta omogučava korisnicima da uštede na udaljenim pozivima izmedju gradova i država, oni mogu obaviti point-to-point poziv preko gateway servera spojenog na LAN. Nije potreban nikakav PC baziran software ili Internet račun. Na primjer, Korisnik A u Zagrebu želi uspostaviti (point-to-point) poziv do korisnika B u uredu kompanije u New Yorku. On podiže slušalicu i bira predbroj da se spoji sa gateway serverom koji je opremljen telefonskim podsustavom i softwearom za kompresiju-konverziju govora, server konfigurira private branch exchange (PBX) da digitalizira dolazeći poziv. Korisnik A tada bira broj od ureda u New Yorku,a gateway server prenosi (IP-paketiran) poziv preko IP-bazirane wide area network (WAN) do gatewaya u New Yorku. Gateway u New Yorku pretvara digitalni signal nazad u analogni format i dostavlja ga do pozivane strane.
Slika 8. Internet Telephony Gateway
3. VoIP APLIKACIJE
Prva aplikacija prikazana u Slici 9. , mrežna konfiguracija organizacije koja ima mnogo podružnica (npr. banka) te želi smanjiti troškove i spojiti promet da omoguči govorni i podatkovni pristup glavnom uredu. Ovo se postiže koristeći paketnu mrežu da omogući standardnu transmisiju podataka dok se u isto vrijeme poboljšava da prenosi govorni promet skupa sa podacima. Ovakava mrežna konfiguracija će imati koristi ako je govorni promet komprimiran kao rezultat niske propusnosti dostupne za ovakve aplikacije. Govor preko paketne mreže omogučava interworking function (IWF) , što je fizička implementacija hardwarea i softwarea koji omogućava transmisiju kombiniranog govora i podataka preko paketne mreže. Sučelja koja IWF mora podržavati u ovom slučaju su analogna sučeljakoja direktno povezuju telefonske sustave. IWF mora oponašati PBX za telefonske terminale u uredimakao i funkcije za PBX u glavnim uredima. IWF postiže to implementirajuće signalizacijski software koji obavlja te zadaće.
Slika 9. Aplikacije za mreže glavni ured-podružnica
Druga VoIP aplikacija, prikazana u Slici 10. , je ˝trunking˝ (glavni link) aplikacija. U ovakvom scenariju, organizacija želi slati govorni promet između dvije lokacije preko paketne mreže i zamjeniti uske veze korištene za povezivanje PBX-a sa lokacijama. Ova aplikacija obično zahtijeva da IWF podržava digitalne kanale večeg kapaciteta nego aplikacije za glavni ured-podružnica veze ,kao što su T1/E1 sučelja od 1.544 ili 2.048 Mbps. IWF oponaša signalne funkcije PBX-a, rezultirajući značejnim uštedama u komunikacijskim troškovima kompanije.
Slika 10. Interoffice Trunking Application
Treća aplikacija VoIP softwarea je međumržni rad sa mobilnim mrežama(slika 11.) Govorni podaci u digitalnim mobilnim mrežama su već komprimirani i paketizirani za prijenos zrakom putem mobilnog telefona. Paketne mreže mogu tada prenijeti komprimirani govorni paket, ušteđujući ogrou količini propusnog pojasa. IWF
omogučava funkciju prekodiranja potrebnu za pretvaranje govornih podtaka iz mobilnih mreža u format koji traži PSTN.
4. TEHNIČKA OGRANIČENJA
Krajnji cilj Internet telefonije je naravno, pouzdan i visoko kvalitetna govorna usluga, ona oju korisnici imaju u PSTN. Trenutno međutim, taj nivo pouzdanosti i kvalitete govora nije moguć na Internetu, primarno zbog ograničenja u propusnom pojasu koje dovode do gubitka paketa. U govornim komunikacijama, gubitak paketa se manifestira prazninama i periodima tišine u konverzaciji, dovodeći do isprekidanog govora koji je za većinu korisnika neprihvatljiv u poslovnim komunikacijama.
Figure 9. Internet Telephony
Internet, skupina više od 130 000 mreža, dobiva više od milion novih korisnika svaki mjesec. Rastuća ogromna upotreba ograničenog propusnog pojasa rezultir zagušenjima, koji uzrokuju kašnjenja paketa. Ta kašnjenja znače da je paket izgubljen ili odbačen. Pošto je Internet paketno-komutirana ili beskonekcijska mreža, pojedini paketi svskog govornog signala putuju preko različith puteva spajajući se u pravilnim sekvencama na krajnjoj destinaciji. Iako to omogučava mnogo učinkovitiju upotrebu mrežnih resursa nego kod komutacije kanala PSTN-a, istodobno povečava šansu gubljenja paketa. Prednosti smanjenja troškova i manjeg korištenja propusnog pojasa prilikom prenošenja govora preko paketnih mreža je povezana sa nekim pitanjima quality-ofservice (QoS) jedinstvenim za paketne mreže. -Delay (kašnjenje) Delay uzrokuje dva problema: eho i talker overlap-(uskakanje jednog govornika drugom u govor,preslušavanje). Eho je prouzrokovan refleksijom signala govornikova glasa sa udaljene telefonske opreme nazad u govornikovo uho. Eho postaje značajan problem kada kašnjenje na povratnom putu postane veće od 50 milisekundi. Pošto je eho noznačen kao značajan problem u kvaliteti govora, voice-over-packet sistemi moraju težiti eho kontroli i implementaviji nekih oblika poništavanja eha. Talker overlap postaje značajan ako kašnjenje u jednom smjeru postane veće od 250 milisekundi. Slijede izvori kašnjenja u end-to-end,voice-over-packet pozivu:
-Accumulation Delay(algorithmic Delay) Ovo kašnjenje nastaje zbog potrebe skupljanja okvira govornog uzorka tako da bude obrađen u govornom koderu. Ovisi o tome koji se govorni koder upotrebljava i varira od pojedinačnog vremena uzorkovanja(.125 mikrosekundi) do više milisekundi. Evo neki standardni koderi govora i njihova vremena okvira: • G.726 adaptive differential pulse-code modulation (ADPCM) (16,24,32,40 kbps)0.125 mikrosekundi • G.728 LD-code excited linear prediction (CELP)(16 kbps)- 2.5 milisekundi • G.729 CS-ACELP (8 kbps)- 10 milisekundi • G.723.1 Multirate Coder (5.3,6.3 kbps)-30 milisekundi -Processing Delay Ovo kašnjenje je uzrokovano procesom kodiranja i skupljanja kodiranih uzoraka u paket za prijenos preko paketne mreže. Kašnenje kodiranja je funkcija korištenih procesora i algoritama. Često, višestruki okviri kodiranog govora će biti skupljeni u jedan paket da se smanje troškovi paketne mreže. Na primjer, tri okvira G.729 kodne rijeći, adekvatno 30 milisekundi govora, može biti skupljeno i pakirano u jednom paketu. -Network delay Kašnjenje je uzrokovao fizičkim medijem i protokolima korištenim za prijenos govornih podataka te baferima( buffers) korištenim za uklanjanje packet jittera na primateljevoj strani. Network Delay je funkcija kapaciteta veza u mreži i obrade koja se pojavlje nad paketima dok prolaze mrežom. Jitter buffers dodaju delay koji se koristi da bi uklonio packet-delay varijacije čemu je svaki paket podložan dok prolazi mrežom. Ovo kašnjenje može biti veliki dio ukupnog kašnjenja, pošto packet-delay varijacije mogu biti čak 70 do 100 milisekundi u nekim frame relay i IP mrežama. -Jitter Kašnjenje nastaje zbog potrebe da se ukloni jitter, varijabilno međupaketno vremensko usklađivanje prouzročeno ukrštavanjem paketa u mreži. Uklanjanje jittera zahtijeva skupljanje paketa te njihovo zadržavanje dovoljno dugo da i najsporiji paket dođe na vrijeme da bude pušten u pravilnoj sekvenci. Dva sukobljavajuća zadatka u smanjivanju kašnjenja i uklanjanju jittera su prouzročila različite sheme prilagođavanja jitter buffer size da odgovara promjenjljivim vremenskim zahtjevima uklanjanja jittera u mreži. Takve prilagode imaju jedini zadatak da smanje veličinu i kašnjenje jitter buffera dok u isto vrijeme spriječavaju buffer underflow uzrokovan jitterom. Slijede prikazi dva pristupa u prilagođavanju jitter buffer size. Izbor pristupa će zavisiti od vrste paketne mreže. Prvi pristup je mjerenje varijacije nivoa paketa u jitter bufferu u nekom vremenskom periodu, prilagođavajući veličinu buffera da odgovara procijenjenom jitteru. Ovaj pristup najbolje radi sa mrežama koji pružaju konstantnu vremensku prisutnost jittera, kao što su ATM mreže.
Drugi pristup je u brojanju paketa koji dolaze kasno te kreiranju omjera ovih paketa u odnosu na broj paketa koji su uspješno obrađeni(procesuirani). Ovaj omjer se tada koristi u podešavanju jitter buffera u veličinu prethodno određenu, dopušteni omjer kašnjenja paketa. Ovaj pristup najbolje radi u mrežama sa visokom varijabilnosti paketnih međudolazaka kao što su IP mreže. -Lost-Packet Compesation Izgubljeni paketi mogu biti još ozbiljniji problem, ovisno o vrsti paketne mreže koja se koristi. Pošto IP mreže ne garantiraju isporuku one će obično iskazati više izgubljenih paketa od ATM mreža. U trenutnim IP mrežama svi govorni okviri su tretirani kao podatci. Uslijed vršnih opterećenja i zagušenja, govorni okviri će biti ispušteni jednako kao i podatci. Podatci nisu osjetljivi na gubljenje paketa i izgubljeni paketi se mogu adekvatno ispraviti putem procesa retransmisije. Izgubljeni govorni paketi, međutim, ne mogu se rješavati na ovaj način. Neki od načina koji se koriste u voice-over-packet software-u da ublaže problem izgubljenih paketa su: • interpolacija za izgubljene govorne pakete, ponovnim puštanjem zadnjeg primljenog paketa tijekom intervala u kojem je trebao biti pušten izgubljeni paket; ova metoda je jednostavan način kojim se popunjava vrijeme između ˝nedodirujućih˝govornih okvira; radi dobro kada je pojavljivanje izgubljenih okvira rijetko; ne radi dobro ako dobro kada broj izgubljenih okvira dolazi u redu ili je praskav (burst). • poslati preobilnu količinu informacija na uštrb korisne upotrebe propusnog pojasa; ovaj osnovni pristup kopira i šalje n-ti paket govorne informacije skupa sa (n+1)-tim paketom; ova metoda ima prednost u tome što je u mogućnosti točnog ispravka baš tog izgubljenog paketa, ipak ovaj pristup koristi mnogo propusnog pojasa i time stvara dodatno kašnjenje. • koristiti hibridni pristup sa govornim koderom koji koristi niži propusni pojas da ostvarimo preobilnu količinu informacija nošenih skupa sa (n+1)-tim paketom; ovo smanjuje potrebu dodatnog propusnog pojasa ali neuspješno rješava problem kašnjenja. Echo Compesation Eho u telefonskim mrežama je uzrokovan refleksijom signala koju stvaraju hibridni krugovi(račvalice), u pretvorbi iz četverožičnih krugova( odvojeno odašiljanje i primanje-četvorke) i dvožičnih( zajedničko primanje i odašiljanje-parice). Ove refleksije govornikova glasa se čuju u njegovu uhu. Eho je prisutan čak i kod PSTN, ipak tu je prihvatljiv jer je povratni put kašnjenja kroz mrežu manji od 50 milisekundi te je eho maskiran normalnim šumom koji svaki telefon generira. Eho postaje problem u voice-over-packet mrežama jer je povratni put kašnjenja kroz mrežu gotovo uvijek veći od 50 milisekundi. Zbog toga se uvijek koriste tehnike poništavanja eha. ITU standard G.165 definira zahtjeve izvršavanja što se trenutno traže kod eho poništivača. ITU definira mnogo strože zahtjeve u G.IEC specifikaciji.
Eho se stvara prema paketnoj mreži iz telefonske mreže. Eho poništivač uspoređuje govorne podatke primljene iz paketne mreže u kojoj se podatci šalju paketnoj mreži. Eho iz račvalica sa telefonske mreže se uklanja digitalnim filterom na prijenosnom putu prema paketnoj mreži.
5. STANDARDI
Već sada, a pogotovo uslijedećih nekoliko godina industrija će odgovoriti ograničenjima u propusnom pojasu nadograđujući Internet backbones(glavna čvorišta) na asynchronous transfer mode(ATM), koji je disajniran da barata sa govorom, podatcima i video prometom istodobno. Takva optimizacija mreže će ići toliko narijed da će eliminirati zagušenja u mreži i gubitke paketa. Internet industrija također se ˝bori˝ sa problemima pouzdanosti mreže i kvalitete zvuka na Internetu kroz postepeno prihvaćanje standarda. Trud u podešavanju standarda je fokusiran na glavne elemente Internet telefonije: format audio codeca; prijenosne protokole; i adresne usluge. U svibnju 1996, International Telecommunication Union(ITU) ratificirala je H.323 specifikaciju koja definira kako će govor, podatci, i video promet biti prenošeni preko IP-baziranih lokalnih mreža(LAN); također utjelovljuje T.120 data-conferencing standard( slika 10.). Preporuke su bazirane na real-time protokolu/real-time control protokolu (RTP/RTCP) za upravljanje audio i video signalima.
Slika 10. H.323 Call Sequence
H.323 se ˝obraća˝ u samu srž aplikacija Internet-telefonije definirajući kako promet osjetljiv na kašnjenje dobiva prioritet da bi osigurao komunikaciju u stvarnom vremenu preko Interneta. ( H.324 specifikacija definira prijenos govora, podataka i videa preko obične telefonske mreže(PSTN), dok H.320 definira protokole prijenosa govora, podataka i videa preko ISDN mreže).
H.323 set preporuka, od kojih je jedna G.729 za audio codecs, koje je ITU ratificirao u studenom 1995. Usprkos ITU preporukama, Voice over IP Forum u ožujku 1997 je glasovao da preporuči G.723.1 specifikaciju preko G.729 standarda. Industrijski konzorcij, kojeg su predvodili Intel i Microsoft, složio se da žrtvuje nešto kvalitete zvuka da bi se dobilo više efikasnosti zbog manjeg zauzeća propusnog pojasa-G.723.1 zahtijeva 6.3 kbps dok G.729 zahtijeva 7.9 kbps. Prihvaćanje audio codec standarda je važan korak od kojeg se oćekuje poboljšanje pouzdanosti i kvalitete zvuka uglavnom za intranet promet i point-to-point IP veze. Da bi se postigla PSTN kvaliteta od standarda se zahtijeva da garantiraju Internet veze. RTP protokol na kojem je H.323 preporuka bazirana u biti je novi sloj protokola za real-time aplikacije; RTP-komplementarna oprema će ukljućiti kontrolne mehanizme za sinhronizaciju različitih prometnih tokova. Ipak, RTP nema nikakve mehanizme za osiguravanje dostave na vrijeme( on-time) prometnih signala ili za oporavak izgubljenih paketa. RTP, također se ne osvrće na quality of service (QoS) da se osigura propusna dostupnost za određene aplikacije. Trenutno je u nacrtu signalingprotocol kojemu je svrha pojačavanje mogućnosti Interneta da se nosi sa pouzdanošću prometa u stvarnom vremenu( da prikaže end-to-end prometne puteve za specifične aplikacije kao što to radi PSTN). Ako se prihvati, resource reservation protocol (RSVP) će biti implementiran u ruterima da utvrdi i održi zahtijevane prijenosne puteve i novu quality of service. Na kraju, tu je i potreba za industrijskim standardima u području imenika kod Interenet telefonije. Imenici su potrebni da osiguraju interoperabilnost između Interneta i PSTN. Lightweight directory accesss protocol (LDAP v3.0) izgleda da se razvija da postane osnova za novi standard.
6. BUDUĆNOST VOICE-OVER-INTERNET (VoIP) TELEFONIJE
Nekoliko faktora u budućnosti će utjecati na razvoj VoIP produkata i usluga. Trenutno, najobećavajuća područja VoIP-a su korporativni intranet i komercijalni extranet. Njihova IP-bazirana infrakstruktura omogućuje operatorima tko može ili nemože koristiti mrežu. Još jedan utjecajan element u tekućoj Internet-telefonskoj evoluciji je VoIP gateway. Kako su ovi gateway-i evoluilari iz PC-baziranih platformi do robusnih uzidanih sistema, svaki od njih će moći obrađivati stotine istovremenih poziva. Dakle, korporacije će raširiti velik broj gateway-a u cilju smanjenja troškova kod visokog obima govornog, podatkovnog i video prometa. Ekonomičnost stavljanja cijelog govornog, podatkovnog i video prometa preko IP-baziranih mreža će usmjeriti kompanije u ovom smjeru, jer će IP djelovati kao sjedinjujuće sredstvo organizacijske mreže bez obzira na korištenu arhitekturu (iznajmljeni vodovi, frame relay, ATM). Komercijalni extraneti, bazirani na konzervativno projektiranim IP mrežama, će dostavljati VoIP i fax preko Internet protokola (FAXoIP) do svekolike javnosti. Garantirajući specifične parametre kao što su kašnjenje paketa, jitter paketa,
interoperabilnost usluga, ovi extraneti će osigurati pouzdanu mrežnu podršku za takve aplikacije. VoIP proizvodi i usluge prenošene javnog interneta bit će tiho tržište koje može tolerirati promjenjljive nivoe tog prijenosnog medija. Pružatelji telekomunikacijskih usluga vjerovatno će se osloniti na javni Internet da bi omogućili telefonske usluge između udaljenih zemljopisnih lokacija koja su danas visoko prometna područja. Nije vjerovatno da će se perfomance javnog interneta značajno poboljšati u slijedeće dvije godine da bi simulirale značajan rast u VoIP za taj medij. Ipak, javni Internet će biti u mogućnosti da nosi govorne i video usluge prilično pouzdano u slijedećih tri do pet godina, kad nastanu dvije kritične promjene: • povećanje od nekoliko redova veličine backbone propusnosti i pristupnih brzina, razvoj i širenje IP/ATM/synchronous optical network( SONET ) te ISDN-a, kabelskih modema te xDSL tehnologija • povezivanje javnog interneta u kojem će korisnici morati plaćati za određeni nivo usluga koje zahtjevaju S druge strane, FAXoIP proizvodi i usluge prekom javnog interneta će postati ekonomski održive mnogo brže nego govor i video, primarnozbog manjih tehničkih ograničenja. U slijedeće dvije godine korporacije će skinuti svoj fax promet sa PSTNa i prebaciti ga na javni internet i korporacijski intranet, prvo kroz FAXoIP gateways i poslije kroz IP-kompatibilne fax strojeve. Standardi za IP-baziran fax prijenos će biti donešeni do kraja godine. Kroz ostatak ovog desetljeća, videokonferencija (H.323) će postati normalna metoda korporacijskih komunikacija, kako mrežne performance i interoperabilnost bude rasla i poslovne organizacije će cijeniti ekonomičnost tog načina komuniciranja. Ubrzo će video kamera biti standardni dio računalnog hardwarea kao i mrežno-računalne naprave za manje od 500$ koje se sad počinju pojavljivati na tržištu. Sve bi to trebalo stimulirati obične korisnike i dovesti VoIP usluge na masovno tržište.
7. LITERATURA
- WWW.IEC.ORG
