-
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RA�UNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
Tomaž Zupanc
PREHOD NA IP TELEFONIJO
Diplomska naloga
Rimske Toplice, julij 2008
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo I
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RA�UNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17
Diplomska naloga visokošolskega strokovnega študijskega
programa
PREHOD NA IP TELEFONIJO
Študent: Tomaž ZUPANC
Študijski program: visokošolski strokovni, Elektrotehnika
Smer: Telekomunikacije
Mentor: red. prof. dr. Zdravko KA�I�
Rimske Toplice, julij 2008
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo II
SKLEP O DIPLOMSKI NALOGI (prazen list za sklep o diplomski nalogi)
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo III
ZAHVALA
Zahvaljujem se vsem, ki so kakorkoli
pripomogli k nastanku moje diplomske naloge.
Zahvalo namenjam najprej mentorju red.prof.dr.
Zdravku Ka�i� za pomo� in nasvete.
Posebna zahvala pa gre punci in doma�im za
vse vzpodbude, optimisti�ne besede ter dejanja
v preteklih letih.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo IV
PREHOD NA IP TELEFONIJO
Klju�ne besede: IP telefonija, kodiranje govora, paketno preklapljanje,
telekomunikacijske storitve
UDK: 621.397:004.7(043.2)
Povzetek
Diplomska naloga obravnava uvedbo IP telefonije v poslovno okolje srednje
velikega podjetja. V prvem delu diplomske naloge sta predstavljeni zgodovini klasi�ne
in internetne telefonije. Sledi opis protokolov, delovanje IP telefonije ter podroben opis
in primerjava kodirnikov govora, ki se uporabljajo pri IP telefoniji. V nadaljevanju so
opisane dodatne storitve, ki jih prinaša IP telefonija ter na�ini zagotavljanja kakovosti
le-teh. Zadnji del naloge je namenjen opisu prehoda iz fiksne telefonije na IP telefonijo,
stroškovni analizi ter opisu posameznih gradnikov sistema IP telefonije.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo V
TRANSITION TO IP TELEPHONY
Key words: IP telephony, speech coding, packet switching,
telecommunication services
UDK: 621.397:004.7(043.2)
Abstract
Diploma thesis describes introduction of IP telephony in business environment of
middle sized companies. In the first part the history of classical and internet telephony
is described. Furthermore, the protocols, functionality of IP telephony and exact
description and comparison of speech coding algorithms that are used in IP telephony
are given. Analysis of additional functionalities and services that are introduced by IP
telephony is performed and possible approaches to assure quality of service are
discussed. In the last part the transition from classical telephony to IP telephony is
discussed, costs analysis is performed and components of IP telephony are described.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo VI
KAZALO VSEBINE
1 UVOD....................................................................................................................... 1
1.1 ZGODOVINA TELEFONIJE........................................................................... 1
1.2 PREDSTAVITEV PRENOSA GOVORA PREKO IP..................................... 3
2 IP TELEFONIJA.................................................................................................... 4
2.1 RAZ�LENITEV POJMA INTERNET............................................................. 5
2.1.1 Definicija Interneta ................................................................................... 6
2.1.2 Lastnosti Interneta..................................................................................... 7
2.1.3 Intranet in ekstranet................................................................................... 8
2.1.4 Protokolni sklad ........................................................................................ 8
2.1.4.1 OSI referen�ni model ............................................................................ 8
2.1.4.2 TCP/IP referen�ni model .................................................................... 13
2.2 KODIRNIKI GOVORA.................................................................................. 16
2.2.1 Zna�ilnosti govora .................................................................................. 16
2.2.2 Ocena kakovosti kodiranega govora ....................................................... 17
2.2.3 Postopki kodiranja govornega signala .................................................... 19
2.2.4 Standardni postopki kodiranja govornega signala .................................. 22
2.2.5 Lastnosti in opis kodirnikov govora ....................................................... 24
2.2.6 Primerjava kodirnikov govornega signala .............................................. 27
2.3 PRIPORO�ILA ZA IP TELEFONIJO ........................................................... 30
2.3.1 H.323 priporo�ilo.................................................................................... 30
2.3.2 SIP priporo�ilo ........................................................................................ 39
3 IP TELEFONIJA IN NOVE STORITVE .......................................................... 42
3.1 ZAGOTAVLJANJE KAKOVOSTI GOVORA PO IP OMREŽJU ............... 47
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo VII
4 PREHOD IZ FIKSNE TELEFONIJE NA IP TELEFONIJO ......................... 50
4.1 Opis obstoje�ega telefonskega sistema v podjetju.......................................... 51
4.2 Zahteve in pri�akovanja podjetja .................................................................... 53
4.3 Pregled ponudnikov IP telefonije.................................................................... 54
4.4 Primerjalna analiza stroškov klasi�ne telefonije z IP telefonijo ..................... 55
4.5 IP telefonija v podjetju.................................................................................... 60
5 SKLEP ................................................................................................................... 65
6 VIRI, LITERATURA........................................................................................... 66
7 PRILOGE .............................................................................................................. 68
7.1 Naslov študenta............................................................................................... 68
7.2 Kratek življenjepis .......................................................................................... 68
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo VIII
KAZALO SLIK
Slika 1: Simboli�ni prikaz omrežij A, B in C in povezav med njimi ............................... 6
Slika 2: Plasti OSI referen�nega modela........................................................................... 9
Slika 3: Komunikacija med dvema kon�nima sistemoma .............................................. 11
Slika 4: Primerjava OSI in TCP/IP referen�nih modelov ............................................... 14
Slika 5: Kakovost govora v odvisnosti od bitne hitrosti kodirnika................................. 18
Slika 6: Primerjava kodirnikov glede na bitno hitrost .................................................... 27
Slika 7: Primerjava kodirnikov glede na kakovost ......................................................... 28
Slika 8: Primerjava kodirnikov glede na MIPS .............................................................. 29
Slika 9: H.323 priporo�ilo in uvrstitev v OSI referen�ni model..................................... 31
Slika 10: Sistem H.323 ................................................................................................... 32
Slika 11: H.323 terminal................................................................................................. 33
Slika 12: Klic IP terminal – IP terminal.......................................................................... 37
Slika 13: Klic IP terminal – navaden telefon .................................................................. 37
Slika 14: Klic navaden telefon – navaden telefon .......................................................... 37
Slika 15: Primerjava stroškov fiksne in IP telefonije...................................................... 59
Slika 16: Sistem IP telefonije podjetja z ve� dislociranimi enotami .............................. 61
KAZALO TABEL
Tabela 1: MOS ocenjevalna lestvica............................................................................... 18
Tabela 2: CMOS ocenjevalna lestvica............................................................................ 19
Tabela 3: Lastnosti nekaterih kodirnikov skladu s krovnim priporo�ilom H.323 .......... 24
Tabela 4: Pregled ponudnikov IP telefonije v Sloveniji ................................................. 54
Tabela 5: Prihranek od naro�nine ................................................................................... 55
Tabela 6: Prihranek od pogovorov.................................................................................. 57
Tabela 7: Prihranki skupaj .............................................................................................. 58
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo IX
UPORABLJENE KRATICE
IP – Internet Protocol
SIP - Session Initiation Protocol
VoIP – Voice over Internet Protocol
Softphone – Virtualni telefon
ARPANET - Advanced Research Projects Agency Network
DARPA – Defence Advanced Research Projects Agency
TCP – Transmision Control Protocol
UDP – User Datagram Protocol
VPN – Virtual Private Network
ISO – International Organization for Standardization
CRC – Cyclic redundancy check
FTP – File Transfer Protocol
MOS – Mean Opinion Score
CMOS – Comparison Mean Opinion Score
PCM – Pulse Code Modulation
DPCM – Differential Pulse Code Modulation
APCM – Adaptive Pulse Code Modulation
ADPCM – Adaptive Differential Pulse Code Modulation
LPC – Linear Predictive Coding
CELP – Code Excited Linear Predictive
RELP – Residual Excited Linear Predictive
MPLPC – Multi Pulse Linear Predictive Coding
VAD – Voice Activity Detection
CNG – Comfort Noise Generation
MIPS – Millions of Instructions Per Second
MPEG – Motion Picture Expert Group
SB-ADPCM – Sub Band Adaptive PCM
LD-CELP – Low Delay CELP
CS-ACELP – Conjugate Structure ACELP
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo X
ACELP – Algebraic Code Excited Linear Prediction
MP-MLQ – MultiPulse Maximum Likelihood Quantization
ITU – International Telecommunication Union
IETF – Internet Engineering Task Force
RTP – Real-time Transport Protocol
RTCP – Real-time Transport Control Protocol
QoS – Quality of Service
QCIF – Quarter Common Intermediate Format
RAS – Register Admission and Status
TSAP – Transport Service Access Point
MCU – Multipoint Control Unit
UAC – User Agent Client
UAS – User Agent Server
SDP – Session Description Protocol
SMS – Short Messaging Service
PoE - Power over Ethernet
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 1
1 UVOD
Izraz IP1 telefonija je definiran kot interaktiven pogovor, kjer prenos govora poteka
preko interneta ali intraneta. Prenos govora lahko v celoti poteka preko paketnega
omrežja, ali pa deloma po paketnem omrežju in deloma po javnem telefonskem
omrežju.
V tem diplomskem delu sem predstavil osnovne lastnosti interneta, kodirnike govora
po priporo�ilu H.323, ki se uporabljajo pri IP telefoniji ter podrobneje opisal krovna
standarda za IP telefonijo H.323 in SIP2. Opisal sem storitve, ki jih lahko že danes ali pa
v prihodnosti prinese IP telefonija ter pogoje, ki morajo biti izpolnjeni za prenos govora
v realnem �asu preko IP telefonije. V zadnjem delu diplomske naloge pa sem opisal
prehod iz fiksne telefonije na IP telefonijo.
Namen diplomske naloge je prikaz uporabe sodobne komunikacije preko IP
telefonije in prikaz izboljšanih možnosti, ki jih ponuja nova komunikacijska
tehnologija, hkrati pa z opisom tehnologije in njenih prednosti dose�i pri podjetjih ve�je
odobravanje pri sprejemanju novih tehnologij v podjetje. Namen dela je prikazati enega
možnih na�inov uvedbe sistema IP telefonije v podjetje, predvideti stroške, ki bi nastali
ob implementaciji in uporabi nove tehnologije ter opredeliti, kakšne so prednosti in
katere nove storitve prinaša IP telefonija.
1.1 ZGODOVINA TELEFONIJE
Telefon na splošno predstavlja vsako napravo, ki omogo�a prenos glasu na ve�jo
razdaljo. Prvi poskusi prenosov zvoka oz. govora na daljavo s pomo�jo aparata segajo v
17. stoletje. Za�etnik teh poskusov je bil angleški fizik Hook, ki je leta 1667 izvajal
poskuse prenosa glasu s pomo�jo napete tanke žice ali strune.
1 IP – Internet Protocol 2 SIP - Session Initiation Protocol
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 2
Pomemben mejnik v razvoju telefonije je bilo leto 1837, ko je Samuel Morse javno
predstavil telegraf. Skupaj s Josepom Henryjem sta naredila telegraf, ki je temeljil na
ponavljalniku. Le-ta je omogo�al pošiljanje signalov v obliki kratkih pik in daljših �rtic
na daljavo. V naslednjih 40-ih letih so razvili elektri�ni telegraf, ki je z elekti�nimi
signali prenašal ali pa sprejemal sporo�ila. Premikal je igle, ki so pokazale na dolo�eno
�rko. Tako je telegrafija nadomestila prenos pošte preko dostavljavcev, ladij in drugih
sredstev.
Telefonijo oz. glasovno sporazumevanje po telegrafskih kablih je izumil Alexander
Graham Bell. Sprva je temeljila na Morsejevi kodi, kar je pomenilo, da je bilo mogo�e
naenkrat pošiljati ali sprejemati samo eno sporo�ilo.
Prve besede preko telefonske naprave je Bell izgovoril 10. marca 1876: 'Gospod
Watson, pridite sem, potrebujem Vas'. Naprava je omogo�ala elektri�ni prenos zvoka.
Tudi prvo slušalko je naredil Bell. Vse kar je bilo potrebno izpopolniti je bil mikrofon.
Leta 1878 je Thomas Alva Edison patentiral ogleni mikrofon. Slušalke, ki so jih naredili
takrat, se ne razlikujejo veliko od današnjih.
Prvo javno telefonsko povezavo med Bostonom in Somervillom so dokon�ali leta
1877. Do konca leta 1880 so ZDA premogle skoraj petdeset tiso� aparatov. Prvo
medcelinsko linijo med ZDA in Evropo so vzpostavili leta 1915. Vsa omrežja so bila
grajena ro�no. Almon B. Strowger iz Kansasa je leta 1889 predstavil stikalo, s katerim
je bilo mo� preklapljati med tiso� posameznimi linijami. Prvi aparat s števil�nico so
izumili leta 1941. Uveljavil se je v šestdesetih letih prejšnjega stoletja s pojavom
tranzistorjev [24].
Danes vsa glasovna komunikacija poteka v digitalizirani obliki po opti�nih vodih.
Fiksno omrežje je bilo najprej namenjeno le telefonskim in telegrafskim storitvam. Z
razvojem telekomunikacij pa se tudi telekomunikacijska omrežja prilagajajo zahtevam
novih telekomunikacijskih storitev.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 3
1.2 PREDSTAVITEV PRENOSA GOVORA PREKO IP
Leta 1994 je bila v Izraelu razvita prva aplikacija za prenos govora preko IP. Prvotno
ni bila namenjena širši uporabi. Razvita je bila za komunikacijo med dvema
ra�unalnikoma (PC to PC). Govor zajet preko mikrofona se je pretvarjal v pakete
podatkov, ki so se v realnem �asu prenašali do prejemnika. Tam so se paketi združevali
in pretvarjali v zvo�ni signal. Prvo aplikacijo, namenjeno širši uporabi, je kmalu zatem
izdelalo podjetje Vocaltec. Prvi prehodi, ki so omogo�ali komunikacijo PC - telefon in
telefon - telefon so se pojavili leta 1998. Prva komercialna uporaba VoIP3 se je za�ela z
uporabo tranzitnih prehodov za prenos govora med ZDA in Evropo. Prelomnico na
podro�ju internetne telefonije predstavlja leto 2000. Podjetja so za�ela izdelovati
prehode, ki so omogo�ali komunikacijo preko interneta brez ra�unalnika. Danes so v
uporabi naslednji na�ini uporabe VoIP-a:
- Telefon – telefon: (klico�i in klicani uporabljata klasi�ne telefonske terminale,
VoIP se uporablja za tranzit),
- PC - telefon: (klico�i uporabnik uporablja Softphone4 ter preko operaterja kli�e
uporabnika na klasi�ni telefon),
- PC – PC: (uporabnika uporabljata PC ra�unalnika povezana preko IP omrežja,
oba uporabljata Softphone),
- Telefon – PC: (klico�i uporabnik s klasi�nega telefona preko svojega operaterja
kli�e uporabnika, ki na IP omrežju uporablja Softphone).
3 VoIP – Voice over Internet Protocol 4 Softphone – Virtualni telefon
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 4
2 IP TELEFONIJA
Najve�ji razlog za uvedbo IP telefonije je v optimiziranju stroškov telefonije v
gospodarstvu. V poslovnih krogih je namre� trenutno razvita komunikacijska
infrastruktura za prenos govora in podatkov, ki predstavljata dve lo�eni omrežji. Z
združitvijo govora in podatkov v skupno omrežje bo le-ta poenostavila komunikacijo
med uporabniki. Uporabniki bodo lahko uporabljali nova programska orodja z
ve�predstavitveno podporo za interaktivne komunikacije. Prednost združitve govora in
podatkov v skupno omrežje je možnost pove�anja izkoriš�enosti dosedanjih
podatkovnih omrežij ter s tem optimalnejša uporaba pasovne širine, ki v vsakem
poslovnem okolju predstavlja dolo�en strošek. Pasovna širina v vodovno preklapljanih
omrežjih zelo slabo izkoriš�a razpoložljivo pasovno širino v primeru prenosa govornega
signala, saj je zveza v omrežju vzpostavljena ves �as pogovora. Vsakemu uporabniku se
dodeli svoj govorni kanal za celoten �as pogovora, pri �emer velja opozoriti na to, da je
med obi�ajnim pogovorom vsak govorec približno 50 do 60 % �asa neaktiven. V tem
�asu se po nepotrebnem zaseda prenosna kapaciteta. Standardna bitna hitrost za prenos
govora je 64 kb/s. S primernimi kompresijskimi postopki lahko to hitrost precej
znižamo.
Drugi velik razlog za uvedbo IP telefonije je razširjenost IP omrežja. IP je danes
prisoten v vsakem osebnem ra�unalniku, strežniku ali drugi ra�unalniški napravi. Ta
univerzalna prisotnost nam nudi dobro osnovo za nadgradnjo protokola, ki omogo�a
tudi govorni promet.
Tretji razlog za uvedbo IP telefonije je stalno pove�evanje zmogljivosti
komunikacijskih povezav, zmogljivosti osebnih ra�unalnikov in razvoj programske
opreme. To so trije razli�ni, med seboj povezani in soodvisni vidiki razvoja tehnologije
[23].
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 5
2.1 RAZ�LENITEV POJMA INTERNET
Za�etki Interneta segajo v leto 1969 in so povezani s projektom izgradnje
ARPANET5 omrežja v sklopu ameriške vladne organizacije DARPA6. Glavna
zna�ilnost tega omrežja je bila zanesljivost delovanja tudi v primeru, ko je bil
posamezni element tega omrežja uni�en ali poškodovan. Kot ustrezna rešitev problema
se je pokazalo omrežje s porazdeljenimi zmogljivostmi. Sestavljala ga je množica
vozliš� in kon�nih to�k oz. ra�unalnikov ter povezave med njimi. Za komunikacijski
protokol je bil izbran IP. Rezultat tega je bila v omrežje povezana množica ra�unalnikov
razli�nih proizvajalcev s skupnimi storitvami in aplikacijami. Najpogostejše med njimi
so: prijava v sistem, pošiljanje in sprejemanje elektronske pošte ter prenos datotek.
Omrežje se je kasneje postopoma preselilo v akademsko okolje in z izvajanjem na
UNIX sistemih doživelo pravi razcvet. Silovit razvoj je Internet dosegel, ko je Tim
Berns iz laboratorijev v CERN-u razvil še organiziran informacijski sistem z uporabo
hipertekstnih povezav in IP protokola na vedno bolj izpopolnjenih osebnih ra�unalnikih
(DOS, Windows).
Danes je Internet velik skupek nacionalnih, regionalnih in mednarodnih omrežij, ki
so medsebojno povezana z usmerjevalniki. Na sliki 1 je prikazana struktura Interneta,
prikazana so tri med seboj povezana omrežja in njihova podomrežja. Omrežja A, B in C
so med seboj povezana manjša omrežja ali podomrežja. Vsako podomrežje je lahko
sestavljeno iz nadaljnjih podomrežij. Tako se lahko definirajo omrežja, ki pripadajo
dolo�enim skupinam. Primer omrežja je omrežje lokalnega ponudnika Internetnih
storitev ali pa skupina podomrežij nekega podjetja z razli�nimi identifikacijami
oznakami. Podomrežja B1 in B2 s slike 1 lahko vedno identificiramo kot del omrežja B.
Hierarhi�ni sistem identifikacije omrežij, podomrežij in posameznih kon�nih
ra�unalnikov je dober za lažjo identifikacijo iskanega naslova. Usmerjevalniki delujejo
na nižjih nivojih OSI modela in so za kon�ne aplikacije neodvisni.
5 ARPANET - Advanced Research Projects Agency Network 6 DARPA – Defence Advanced Research Projects Agency
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 6
Slika 1: Simboli�ni prikaz omrežij A, B in C in povezav med njimi [19]
2.1.1 Definicija Interneta
Nekateri Internet obravnavajo kot najve�ji vir informacij na svetu, drugi ravno
nasprotno, kot svetovno smetiš�e nepotrebnih in napa�nih informacij. Definicij Interneta
je ve�. V nadaljevanju sledita definiciji s stališ�a omrežja in s stališ�a storitev.
S stališ�a omrežja je Internet skupek med seboj povezanih omrežji, v katerem
komunicirajo kon�ni ra�unalniki oz. terminali po odprtih protokolih in postopkih,
opredeljenih z internetnimi standardi. Glavna zna�ilnost je odprtost, razširljivost in
uporaba protokolov IP, TCP7 ter UDP8. Kon�ni ra�unalniki oz. terminali so lahko
7 TCP – Transmision Control Protocol
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 7
osebni ra�unalniki in strežniki, v zadnjem �asu pa tudi druge vrste terminalov (telefoni,
telefaksi, videofoni, PDA,…). Omrežja so med seboj povezana z usmerjevalniki ali
prehodi.
Druga definicija s stališ�a storitev pa Internet opredeljuje kot daljinsko storitev za
prenos podatkov med dvema kon�nima terminaloma s podporo IP protokola.
Uporabniku Interneta je na voljo vrsta razli�nih aplikacij, kot so spletni brskalnik,
elektronska pošta, prenosa datotek, predvajanja video in avdio posnetkov.
2.1.2 Lastnosti Interneta
Internet se je razvil kot svetovno omrežje povezanih ra�unalnikov, ki se povezujejo
po standardiziranem protokolu in omogo�ajo, da si uporabniki na razli�nih mestih
izmenjujejo besedilne, zvo�ne in slikovne informacije.
Paketi se po internetu usmerjajo neodvisno in lahko potujejo od ene to�ke proti drugi
preko razli�nih poti. Pot paketov je odvisna od razmer v omrežju, odvisna je od
zamašitve v posameznih vozliš�ih ali prekinjenih povezavah ter od zakasnitev.
Posledica takega prilagodljivega usmerjanja je, da lahko kon�ni terminal prejme pakete
v razli�nem vrstnem redu, kot so bili poslani. Za pravilni vrstni red paketov skrbi
protokol TCP.
Povezave v Internetu so le navidezne oziroma so vidne na višjih slojih OSI modela.
Omrežje nima podatkov o prometu uporabnikov, prav tako nima vzpostavljene stalne
zveze preko usmerjevalnikov med dvema kon�nima ra�unalnikoma.
V Internetu se paketi dostavljajo po na�elu najboljših zmožnostih, kar pomeni, da
omrežje dostavlja pakete ne glede na trenutne razmere v omrežju. V kolikor pride do
zamašitve usmerjevalnikov, napa�nega sprejema ali izgube kon�nega ali za�etnega
naslova, pride do izgube že poslanih paketov. V ve�ini primerov se pošiljanje
izgubljenih paketov lahko ponovi. Najve�ji problem so aplikacije in storitve, ki potekajo
v realnem �asu, kot je govor, kjer je izguba paketov zelo mote�a.
8 UDP – User Datagram Protocol
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 8
2.1.3 Intranet in ekstranet
Intranet je zasebno podatkovno omrežje znotraj podjetja oz. organizacije, pri
katerem se uporablja internetni protokol. Intranet je lahko povezan v Internet, ni pa
pogoj. �e je povezan, ju ponavadi lo�uje požarni zid, ki prepre�uje nepooblaš�ene
vdore. Prednost intraneta je enostavna in hitra izmenjava informacij znotraj podjetja oz.
organizacije. Omrežje v intranetu je urejeno enako kot v Internetu z usmerjevalniki in s
kon�nimi ra�unalniki.
Ekstranet je omrežje, ki povezuje oddaljene enote istega omrežja preko javnega
Interneta. Tako omogo�a varno izmenjavo informacij med uporabniki, ki so povezani
preko navideznega zasebnega omrežja (VPN9).
2.1.4 Protokolni sklad
Kadar je govora o Internetu, moramo najprej podrobneje spoznati internetni protokol
ali IP. Le-ta omogo�a komunikacijo vsem ra�unalnikom, ki so povezani v omrežje.
Ve�ina uporabljenih protokolnih skladov je zelo zapletenih in kompleksnih navodil,
kako vzpostaviti, držati in prekiniti komunikacijo med povezanimi elementi v omrežju.
Zato so omrežni protokoli ve�slojni s podrejenimi in nadrejenimi sloji ter natan�no
dolo�enimi vmesnimi prehodnimi to�kami. Ve�ina protokolov, ki se danes uporabljajo v
praksi, je definirana po vzoru OSI referen�nega modela.
2.1.4.1 OSI referen�ni model
OSI referen�ni model je glavno in krovno priporo�ilo organizacije ISO10, razvili so
ga leta 1984 in velja za osnovni arhitekturni model pri komunikaciji med ra�unalniki.
9 VPN – Virtual Private Network 10 ISO – International Organization for Standardization
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 9
OSI referen�ni model dolo�a, kako se informacija iz aplikacije na enem ra�unalniku
preko omrežja prenese v aplikacijo na drugem ra�unalniku. Sestavljen je iz sedmih
plasti, pri �emer so zgornji trije rezervirani za uporabniške aplikacije, spodnji štirje pa
za podporo prenosa podatkov. Na vsaki plasti so definirane posamezne mrežne funkcije.
Vsaka plast predstavlja zaklju�eno celoto, kar pomeni, da se opravila na posamezni
plasti izvršujejo neodvisno od drugih plasti. Sistem protokolnih slojev OSI modela je
prikazan na sliki 2.
Slika 2: Plasti OSI referen�nega modela [19]
FIZI�NI SLOJ
Fizi�na sloj predpisuje prenosni medij, preko katerega se prenašajo podatki. Na
fizi�nem sloju so definirane mehanske in elektri�ne lastnosti, posebne funkcije, ki
skrbijo za vzpostavitev, vzdrževanje in prekinitev zveze. Fizi�ni sloj definira nivo
signala, hitrost prenosa, maksimalno možno razdaljo med uporabnikoma, mehanske
lastnosti konektorjev in podobno. Naloga fizi�nega sloja je, da abstraktira prenos
informacije po mediju, prevaja analogne signale v digitalne ter digitalne informacije v
analogne signale. Fizi�ni sloj nudi osebkom iz višjega povezavnega sloja fizi�ne
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 10
povezave preko prenosnega medija. Pri realizaciji fizi�nega sloja moramo upoštevati
mehanske, elektri�ne in druge lastnosti prenosnega medija. Parametri kakovosti
fizi�nega sloja so:
- pogostnost pojavljanja napak
- oddajna hitrost
- zakasnitev pri prenosu
- razpoložljivost servisa
POVEZAVNI SLOJ
Povezavni sloj služi za prenos okvirjev med dvema to�kama. Poleg prenosa
podatkov je osnovna naloga sloja podatkovne povezave odkrivanje napak (s pomo�jo
paritetnih bitov in algoritmom CRC11) pri prenosu po prenosnem mediju. Sloj
podatkovne povezave je vmesnik med omrežnim in fizi�nim slojem.
OMREŽNI SLOJ
Omrežni sloj izvaja usmerjanje paketov skozi vozliš�a med kon�nimi sistemi.
Usmerjanje je možno na osnovi izvornega in ciljnega naslova, ki se nahajata v glavi
paketa. Usmerjanje poteka po razli�nih kanalih, odvisno od razmer v omrežju. Za
usmerjanje so odgovorni usmerjevalni algoritmi, ki jih izvajajo usmerjevalniki. Sloj
maskira razlike v tehnologiji omrežij in podomrežij ter razlike v prenosnih medijih. Na
sliki 3 lahko vidimo komunikacijo med dvema kon�nima sistemoma s prehodom preko
vmesnega sistema. Med potovanjem podatkovnih paketov od enega kon�nega sistema
do drugega se lahko pojavi vrsta problemov. Raznolikost v naslavljanju paketov,
njihova dolžina, kakor tudi uporaba razli�nih protokolov, so nekateri od problemov, ki
jih mora omrežni sloj prese�i in omogo�iti raznolikim sistemom medsebojno povezavo.
11 CRC – Cyclic redundancy check
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 11
Slika 3: Komunikacija med dvema kon�nima sistemoma [19]
TRANSPORTNI SLOJ
Transportni sloj je vmesnik med aplikacijskim in omrežnim slojem. Opravlja
izvedbo prenosa podatkov med ra�unalniškimi sistemi. Sprejema zahteve aplikacijskega
sloja in jih izvršuje s pomo�jo omrežnega sloja ter je tako vmesnik med informacijskim
sistemom in omrežjem. Sejni sloj zagotavlja storitve popolnega transportnega kanala.
Med najbolj znane implementacije transportnega sloja spada protokol TCP. Osnovna
funkcija transportnega sloja je:
- sprejem podatkov iz višjega sejnega sloja,
- delitev sprejetih podatkov na manjše enote,
- pošiljanje teh enot na kon�ni naslov.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 12
Z lo�itvijo med transportnim in sejnim slojem naredimo razliko med funkcijami
prenosa podatkov, to je spodnjimi sloji in funkcijami porazdeljenega procesiranja
podatkov, to je zgornjimi sloji. Funkcije spodnjih slojev so potrebne za realizacijo
funkcij zgornjih in jih podpirajo s prenašanjem podatkov med kon�nimi sistemi v obliki
binarnih nizov. Funkcije vseh spodnjih slojev nudijo storitev prenosa podatkov, ki
omogo�a izvajanje funkcij zgornjih slojev. Nekateri parametri kakovosti storitev
transportnega sloja so:
- hitrost vzpostavitve povezave,
- zakasnitev pri prenosu,
- pogostnost (ne)odkritih napak,
- možnost kontrole pretoka podatkov.
SEJNI SLOJ
Sejna sloj je peti sloj OSI modela. Sejni sloj je v ve�ini komunikacijskih tehnologij
neuporabljen. Skrbi za komuniciranje med kon�nimi procesi in ponuja storitve, ki
omogo�ajo logi�no povezovanje procesov med seboj. Sejni sloj definira tudi dvosmerno
povezavo.
PREDSTAVITVENI SLOJ
Predstavitveni sloj je odgovoren za prikaz in oblikovanje prispelih podatkov. Ve�ina
implementacij OSI modela vklju�uje enkripcijo in kompresijo podatkov ravno v
predstavitvenem sloju. Predstavitveni sloj zagotavlja razli�ne na�ine kodiranja in
sisteme pretvorb za aplikacijski sloj. Pretvarja podatke, poslane po omrežju, iz ene
oblike v drugo, dolo�a sintakso, transformacijo in formiranje podatkov. Za združljivost
med razli�nimi sistemi je ravno tako poskrbljeno na predstavitveni sloj.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 13
APLIKACIJSKI SLOJ
Aplikacijski sloj je najvišji nivo OSI modela. Je vmesnik med uporabnikom in OSI
referen�nim modelom. To je sloj, ki dejansko zagotavlja komunikacijo med
uporabniškimi programi dveh ali ve� kon�nih sistemov, ne glede na tip omrežja ali
uporabljeno strojno opremo. Tu so definirani protokoli za elektronsko pošto, svetovni
splet, FTP12,...
2.1.4.2 TCP/IP referen�ni model
TCP/IP referen�ni model je v praksi nastal že leta 1974 za potrebe omrežja
ARPANET. Imenuje se po dveh najpomembnejših protokolih TCP in IP. Odlikuje ga
njegova preprostost in robustnost. Je osnova za povezovanje razli�nih omrežij v eno
globalno omrežje – Internet. Na sliki 4 je primerjava OSI referen�nega modela in
TCP/IP referen�nega modela. Iz slike je razvidno, da imata skupne le tri sloje. Fizi�ni in
povezavni sloj sta pri TCP/IP referen�nemu modelu združena v enega in opredeljena v
fizi�nem vmesniku med ra�unalnikom in omrežjem. Predstavitveni in sejni sloj pa sta
neopredeljena.
12 FTP – File Transfer Protocol
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 14
Slika 4: Primerjava OSI in TCP/IP referen�nih modelov [19]
FIZI�NI IN POVEZAVNI SLOJ
Spodnja dva sloja sta pri modelu TCP/IP združena v eno in opredeljena kot vmesnik
med omrežjem in višje leže�imi sloji modela. Za fizi�ni in povezavni sloj je dolo�eno,
da izpolnjujeta pogoje za pošiljanje IP paketov v omrežje. Fizi�ni vmesnik opredeljujejo
RS 232, V.35, V.90, RS 449, IEEE 802.3, ISDN in drugi standardi. Ti standardi
dolo�ajo fizi�no priklju�itev terminala na omrežje. Tako je le zahtevano, da se mora
ra�unalnik povezati na omrežje z enim od protokolov, ki omogo�ajo pošiljanje paketov.
Na ta na�in lahko internet podpira razli�ne fizi�ne vmesnike in protokolne sklade. To je
razlog za dejansko odprtost sistema.
INTERNETNI SLOJ
Internetni sloj ustreza omrežnemu sloju OSI referen�nega modela. V tem sloju je
realiziran protokol za nepovezan prenos podatkov, ki v omrežje pod seboj pošilja
pakete, ki potem neodvisno potujejo do cilja. Prenos paketov je organiziran brez
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 15
zagotovil kakovosti storitve in deluje po na�elu najboljše možne storitve. Paketi lahko
na cilj prispejo v nepravilnem vrstnem redu, njihova ureditev pa je naloga višjih slojev.
Tako je glavna naloga internetnega sloja usmerjanje IP paketov do cilja.
TRANSPORTNI SLOJ
V tem sloju, ki se nahaja nad internetnim slojem in za svoje delovanje uporablja
njegove storitve, se nahajata dva zelo pomembna protokola, TCP in UDP. Prvi je
zanesljiv, povezano naravnan protokol, ki sprejema podatkovne enote aplikacijskega
sloja, jih razstavlja in predaja internetnemu sloju kot IP pakete. V obratni smeri pa
sprejema IP pakete od internetnega sloja, jih sestavlja in dostavlja aplikacijskem sloju.
Drugi protokol UDP je nezanesljiv, nepovezano naravnan. Uporabljajo ga aplikacije, ki
ne želijo uporabljati protokola TCP.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 16
2.2 KODIRNIKI GOVORA
�e želimo prenašati govor v digitalni obliki, ga moramo najprej z enim od kodirnih
postopkov pretvoriti v primerno obliko. Z razvojem kodirnikov govora se je razvila
mobilna telefonija, video telefonija in internetna telefonija. Zahteve za kodirnike govora
so zelo razli�ne, predvsem so odvisne od vrste aplikacij, v katerih se uporabljajo.
Pomembne zahteve kodirnikov govora so:
- �im manjši bitni pretoki,
- �im boljša kakovost in razumljivost govora,
- majhna zakasnitev govora,
- �im manjša kompleksnost kodirnika.
Te zahteve si zelo nasprotujejo, zato je vsaka rešitev neke vrste kompromis.
2.2.1 Zna�ilnosti govora
Glavne zna�ilnosti govora so frekven�ni obseg, dinamika in aktivnost. Frekven�ni
pas govora je razli�en glede na spol govorca in znaša nekje med 80 Hz in 12 kHz.
Moški so govorci z nižjimi frekvencami, ženske in otroci pa so govorci z višjimi
frekvencami. Prav tako je pomembna tudi frekven�na odvisnost jakosti oz. gostote mo�i
govora. Pri višjih frekvencah gostota mo�i zelo hitro upada. Frekven�ni pas je v
telefonskih omrežjih namenjen prenosu govora in se nahaja med 300 in 3400 Hz. V tem
pasu je zajeta ve�ina govorne mo�i, ki je nakopi�ena nekje med 200 in 4000 Hz. Pri
kompresiji govora nam frekven�na porazdelitev gostote mo�i govornega signala pomaga
izlo�iti manj pomembne dele govornega signala.
Dinamika govornega signala je spreminjanje govorne mo�i s �asom. Pri govoru je
obseg dinamike približno 69 dB za celotno frekven�no podro�je, zaradi frekven�ne
omejitve pa v telefonskih omrežjih dinamika govora znaša le 40 dB.
Aktivnost govora je definirana kot prisotnost govorne mo�i med samim pogovorom.
Za pogovorom med dvema govorcema se pojavijo obdobja tišine in predstavljajo okoli
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 17
60 do 65% trajanja pogovorov. Zato to lastnost uporabljajo pri prenosu govornega
signala, saj v obdobju tišine ne prenašamo ni�esar. S tem lahko zmanjšamo obremenitev
omrežja.
�loveško uho zazna frekven�no podro�je od 20 Hz do 20 kHz. V telefoniji
prenašamo le del frekven�nega pasu (od 300 Hz do 3400 kHz), ki je tako dobro izbran,
da je sprejeti govor za ve�ino sogovorcev dovolj razumljiv. Ve�ji problem pri sprejemu
govora je zakasnitev in vpliv odboja.
Zakasnitev govora postane mote�a, ko je zakasnitev tako velika, da se govor obeh
govorcev prekriva, kar lahko privede tudi do popolne nerazumljivosti govora.
Problem odboja se pojavi zaradi odboja signala med prehodi iz enega medija na
drugega (iz dvoži�nega na štiriži�ni sistem), zaradi presluha med žicami in zaradi
odbojev v prostoru. Odboj nastane tudi v slušalki pri govorcu (vili�ni sistem), ki pa ne
vnaša zakasnitve in je celo zaželen in potreben, zato da govorec sliši samega sebe.
Ostale vrste odbojev vnašajo precej ve�jo zakasnitev in so zato zelo mote�i. Problem
odboja se rešuje z izni�evalniki odboja (Echo Canceller) in zmanjševalniki odboja
(Echo Suppression).
2.2.2 Ocena kakovosti kodiranega govora
Ocena kakovosti kodiranega govora se izvaja s preskušanjem z udeležbo velikega
števila poslušalcev, saj je razumljivost nekega govorca lahko dobra, drugega pa ne.
Tako je ocena kakovosti govora povpre�je ocen. Kakovost kodiranega govora je odvisna
od na�ina in bitne hitrosti kodiranja. Na sliki 5 lahko vidimo to odvisnost. Pri
ocenjevanju sta glavni postavki naravnost in razumljivost govornega signala. Pri
kodirnikih z višjimi prenosnimi hitrostmi se meri naravnost govora, razumljivost je
samoumevna. Pri kodirnikih z nižjimi prenosnimi hitrostmi pa je pomembna predvsem
razumljivost govora, naravnost je slaba, podobna sinteti�nemu govoru.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 18
Slika 5: Kakovost govora v odvisnosti od bitne hitrosti kodirnika [19]
Za ocenjevanje naravnosti sta v uporabi srednja povpre�na ocena kakovosti MOS13
in primerjalna ocena parov kodiranih vzorcev CMOS14. Pri oceni MOS obstaja lestvica
od 1 do 5, s katero poslušalci ocenijo, koliko se jim zdi dolo�en kodiran govorni vzorec
slabši od nekodiranega govora. Pri metodi CMOS pa poslušalci primerjajo dva vzorca
kodiranega govora in ocenjujejo, kateri je boljši oziroma slabši. Za grobo ugotavljanje
kakovosti je primernejša metoda MOS, za bolj natan�no razvrstitev pa uporabimo
metodo CMOS. Ocene za obe metodi so podane v tabeli 1 in tabeli 2.
Opisna ocena Poslabšanje kakovosti Vrednost Odli�no Neopazno 5 Dobro Opazno, a nemote�e 4 Primerno Rahlo mote�e 3 Slabo Mote�e 2 Nespremenljivo Zelo mote�e 1
Tabela 1: MOS ocenjevalna lestvica
13 MOS – Mean Opinion Score 14 CMOS – Comparison Mean Opinion Score
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 19
Opisna ocena Vrednost Veliko boljši 3 Boljši 2 Malo boljši 1 Približno enak 0 Malo slabši -1 Slabši -2 Veliko slabši -3
Tabela 2: CMOS ocenjevalna lestvica
2.2.3 Postopki kodiranja govornega signala
�e želimo kodirati govorni signal, moremo najprej govorni signal pretvoriti v
digitalno obliko. To naredimo s postopkom vzor�enja in kvantizacije. Rezultat
vzor�enja so nezvezni vzorci signala po �asu, s kvantizacijo pa po amplitudi. Proces
vzor�enja mora biti v skladu s teoremom o vzor�enju. Po vzor�enju dobimo vzorce
zveznih amplitud. Naslednji korak je, da tem vzorcem primerno priredimo diskretno
vrednost amplitude. Proces imenujemo kvantizacija. Pri tem vsakemu vzorcu priredimo
kvantizacijski nivo, ki je najbližje analogni vrednosti vzorca. Postopek kodiranja vnaša
kvantizacijski šum, ki je odvisen od števila nivojev. Ve� kot je nivojev, manjši je šum.
Kodiranje govornega signala preoblikuje govorni signal v primerno obliko za prenos
preko komunikacijskega kanala. Takšno kodiranje je sestavljeno iz izvornega in
kanalskega kodiranja na eni strani ter kanalskega in izvornega dekodiranja na drugi
strani kanala. Pri izvornem kodiranju moramo dolo�iti vse parametre signala,
pomembne za prenos in poznejše dekodiranje signala. Ti parametri so:
- najvišja vsebovana frekvenca oz. informacijska vsebina,
- primerna frekvenca vzor�enja,
- število potrebnih kvantizacijskih bitov za izbrano kakovost.
Pri izvornem kodiranju imamo možnost, da izlo�imo odve�ne in nepomembne dele
informacij, vsebovane v signalu. Z izlo�evanjem odve�nih informacij se informacija,
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 20
vsebovana v signalu ne izgublja, takšnemu signalu pa pravimo, da je reverzibilen.
Irelevanca pa imenujemo informacijo v signalu, ki je nepotrebna. Z izlo�anjem
uporabnik dolo�a tudi kakovost signala.
S kanalskim kodiranjem preoblikujemo signal v najbolj primerno obliko za prenos
preko dolo�ene vrste komunikacijskega kanala. Pri tem postopku kodiranja dodajamo
signalu informacijo, s katero naredimo signal bolj robusten in s tem manj ob�utljiv na
napake in motnje v samem kanalu. Signal prilagajamo lastnostim kanala.
Pri izvornem kodiranju signala je izlo�evanje redundance in irelevance nujno
potrebno. Lo�imo tri osnovne vrste izvornega kodiranja:
- kodiranje signalnih oblik
- analiza in sinteza
- mešano na�elo prejšnjih dveh
KODIRANJE SIGNALNIH OBLIK
Pri tem kodiranju nas izvor informacije ne zanima, zanima nas le njegova
frekven�no-�asovna karakteristika. Signalu odvzamemo redundanco in ga pošljemo
naprej v kanalsko kodiranje. Signal lahko kodiramo v �asovnem ali frekven�nem
prostoru. �e signal kodiramo v �asovnem prostoru, ga razdelimo na vzorce, ki si sledijo
v enakomernih �asovnih presledkih. Vsak vzorec posebej kvantiziramo in kodiramo po
predpisu, ki smo si ga izbrali. Tipi�ni predstavniki te vrste kodirnikov govora so: PCM15
DPCM16, APCM17 in ADPCM18.
Pri frekven�nem prostoru delujejo kodirniki druga�e. Signal se razdeli na frekven�ne
podpasove, nato pa se vsak podpas kodira posebej. Informacijska vsebina je v vsakem
frekven�nem pasu. Parametri kodiranja so zato po pasovih razli�ni. Kodiranje podpasov
pa je lahko zopet v �asovnem prostoru ali pa so v frekven�nem prostoru.
15 PCM – Pulse Code Modulation 16 DPCM – Differential Pulse Code Modulation 17 APCM – Adaptive Pulse Code Modulation 18 ADPCM – Adaptive Differential Pulse Code Modulation
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 21
KODIRANJE NA OSNOVI POSTOPKA ANALIZA IN SINTEZA
Skupino kodirnikov imenujemo tudi vokoderji. Pri uporabi postopka analiza-sinteza
moramo poznati izvor informacije in model njenega nastanka. Kodirnike izvedene s
pomo�jo tega postopka imenujemo vokoderji. Na izvoru signal analiziramo in z nizom
parametrov modela predstavljen signal zakodiramo in pošljemo sprejemniku. Na
sprejemni strani se na enakem modelu uporabi za sintezo, ki je boljši ali slabši približek
izvornega signala. Parametre imenujemo tudi podatkovni okvir, ki vsebuje naslednje
informacije:
- koeficiente, ki dolo�ajo resonan�ne karakteristike vokalnega trakta
- binarni parameter, ki dolo�a ali je vzbujevalni signal zvene� ali nezvene�
- vrednost za energijo oziroma mo� vzbujanja
- vrednost osnovne periode
Analiza je v ve�ini primerov bolj zapletena kot sinteza, saj moramo pri analizi
uporabiti zapletene in �asovno dlje �asa trajajo�e matemati�ne postopke, kar lahko
privede do zakasnitev. Sinteza pa uporabi že izra�unane parametre. Najpogostejši
vokoderji so: kepstralni vokoder, formantni vokoder, LPC19 vokoder.
KODIRANJE NA OSNOVI MEŠANEGA NA�ELA
Pri uporabi mešanega na�ela so kodirniki nekakšen kompromis med vokoderji in
kodirniki signalnih oblik, tako po bitni hitrosti kakor tudi po kakovosti reproduciranega
signala.
V to skupino kodirnikov prištevamo kodirnike CELP20, RELP21, MPLPC22.
19 LPC – Linear Predictive Coding 20 CELP – Code Excited Linear Predictive 21 RELP – Residual Excited Linear Predictive 22 MPLPC – Multi Pulse Linear Predictive Coding
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 22
2.2.4 Standardni postopki kodiranja govornega signala
Z digitalizacijo telefonskega omrežja so se za�eli pojavljati standardni postopki
kodiranja govornega signala. Tako imamo danes veliko razli�nih standardov za razli�ne
potrebe aplikacij. Na osnovi dolo�enega standarda je izdelan kodirnik govora s svojimi
lastnostmi. Ti lastnosti so: bitna hitrost, zakasnitev, kompleksnost in kakovost
reprodukcije govora.
Bitne hitrosti kodirnikov so zelo razli�ne, ve�ina pa jih ima nespremenljivo bitno
hitrost. Nekaj je tudi takšnih, katerim se bitna hitrost spreminja glede na potrebe. Bitna
hitrost kodirnikov se dolo�i glede na namembnosti kodirnika ter njihove izvedbe.
Kodirnikom govora lahko dodamo še modul za detekcijo aktivnosti govora in izlo�anje
tišine. To jim omogo�a izbiro hitrosti prenosa med ni� in nazivno hitrostjo. Tak princip
delovanja imajo algoritmi VAD23. Druga možnost so algoritmi CNG24, pri katerih se
tišine in šuma ne prenaša, pa� pa se ju (re)konstruira na sprejemni strani.
Zakasnitev pri kodiranju govornega signala je odvisna od naslednjih dejavnikov:
- zakasnitev okvirjev oziroma algoritma,
- procesna zakasnitev,
- zakasnitev prenosa preko prenosnega kanala.
Zakasnitev okvirjev je pri kodirnikih signalnih oblik zelo majhna in
neproblemati�na, saj se kodira posebej, bit za bitom. Pri vokoderjih je to ve�ji problem,
saj se kodira ve�ji del govornega signala naenkrat. To pomeni, da je govor zakasnjen
vsaj za dolžino okvirja.
Druga zakasnitev je procesna zakasnitev, ki je posledica procesorske mo�i in
optimizacije programske izvedbe kodirnika. Je zelo pomembnih dejavnikov v internetni
telefoniji, kjer želimo imeti kakovost govora primerljivo s kakovostjo govora v klasi�ni
javni telefoniji.
23 VAD – Voice Activity Detection 24 CNG – Comfort Noise Generation
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 23
Tretja zakasnitev je zakasnitev prenosa, ki jo sestavljajo: zakasnitve procesiranja že
kodiranega govora, �as multipleksiranja ve� signalov v enega in �as prenosa preko
komunikacijskega kanala.
Kompleksnost kodirnikov govora je povezana z bitno hitrostjo kodirnika in
njegovimi zakasnitvami. Manjša kot je bitna hitrost, ve�ja je kompleksnost kodirnika in
ve�ja kot je kompleksnost kodirnika, ve�ja bo zakasnitev. Torej, �e želimo enega od
faktorjev optimizirati, se ostalima dvema vrednost pove�uje. Kompleksnost se izraža v
porabljeni procesni mo�i nekega ra�unalnika in zasedenosti pomnilnika. Procesno mo�
merimo v milijonih inštrukcij na sekundo ali kratko v MIPS25 enotah. Kodirniki z nizko
kompleksnostjo imajo MIPS pod 15, �e pa imajo MIPS ve� od 30, govorimo o visoki
kompleksnosti kodirnika. Velika kompleksnost kodirnika praviloma potegne za sabo
tudi ve�jo ceno in porabo energije. Z uporabniškega vidika je najbolj pomembna
kakovost. Uporabnika ne zanima, kako hiter je kodirnik in kako zmogljiv procesor
potrebujemo za njegovo delovanje. Najpomembnejše je, da dobro sliši sogovorca in ga
razume. Kodirniki se razlikujejo tudi od odvisnosti na odpornost na zunanje dejavnike
(šum v ozadju, napake na prenosni poti, zaporedje ve�ih kodiranj in dekodiranj,
zmožnost kombiniranega pogovora dveh razli�nih kodirnikov, prepoznava
signalizacijskih tonov in drugo). Ker idealnega kodirnika ni, moramo na podlagi
lastnosti kodirnikov najti kompromis. Izbrati je potrebno enega izmed kodirnikov, ki je
najustreznejši za aplikacijo, v kateri ga bomo uporabljali.
25 MIPS – Millions of Instructions Per Second
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 24
2.2.5 Lastnosti in opis kodirnikov govora
V tabeli 3 so podani kodirniki v skladu s krovnim priporo�ilom H.323 z njihovimi
splošnimi lastnostmi.
Standard G.711 MPEG-126 G.722 G.728 G.729 (A) G.723.1
Oznaka PCM Širokopasovni kodirniki
Širokopasovni kodirniki
LD-CELP
CS-ACELP
ACELP / MP-MLQ
Bitna hitrost [kb/s] 64 32 - 448 48/56/64 16 8 5,3 / 6,4 Dolžina okvirja 125 µs 8 - 36 ms 125 µs 625 µs 10 ms 30 ms Predvpogled 0 0 - 12 ms 0 0 5 ms 7,5 ms
algoritem 125 µs 125 µs 625 µs 15 ms 37,5 ms ra�unska 125 µs 125 µs 625 µs 10 ms 30 ms Zakasnitev skupaj 250 µs
19 - 59 ms (50 - 150 ms)
250 µs 1,25 ms 25 ms 67, 5 ms Kakovost [MOS] 4,3 2,1 - 5,0 3,8 - 4,2 4,0 4,0 3,5 / 4,0 MIPS 0 spremenljivo > 2 30 20 (10) 16 / 14,6
RAM [16 bit] 0 spremenljivo > 100 2000 3000 (2000) 2200
ROM [16 bit] 0 spremenljivo > 1000 10000 10000 10000
Tabela 3: Lastnosti nekaterih kodirnikov skladu s krovnim priporo�ilom H.323
KODIRNIK G.711
Kodirnik G.711 je najstarejši in zelo razširjen po celem svetu. Uporabljamo ga v
PSTN, ISDN… Je izredno enostaven in ga prištevamo med kodirnike signalnih oblik.
Deluje tako, da signal govora na vhodu najprej frekven�no omejimo na frekven�ni pas
med 300 - 3400 Hz, nato ga vzor�imo s frekvenco vzor�enja 8 kHz in kvantiziramo s 13
biti. tako, da dobimo linearno digitaliziran signal. Sledi kompresija po A ali � zakonu
(kompresija po odsekoma zvezni logaritemski krivulji) v 8 bitne vzorce in tako dobimo
kodiran govorni signal z bitnim tokom 64 kb/s. Zaradi visoke bitne hitrosti ima najvišjo
oceno MOS. Zakasnitev kodirnika je minimalna, saj se pretvorba v izbrani zakon odvija
preko tabel.
26 MPEG – Motion Picture Expert Group
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 25
KODIRNIK MPEG-1 AUDIO
Kodirnik je primeren za avdio signal visoke kakovosti (CD kvaliteta). CD kakovost
omogo�a digitaliziran signal s frekvenco vzor�enja 44.1 kHz in 16 bitno kvantizacijo,
kar da bitni pretok 705.6 kb/s. Ta kodirnik ni namenjen kodiranju govora, vendar je bil
vklju�en v standard H.323 in je namenjen prenosu glasbe. Tega kodirnika ne sre�ujemo
v vsakdanjih rešitvah za IP telefonijo.
KODIRNIK G.722
Je širokopasovni kodirnik, s katerim kodiramo 7 kHz širok frekven�ni pas v
obmo�ju od 50 Hz do 7 kHz. Kodirnik prenaša precej širok frekven�ni pas in ga lahko
uporabimo tudi za kodiranje glasbenega signala, ne samo govora. Kodirnik uvrš�amo
med podpasovne kodirnike signalnih oblik s kratico SB-ADPCM27. Frekvenca
vzor�enja signala je precej visoka in znaša 16 kHz, signal pa je kvantiziran s 14 biti.
Kodirnik kodira po podpasovih. Podpasova imata frekvenco vzor�enja 8 kHz. Nižji pas
je zaradi informacijske vsebine bogatejši in pomembnejši, zato ga kvantiziramo s 4, 5
ali 6 biti na vzorec, medtem ko zgornji pas kvantiziramo samo z dvema bitoma.
Rezultat takega kodiranja je bitni tok 48, 56 ali 64 kb/s. Zaradi razli�nih nivojev
kvantizacije je razli�na tudi kakovost MOS - od 3.8 do 4.2.
Za ta kodirnik moramo zagotoviti veliko pasovno širino. Njegova izvedba ni zahtevna.
�e ga primerjamo z G.723.1 in G.729 ima velike bitne hitrosti za skoraj enako kakovost
MOS. Ta kodirnik bi uporabili za aplikacijo, kjer potrebujemo prenos signalov s širšim
spektrom.
27 SB-ADPCM – Sub Band Adaptive PCM
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 26
KODIRNIK G.728
Kodirnik G.728 ima zelo majhno zakasnitev in srednjo pasovno širino. Princip
delovanja kodirnika je LD-CELP28 z zelo nizko algoritemsko zakasnitvijo do 625 �s.
Slabost tega kodirnika je zelo visoka kompleksnost, ki znaša preko 30 MIPS. Zaradi
potrebe po veliki strojni zmogljivosti se ta kodirnik ni uveljavil.
KODIRNIK G.729
Je izboljšana verzija kodirnika G.728 in sodi med vokoderje. Uporablja kodirni
postopek CS-ACELP29. Ve�ina lastnosti je primerljiva z lastnostmi kodirnika G.723.1.
Kodiramo govorne okvire dolžine 10 ms s 5 ms predvpogledom. Izhodni podatkovni tok
s hitrostjo 8 kb/s je nekaj ve�ji kot pri kodirniku G.723.1. Zakasnitev je veliko manjša,
in znaša le 25 ms, od �esar je 15 ms algoritemske. Slabost kodirnika je precej visoka
kompleksnost 20 MIPS in precej zahtevna izvedba. Novejši kodirnik G.729 A ima
enake lastnosti kot izvirnik, le da je njegova kompleksnost precej nižja, 10.5 MIPS. V
kon�nih izdelkih se ne pojavlja pogosto.
KODIRNIK G.723.1
Kodirnik G.723.1 uporablja najmanjšo pasovno širino, pri dokaj visokem MOS od
3.5 do 4. Glede na izbrano vrsto kodirnega postopka ima dve nazivni hitrosti delovanja,
ACELP30 s hitrostjo 5.3 kb/s ali MP-MLQ31 s hitrostjo 6.4 kb/s. Vhodni signal v
kodirnik je linearen PCM signal, kvantiziran s 16 biti in s frekvenco vzor�enja 8 kHz.
Kodirnik deluje na vokoderskem principu in obdeluje okvirje govora dolžine 30 ms.
28 LD-CELP – Low Delay CELP 29 CS-ACELP – Conjugate Structure ACELP 30 ACELP – Algebraic Code Excited Linear Prediction 31 MP-MLQ – MultiPulse Maximum Likelihood Quantization
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 27
Tako mora kodirnik �akati na 240 vzorcev, šele potem jih lahko obdeluje po metodi
analize in sinteze. Poleg teh vzorcev kodirnik upošteva še 7.5 ms ali 60 vzorcev
predvpogleda za prihodnji signal, kar znese skupaj 37.5 ms algoritemske zakasnitve, ki
je ne moremo zmanjšati. Procesna zakasnitev je tudi precej visoka, vendar je odvisna od
razpoložljive strojne in programske opreme za izvedbo kodirnika. �eprav ima ta
kodirnik najvišje zakasnitve govora, je splošno razširjen v aplikacijah in izdelkih za IP
telefonijo [20] [22].
2.2.6 Primerjava kodirnikov govornega signala
Slika 6 kaže primerjavo kodirnikov glede na velikost bitnega toka. Med njimi
MPEG-1 zajema širši frekven�ni pas kot drugi kodirniki. Kodirnik je primeren za
kodiranje glasbe, za katero pa so drugi obravnavani kodirniki popolnoma neprimerni.
G.711 MPEG-1 G.722(64)
G.722(48)
G.728 G.729G.723.1
(5,3)G.723.1
(6,4)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Slika 6: Primerjava kodirnikov glede na bitno hitrost [19]
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 28
Zakasnitve drugih kodirnikov podanih v grafu so pod mejo 150 ms. To zadoš�a
kriterijem, ki jih postavlja ITU32 za kakovosten telefonski pogovor. Pri tem je
pomembno, da so navedene le zakasnitve kodirnikov. V praksi moramo upoštevati tudi
zakasnitve prenosne poti, zakasnitve zaradi obremenjenosti omrežja ...
Za naslednji faktor primerjave sem vzel kakovost opisanih kodirnikov, ki je
prikazana na sliki 7.
G.711MPEG-1 (5)
G.722G.728
G.729G.723.1
Kakovost [MOS]
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Slika 7: Primerjava kodirnikov glede na vrednosti testov MOS [19]
32 ITU – International Telecommunication Union
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 29
Slika 8 prikazuje primerjavo kodirnikov govora glede na zahtevano procesorsko
mo�. Vsi opisani kodirniki spadajo med kodirnike z nizko kompleksnostjo.
G.711MPEG-1
G.722 (64)G.728
G.729G.723.1
0
5
10
15
20
25
30
Slika 8: Primerjava kodirnikov glede na MIPS [19]
Kot smo že zapisali, idealnega kodirnika ni, zato tudi ne moremo izpostaviti
najboljšega. Lahko le dolo�imo, kateri kodirnik je najboljši za dolo�eno aplikacijo. Za
IP telefonijo v lokalnem omrežju, kjer lahko zagotovimo višjo pasovno širino, bi
uporabili kodirnike z višjimi bitnimi pretoki. V primeru internetne povezave, kjer ne
moremo zagotoviti visoke pasovne širine, pa je smiselno uporabiti kodirnike z manjšimi
bitnimi hitrostmi. Veliko postavko pri izbiri primernega kodeka predstavlja tudi cena le
tega.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 30
2.3 PRIPORO�ILA ZA IP TELEFONIJO
V IP telefoniji sta se uveljavila standarsa H.323 in SIP. Njuni strukturi sta zelo
razli�ni. H.323 standar opisuje, kako je potrebno narediti elemente VoIP omrežja. Je
dobro definiran in tog, tako so proizvajalci opreme precej omejeni pri razvijanju novih
funkcionalnosti in storitev. Standard SIP je mnogo bolj odprt, ima definirano ogrodje in
temelji na internetnem protokolu, zato dopuš�a veliko možnosti za razvoj opreme.
2.3.1 H.323 priporo�ilo
H.323 je protokol, ki ga je sprejela organizacija ITU. Protokol H.323 je zaprt
protokol, ki je dolo�en zelo natan�no, hkrati pa omogo�a tudi povezovanje internetnih
terminalov z navadnimi telefonskimi terminali. H.323 protokol ne podpira nobenih
zagotovil o kakovosti prenosa. Definira množico postopkov in priporo�il serije H.xxx za
IP telefonijo:
- H.245 je namenjen za signalizacijo in nadzor
- H.225.0 je namenjen za vzpostavitev in prekinitev zveze ter pakiranje in
sinhronizacijo govora
- H.235 definira ve�je konferen�ne zveze
- H.450.x je množica priporo�il, namenjenih za definicijo dopolnilnih storitev
- H.235 za varnost prenosa podatkov
Priporo�ilo H.323 definira tudi priporo�ila za kodiranje govora serije G.7xx in
protokole RTP33, RTCP34, IP, TCP in UDP.
Vsa ta priporo�ila in protokoli tvorijo osnovo za delovanje H.323 terminalov.
Uradna ITU definicija priporo�ila H.323 se glasi:
Priporo�ilo H.323 opisuje terminale, opremo in storitve za ve�predstavitvene
komunikacije preko lokalnih omrežij, ki ne podpirajo nobenih zagotovil o kakovosti
33 RTP – Real-time Transport Protocol 34 RTCP – Real-time Transport Control Protocol
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 31
storitev prenosa (QoS 35). H.323 terminali in oprema lahko omogo�ajo prenos govora,
podatkov in slike ali katerekoli kombinacije, vklju�no z videotelefonijo. Lokalno
omrežje, preko katerega komunicirajo H.323 terminali, je lahko sestavljeno iz enega
samega vodila ali obro�a ali pa je mnogo bolj kompleksno sestavljeno iz ve� povezanih
segmentov, vodil ali obro�ev. �e terminali komunicirajo preko mnogih segmentov
vklju�no z Internetom, lahko pride do poslabšanja kakovosti zveze ali celo do njene
prekinitve. Možnosti in orodja za zagotavljanje kakovosti preko takih povezav niso
predmet H.323 priporo�il. H.323 terminali so lahko integrirani v osebne ra�unalnike ali
so zgrajeni kot samostojne enote. Prenos govora je za terminale obvezen, medtem ko je
prenos žive slike in podatkov neobvezen. H.323 omogo�a uporabo ve� isto�asnih
kanalov [20].
Glede na OSI model se priporo�ilo H.323 uvrš�a med transportni in aplikacijski sloj,
glede na TCP/IP referen�ni model pa zaseda predstavitveni sloj. Strukturo po slojih
predstavlja slika 9.
Slika 9: H.323 priporo�ilo in uvrstitev v OSI referen�ni model [19]
35 QoS – Quality of Service
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 32
Osnovni elementi, ki sestavljajo H.323 omrežje so:
- terminali
- prehodi (gateways)
- nadzorni strežniki (gatekeepers)
- ve�to�kovne kontrolne enote (multipoint control units)
Slika 10: Sistem H.323 [19]
TERMINAL
V VoIP omrežju predstavlja terminal kon�no to�ko. Namenjen je za govorno,
slikovno ali podatkovno komunikacijo med uporabniki. Omogo�a dvosmerno
komunikacijo z drugim terminalom, prehodom in ve�to�kovno kontrolno enoto.
Komunikacija poteka v realnem �asu. Terminal lahko vzpostavi zvezo z drugim
terminalom oziroma s prehodom neposredno ali s posredovanjem vratarja. Terminal je
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 33
lahko kot samostojen IP telefon ali PC telefon. Zgradba terminala H.323 je prikazuje
slika 11.
Slika 11: H.323 terminal [19]
Video kodirnik – Je neobvezen element. V primeru, �e ga terminal vsebuje, mora
le-ta omogo�iti kodiranje in dekodiranje video signala v skladu z na�inom H.261
QCIF36.
Audio kodirnik – Ta element je obvezen in skrbi za kodiranje in dekodiranje
govornega signala po enem izmed standardov G.7xx.
Podatkovni kanal – Je neobvezen element. Glede na aplikacijo je lahko enosmeren
ali dvosmeren.
Nadzor sistema – Sestavljen je iz treh delov: H.245 nadzorna funkcija, RAS37,
signalizacija klica H.255.0. Za pravilno delovanje terminala omogo�a signalizacijo, ki je
36 QCIF – Quarter Common Intermediate Format 37 RAS – Register Admission and Status
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 34
naslednja: vzpostavitev, vzdrževanje, sprostitev, izmenjavo sporo�il med kon�nimi
to�kami in nadzornimi strežniki ter kontrolo pretoka multimedijskih podatkov.
Kompenzacijska enota (Receive Path Delay) – To je enota, ki skrbi za
kompenzacijo neenakomernih �asovnih razmikov med sprejetimi paketi. Skrbi tudi za
sinhronizacijo med pretoki podatkov razli�nih tipov.
Sloj H.225 – V tem sloju se sporo�ila iz enote za nadzor sistema in kompenzacijske
enote pretvarjajo v obliko primerno za omrežni vmesnik in obratno.
H.245 NADZORNA FUNKCIJA
Za prenos sporo�il med dvema kon�nima to�kama v H.323 omrežju se uporablja
nadzorni kanal H.245. Sporo�ila, ki se uporabljajo v H.245 nadzorni funkciji so: za
izmenjavo maksimalnih zmožnosti terminalov, vzpostavljanje in podiranje logi�nih
kanalov, zahteve po izbranem na�inu delovanja enot, sporo�ila za nadzor in kontrolo
podatkovnega pretoka in splošni ukazi ter indikatorji. Kon�na to�ka je lahko terminal,
vratar, prehod ali ve�to�kovna kontrolna enota. Nadzorni kanal se prenaša preko
logi�nega kanala 0. Ta mora biti stalno odprt in dostopen od trenutka vzpostavitve do
prekinitve nadzornega kanala. Poleg kon�nih to�k so med zvezo še kon�ni osebki, ki
omogo�ajo signalizacijo med kon�nimi to�kami. Kon�ni osebki so neodvisni protokoli,
sestavljeni iz nabora ukazov in procedur, ki dolo�ajo trenutke in primere izmenjave
sporo�il med kon�nimi to�kami z uporabniki. H.323 kon�na to�ka mora podpirati
naslednje kon�ne osebke:
Ugotavljanje nadrejeno-podrejenih kon�nih to�k uporabljamo, ko poskušata dve
kon�ni to�ki uveljaviti premo� v prevzemanju funkcije ve�to�kovnega kontrolorja ali
pri vzpostavljanju dvosmernega kanala.
Izmenjava zmožnosti – s to funkcijo se kon�ne to�ke dogovorijo o svojih
maksimalnih zmožnostih delovanja. Vsaka to�ka pošlje svoje zmožnosti za oddajo in
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 35
sprejem ostalim to�kam. Na ta na�in se izognemo primerom, ko nek terminal oddaja
podatkovni niz s hitrostjo, ki je prehod v zvezi ne more sprejemati.
Logi�ni kanal – naloga logi�nega kanala je prenesti informacijo od oddajnika do
sprejemnika. Lahko je enosmeren ali dvosmeren. Zahtevek za odprtje logi�nega kanala
vsebuje podatke o vrsti medija, uporabljenem algoritmu in možnih opcijah. Po
kon�anem prenosu se lahko logi�ni kanal zapre ali ostane odprt kot neaktiven kanal.
Zahteva po opisu stanja kon�ne to�ke – sprejemnik lahko od oddajnika zahteva
sporo�ilo o lastnem stanju.
Ugotovitev celotne zakasnitve - funkcija, ki izmeri �as RTT med dvema kon�nima
to�kama.
SIGNALIZACIJA RAS
Pri signalizaciji RAS uporabljamo sporo�ila H.225.0 za registracijo, dovoljenja,
spremembe pasovne širine in statusa ter prekinitvena sporo�ila med kon�nimi to�kami
in vratarji. Je neodvisna od kanala za signalizacijo klica H.225.0. Kanal RAS poteka
preko nezanesljivega UDP protokola. Uporabljen je samo v H.323 omrežjih z definirano
cono, za njegovo uporabo pa je nujno potreben vratar.
Iskanje vratarja je postopek pri katerem kon�na to�ka po priklju�itvi v omrežje
poiš�e vse sosednje vratarje z namenom registracije pri enem od vratarjev. Postopek se
izvede avtomatsko in je sestavljen iz treh sestavljenih sporo�il: GRQ (zahteva za
dodelitev vratarja), GCF (vratarjeva potrditev) in GRJ (vratarjeva zavrnitev). Vratar ima
višjo prioriteto od kon�ne to�ke, zato je on tisti, ki zahtevo sprejme ali zavrne.
Registracija kon�ne to�ke se izvede, ko kon�na to�ka najde vratarja, pri katerem se
bo registrirala. Vratar pa lahko zahtevo sprejme ali zavrne in pošlje odgovor.
Krmiljenje dostopa – je postopek izmenjave sporo�il o tipu klicev, pasovni širini,
dodatnih storitvah, prenosu podatkov. Uporabljajo se H.225.0 sporo�ila ARQ, ACF,
ARJ in modificirana Q.931 sporo�ila.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 36
SIGNALIZACIJA KLICA H.225.0
Preko signalizacijskega kanala H.225.0 poteka nadzor klica, ki se vzpostavi med
dvema kon�nima to�kama. Signalizacijski kanal se odpre pred H.245 nadzorom in je
neodvisen od ostalih kanalov. V sloju H.225.0 je opisana celotna signalizacija, nadzor
klica in Q.931 sporo�ila.
Sporo�ila se po signalizacijskem kanalu prenašajo preko TCP protokola, ki omogo�a
zanesljiv prenos informacije med dvema kon�nima to�kama.
PREHOD
Prehod povezuje H.323 terminale v lokalnem omrežju z H.323 terminali v
globalnem omrežju. �e se terminala nahajata v istem omrežju prehod ni potreben.
Prehod se v komunikaciji uporablja v treh scenarijih zvez, ki so prikazani na slikah 12,
13 in 14.
Prehod ima naslednje funkcije:
- procesiranje signalov za kompresijo govora,
- kompenziranje odboja in izlo�evanje tišine,
- šifriranje,
- sprejem in sprememba pozivnih tonov PSTN omrežja v obliko, primerno za
paketno omrežje.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 37
Slika 12: Klic IP terminal – IP terminal [19]
Slika 13: Klic IP terminal – navaden telefon [19]
Slika 14: Klic navaden telefon – navaden telefon [19]
NADZORNI STREŽNIK
Nadzorni strežnik ali gatekeeper nadzoruje in zagotavlja omrežne storitve H.323
terminalom, ve�to�kovnim kontrolnim enotam (MCU38) in prehodnim to�kam v
dolo�eni coni. H.323 enota preko nadzornega strežnika sprejema in pošilja klice.
Omogo�a dvosmerno komunikacijo med H.323 terminali v omrežju.
Njegove naloge so:
38 MCU – Multipoint Control Unit
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 38
- PRETVORBA NASLOVOV (Address Translation): skrbi za pretvorbo iz alias
naslovov H.323 enot v transportne naslove enot H.323.
- KONTROLA DOSTOPA (Admissions Control): naloga kontrole dostopa je, da
kon�ni to�ki dovoli ali pa ne dovoli uporabo omrežja s pomo�jo sporo�il
ARQ/ACF/ARJ.
- KONTROLA PASOVNE ŠIRINE: kon�ne to�ke lahko zaprosijo nadzorni
strežnik za spremembo pasovne širine, ki jo uporabljajo. Uporabljajo se sporo�ila
BRQ/BCF/BRJ.
- UPRAVLJANJE CONE: vse naštete naloge mora nadzorni strežnik upravljati za
vse ve�to�kovne kontrolne enote, prehodne to�ke in terminale, ki so se prijavili pri
njem.
Nadzorni strežnik lahko prevzame tudi naslednje funkcije:
- SIGNALIZACIJA ZA KONTROLO KLICA (Call Control Signalling) –
nadzorni strežnik je lahko vklju�en v signalizacijo kontrole klica.
- AVTORIZACIJA KLICA (Call Authorization) – nadzorni strežnik lahko tudi
zavrne klice iz dolo�enih terminalov.
- UPRAVLJANJE PASOVNE ŠIRINE (Bandwidth Management) – gre za nadzor
števila terminalov, ki v nekem trenutku dostopajo do omrežja in za ugotavljanje,
ali so zmožnosti omrežja presežene.
- UPRAVLJANJE KLICA (Call Management) – nadzorni strežnik lahko vzdržuje
seznam aktivnih klicev.
VE�TO�KOVNA KONTROLNA ENOTA
Ve�to�kovna kontrolna enota ali Multipoint Control Unit je kon�na to�ka v H.323
omrežju in omogo�a trem ali ve� H.323 terminalom ve�to�kovno konferenco.
Sestavljena je iz ve�to�kovnega nadzornika (Multipoint Controller) in ve�to�kovnih
procesorjev (Multipoint Processor) Ve�to�kovni nadzornik je lahko nameš�en v
terminalu, prehodni to�ki ali nadzornem strežniku. Njegova naloga je nadzor nad
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 39
zmogljivostjo terminalov v konferen�ni zvezi. V kolikor kateri od terminalov ne
izpolnjuje minimalne zahteve za sodelovanje v zvezi ga izlo�i iz konference. Naloge
ve�to�kovnega procesorja je sprejem govornih, video in podatkovnih vez.
VRATAR
Vratar ni obvezen element omrežja H.323. Naloga vratarja je nadzor ostalih
terminalov v omrežju. V omrežju se ponavadi pojavi kot samostojni programski paket,
nameš�en na strežniku. Nekateri proizvajalci pa vratarje dodajo v prehode kot dodaten
modul.
RTP in RTCP
RTP je transportni protokol v realnem �asu. RTCP pa je krmilni transportni protokol
v realnem �asu. Skupaj omogo�ata storitev za dostavo podatkov v realnem �asu med
dvema to�kama.
2.3.2 SIP priporo�ilo
SIP je signalizacijski protokol. Razvila ga je organizacija IETF leta 1996. Uporablja
se za vzpostavitev, spreminjanje in prekinitev sej med dvema ali ve� SIP terminali. V
za�etku se je SIP protokol uporabljal le v internetni telefoniji, kasneje pa se je razširil še
na druga podro�ja, kot so ve�predstavitvene konference, u�enje na daljavo. Za
medsebojno komunikacijo uporabljajo sodelujo�i v seji postopke na osnovi skupinskega
in usmerjenega oddajanja. SIP protokol podpira pet osnovnih postopkov, potrebnih za
vzpostavitev, upravljanje in nadzor ter prekinitev komunikacije zveze.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 40
Postopki so naslednji:
- lociranje uporabnika,
- dolo�evanje uporabniških zmogljivosti,
- ugotavljanje razpoložljivosti uporabnika,
- vzpostavitev klica,
- nadzor ter upravljanje klica.
SIP protokol je v primerjavi s H.323 protokolom enostavnejši. Zasnovan je po
na�elu komunikacije odjemalec/strežnik s posredovanjem tekstovnih sporo�il na
aplikacijskem sloju. Pri odjemalcu se oblikujejo zahteve, katere se pošlejo strežniku.
Strežnik zahteve obdela in jo vrne odjemalcu. Izmenjavo zahteve imenujemo
transakcija.
V SIP omrežju lo�imo naslednje elemente:
- uporabniški odjemalci ali uporabniški agenti,
- registratorji,
- proksi strežniki,
- preusmeritveni strežniki.
Uporabniški agent je kon�na naprava, ki jo uporablja uporabnik. Sestavljen je iz
dveh elementov: odjemalca UAC39 in strežnika UAS40. UAC je odgovoren za izvorne
klice oziroma za pošiljanje zahtev, UAS pa za odgovarjanje na zahteve oziroma za
pošiljanje odgovorov. Tipi�ni primer uporabniških agentov so internetni telefoni in
druga konferen�na ve�predstavitvena programska oprema.
Naloga registratorja je, da skrbi za uporabnike, ki so dodeljeni v njegovo domeno.
Proksi strežniki posredujejo SIP zahteve in odgovore. Pri posredovanju SIP zahteve
spremeni vzglavje zahteve tako, da naslednji strežnik prepozna njega kot pobudnika
zahteve.
Preusmeritveni strežniki sprejemajo zahteve in vra�ajo odgovore o lokaciji
strežnikov in uporabnikov, kadar ti niso dosegljivi v doma�i domeni.
39 UAC – User Agent Client 40 UAS – User Agent Server
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 41
Elementi SIP omrežja, registrator, preusmeritveni in proksi strežniki so vgrajeni v
isti programski paket, namaš�en na nekem ra�unalniku, zato jih enostavno imenujemo
SIP strežniki. Funkcija SIP strežnikov je zelo podobna funkcijam, ki jih v H.323
omrežju opravljajo vratarji. Struktura SIP sporo�il je enostavnejša od strukture H.323
sporo�il, saj se prenašajo kot tekstovna sporo�ila. Ta sporo�ila so naslednja:
- INVITE (povabilo) s sporo�ilom SIP lahko v SIP sejo povabimo kateregakoli
uporabnika,
- ACK (potrditev) je odgovor na povabilo. Z njim odjemalec potrdi prejem
povabila v sejo,
- OPTIONS (opcije) omogo�ajo odjemalcem poizvedbe pri SIP strežniku o
zmogljivostih in posebnih lastnostih med odjemalci, vklju�enimi v sejo in tistih,
ki se jih v sejo šele vabi,
- BYE (adijo) s tem sporo�ilom odjemalec od strežnika zahteva prekinitev zveze,
- CANCEL (prekli�i) sporo�ilo, ki se uporablja za preklic že izdane, vendar še ne
izvršene zahteve,
- REGISTER (registriraj) je sporo�ilo, s katerim odjemalci prijavijo svojo
prisotnost v domeno.
SIP protokol torej poskrbi za vzpostavitev in prekinitev zveze. Ko je seja enkrat
vzpostavljena in s tem tudi zveza med dvema SIP terminaloma, prevzame funkcijo
nadzora in upravljanja SDP41 protokol. SDP protokol je namenjen opisu
ve�predstavitvene seje. SDP izvaja nadzor in upravljanje nad sejo in parametri seje.
Sprva je bil namenjen za aplikacije, ki temeljijo na skupinskemu oddajanju v internetu,
kasneje pa se je za�el uporabljati tudi za usmerjene povezave. Tudi SDP prenaša
informacije v preprosti tekstovni obliki. Pravzaprav je SDP le format opisa SIP sporo�il.
SIP sporo�ilo vsebuje za parametre SDP telo, v katerem so parametri za vzpostavitev ali
prekinitev zveze [17].
41 SDP – Session Description Protocol
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 42
3 IP TELEFONIJA IN NOVE STORITVE
IP telefonija je v velikem vzponu, tako v gospodinjstvih kot v poslovnem svetu.
Ponuja veliko ve� kot tehnologija ISDN in mobilna telefonija. Med sabo je že možno
povezati navadni stacionarni telefon, mobilni telefon, ra�unalnik z ustrezno programsko
opremo ter VoIP telefon. Naslednji korak je konvergenca omrežij (GPRS, UMTS,
WLAN, Wimax,…). Konvergenca omrežij bo uporabnikom omogo�ila neopazen
prehod med omrežji, tako se bo mogo�e povezati od kjer koli na svetu in uporabljati
napredne storitve IP telefonije.
V nadaljevanju sledi opis novih možnosti, ki jih lahko že danes ali pa v prihodnosti
prinese IP telefonija.
MEDMREŽNO NAKUPOVANJE IN SPLETNI KLICNI CENTER
Ogromno podjetij nudi možnost nakupa svojih izdelkov ali storitev preko Interneta.
Pri nekaterih podjetjih je internetni nakup edina možnost. Z namenom pospešitve
prodaje in omogo�enim dobrim stikom s kupcem, se vse ve� podjetji odlo�a za uvedbo
spletnih klicnih centrov, saj lahko kupcu nudijo ve� informacij o izdelku in mu
pomagajo pri spletnem nakupu. Delujejo na naslednji na�in: Ko kupec kupuje dolo�en
izdelek in bi želel dodatne informacije o samem izdelku ali na�inu nakupa, lahko preko
hipertekstne povezave zahteva pogovor s prodajnim agentom. V tem primeru se zažene
PC telefon na strani kupca in avtomatsko kli�e prodajnega agenta, zadolženega za
izbrani izdelek. Na ta na�in lahko dobi kupec dodatne informacije in se lažje odlo�i za
nakup.
Možnosti uporabe spletnega klicnega centra je veliko, na primer v javni upravi,
šolstvu, prometu, financah in drugih podro�jih.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 43
KLIC NA KLIK
Storitev se uporablja v povezavi telefona z osebnim ra�unalnikom. Bistvo storitve je v
tem, da z enostavnim klikom na neko povezavo telefon za�ne izbirati številko, ki se pod
to povezavo skriva. Uporablja se v povezavi z web vmesniki in odjemalci elektronske
pošte.
TELEFONSKI IMENIK
Z nakupom javnega telefonskega imenika v tiskani izdaji ali na zgoš�enki, moramo
nekatere telefonske številke že takoj dopolnjevati z novimi, saj so se stare številke med
tem spremenile. Rešitev tega problema bi bila storitev javnega telefonskega imenika v
IP telefoniji. Ko bi nek neznanec poklical dolo�enega uporabnika, bi mu njegov IP
telefon posredoval vse podatke o neznancu. Da bi to lahko izvršil, bi moral telefon pri
dospelem klicu preveriti najprej lokalno podatkovno bazo in nato še poizvedbo v javno
podatkovno bazo. Ko bi ugotovil identiteto neznanca, bi lahko posredoval na zaslon IP
telefona vse podatke, dostopne iz javnega telefonskega imenika (imena, naslov sedeža
podjetja in morda še prikaz lokacije na primernem zemljevidu). Taka storitev bi
omogo�ala uporabo tudi v obratni smeri. Ko bi hoteli nekoga poklicati bi preko spleta
vnesli klju�ne besede za poizvedbo (ime in priimek) ter iz vrnjenih možnosti izbrali
pravo.
Na enak na�in, kot je javni telefonski imenik, bi lahko uporabljali lokalni telefonski
imenik (imenik znotraj podjetja, organizacije, osebni imenik).
LOKALNA RAPOREDITEV IN ORGANIZIRANOST POZIVOV
Razpršeno in skupinsko oddajanje sta funkciji IP omrežij, ki sta lahko v IP telefoniji
izredno koristni. Na ta na�in lahko kli�emo zaklju�ene skupine telefonov oziroma
uporabnikov. V klico�em telefonu se kreirajo skupine (oddelek v podjetju, vsi študentje
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 44
iste smeri, �lani društva). Uporabnik lahko na enostaven na�in pokli�e vse telefone
naenkrat ali vsakega posebej. S to storitvijo lahko na enostaven na�in vzpostavimo
konferen�no zvezo.
UNIVERZALNI SPORO�ILNI SISTEM
Univerzalni sporo�ilni sistem ali s tujko »Universal Mailbox«, je storitev pri kateri
so v en sam sistem integrirani govorna pošta, elektronska pošta, telefaks sporo�ila in
kratka sporo�ila iz mobilne telefonije (SMS42). Namenjena je mobilnim uporabnikom,
ki so veliko na poti, ali se ne morejo odzvati na sporo�ila in potrebujejo univerzalni
poštni predal. O prispelem sporo�ilu je uporabnik obveš�en v obliki telefonskega klica.
Uporabnik lahko pregleduje ali posluša sporo�ila preko telefonskega aparata ali
ra�unalnika kjer koli na svetu.
KLICNI CENTER
Najzahtevnejši uporabniki so zaposleni v klicnem centru v podjetju. Njihovo delo je
sprejemanje klicev ter posredovanje in preusmerjanje le-teh. Zelo pomembno je, da se te
aktivnosti ne izvajajo na slepo, saj se s tem lahko izgublja �as. Nujno je, da
posredovalec ve, kje najde želeno osebo in �e klicani lahko klic tudi prevzame.
PRISOTNOST
Znotraj protokola SIP je bilo razvita pomembna storitev prisotnost. Prisotnost je
širok pojem, kjer lo�imo vsaj tri razli�ne stopnje:
42 SMS – Short Messaging Service
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 45
- »Device Presence« ali status terminala (ponazarja stanje telefonskega priklju�ka
s prižiganjem ali utripanjem lu�ke ob funkcijski tipki, pod katero se skriva
številka opazovanega priklju�ka)
- »User Presence« ali dejanska prisotnost (pove, kje, za koga in na kakšen na�in je
oseba v dolo�enem trenutku dosegljiva)
- »Group Presence« ali prisotnost skupine (sporo�a dosegljivost vsaj enega od
�lanov dolo�ene skupine)
ODDALJEN DOSTOP
Z uporabo IP telefona je mogo�e uporabniku zagotoviti enako govorno storitev na
kateri koli želeni lokaciji, kot jo ima na svojem delovnem mestu v podjetju. �etudi so
zaposleni nameš�eni na razli�nih lokacijah, uporabljajo isto interno oštevil�enje in
enake dopolnilne storitve, kot �e bi sedeli na delovnem mestu v podjetju. Rešitev je
dobrodošla za vse primere, ko fizi�na prisotnost v podjetju ni mogo�a ali ni potrebna.
Za zagotovitev storitve je poleg osnovne povezljivosti potrebna še varna povezava tako,
da je komunikacija zaš�itena pred zlorabami.
MOBILNOST
IP terminal se lahko v omrežje vklju�i kjerkoli. Tako lahko mobilni telefon, PDA, ki
imajo vgrajeno možnost povezovanja preko Wi-Fi omrežja ter podporo SIP protokola,
uporabimo kot IP terminal. Tako zaposleni prenaša svoj službeni namizni telefon kar v
žepu. Na katerem koli koncu sveta (pogoj je povezava z internetom) ima neposredne,
brezpla�ne pogovore znotraj podjetja, dostop do vseh dopolnilnih storitev, kot bi sedel v
svoji pisarni.
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 46
NADZOR
IP telefonske centrale omogo�ajo popoln nadzor nad telefonskimi klici v podjetju.
Vsi pogovori se samo s klikom snemajo in s tem se zabeležijo vsi pogovori s strankami
in interni pogovori. Oseba z administratorskimi pravicami ter nadrejeni ima možnost
vklju�itve v pogovor in s tem lahko nadzira pogovor, se vklju�i in daje napotke za
pogovor s stranko, ne da bi stranka to slišala.
Vsi pogovori se beležijo, tako lahko v vsakem trenutku vidimo stroške za
posameznika, dolo�en oddelek ali celo podjetje.
OSTALE DODATNE STORITVE
- Pregled klicev preko WEB strani.
- Povezljivost IP telefona z odjemalci (npr. MS Outlook) in tako omogo�anje
lažjega urejanja imenika.
- FAX preko interneta (pošiljanje telefaks sporo�il z enim klikom miške preko
interneta. Prihranimo �as in denar, ki ga sedaj porabimo za tiskanje sporo�il).
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 47
3.1 ZAGOTAVLJANJE KAKOVOSTI GOVORA PO IP OMREŽJU
Osnovna zahteva pri uvajanju prenosa govora po IP omrežju je, da mora biti
kvaliteta prenosa enaka, kot pri prenosu po klasi�nem telefonskem omrežju. Prenos
govora po IP omrežju ne zahteva izjemno visokih prenosnih hitrosti, pomembno pa je
zagotoviti prenos v realnem �asu. Prevelike zakasnitve govornih IP paketov v IP
omrežju povzro�ijo nesprejemljivo kvaliteto prenosa govora po IP omrežju.
Kakovost storitev ali QoS je definirana kot nabor pravil in parametrov prenosa, o
katerih se dogovorijo uporabniški terminali in omrežje med temi terminali. Parametri
prenosa se lahko dolo�ijo pred prenosom storitve in ostanejo ves �as zveze
nespremenjeni ali pa se med prenosom spreminjajo glede na razmere v omrežju.
Vrednosti parametrov so izbrane glede na razrede prenosa, ki jo zahtevata uporabniška
terminala. Parametri prenosa so:
- pasovna širina (zahtevana minimalna bitna hitrost); Pasovna širina je odvisna
od aplikacije. Pri prenosu govora je pasovna širina od nekaj kb/s do nekaj 10 kb/s.
�e želimo prenašati gibljive slike visoke lo�ljivosti, je potrebna višja pasovna
širina.
- zakasnitev je lahko med pogovorom zelo mote�a. Prva meja zakasnitve je 150
ms, kjer je zakasnitev dovolj majhna za katerekoli aplikacijo, zakasnitve med 150
ms in 400 ms so sprejemljive, zakasnitve višje od 400 ms pa so nesprejemljive.
- rezervacija pasovne širine je potrebna zaradi stalnega prometnega pretoka, ki
ga ustvarjajo aplikacije v kon�nih terminalih.
- verjetnost napak pri prenosu.
- razpoložljivost omrežja.
- varnost ter zasebnost podatkov.
Pogoji, ki morajo biti izpolnjeni za prenos govora v realnem �asu, so zelo zahtevni.
V zasebnem omrežju je najlažje zagotoviti vse pogoje za prenos govora v realnem �asu,
ker ga lahko poljubno dimenzioniramo in imamo nad njim nadzor. Težje je zagotoviti
-
Tomaž Zupanc, Diplomsko delo 48
pogoje, ko gre za javno omrežje (Internet). Internet omogo�a le storitve po najboljših
zmožnostih.
Pri prenosu paketov po omrežju IP nastajajo zakasnitve. Lo�imo dve vrsti
zakasnite