tez-salih yanbastioglu (marmara)
TRANSCRIPT
T.C
MARMARA ÜNĠVERSĠTESĠ
TEKNĠK EĞĠTĠM FAKÜLTESĠ
ĠNTERNET PROTOKOLÜ ÜZERĠNDEN SES
ĠLETĠMĠNDE KUYRUKLAMA TEKNĠKLERĠNĠN
SERVĠS KALĠTESĠNE ETKĠSĠNĠN SĠMULATÖR ĠLE
ANALĠZĠ ve DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
Salih YANBASTIOĞLU
LĠSANS TEZĠ
ELEKTRONĠK- BĠLGĠSAYAR ANABĠLĠM DALI
ELEKTRONĠK HABERLEġME PROGRAMI
DANIġMAN
Doç. Dr. Hakan KAPTAN
ĠSTANBUL 2011
T.C.
MARMARA ÜNĠVERSĠTESĠ
TEKNĠK EĞĠTĠM FAKÜLTESĠ
ĠNTERNET PROTOKOLÜ ÜZERĠNDEN SES
ĠLETĠMĠNDE KUYRUKLAMA TEKNĠKLERĠNĠN
SERVĠS KALĠTESĠNE ETKĠSĠNĠN SĠMULATÖR ĠLE
ANALĠZĠ ve DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
Salih YANBASTIOĞLU
(2716530)
LĠSANS TEZĠ
ELEKTRONĠK- BĠLGĠSAYAR ANABĠLĠM DALI
ELEKTRONĠK HABERLEġME PROGRAMI
DANIġMAN
Doç. Dr. Hakan KAPTAN
ĠSTANBUL 2011
i
ÖNSÖZ
Bu tez çalıĢmasının danıĢmanlığını yürüten ve lisans çalıĢmalarım süresince gerek
danıĢmanlık gerekse bilgi paylaĢımı yönünden yardımlarını hiç esirgemeyen saygıdeğer hocam
Sayın Doç. Dr. Hakan KAPTAN‟ a, öğrenim hayatım boyunca, bana verdikleri destek ve
gösterdikleri sabırdan dolayı çok değerli ailem‟ e sonsuz teĢekkürlerimi sunuyorum.
ii
ĠÇĠNDEKĠLER
SAYFA
ÖNSÖZ........................................................................................................................ ...i
ĠÇĠNDEKĠLER.............................................................................................................ii
ÖZET.............................................................................................................................v
ABSTRACT..................................................................................................................vii
KISALTMALAR......................................................................................................... ix
ġEKĠLLER....................................................................................................................xi
TABLOLAR.................................................................................................................xiii
BÖLÜM I GĠRĠġ VE AMAÇ...................................................................................... 1
I.1. GĠRĠġ ..................................................................................................................... 1
I.2. AMAÇ..................................................................................................................... 2
BÖLÜM II GENEL BĠLGĠLER................................................................................ 3
II.1. VoIP........................................................................................................... 3
II.1.1.VoIP Mimarileri.......................................................................................4
II.1.2. VoIP Uygulamaları..................................................................................6
II.1.2. 1. Bilgisayardan Bilgisayara ĠletiĢim.......................................... 6
II.1.2. 2. Bilgisayardan Telefona- Telefondan Bilgisayara ĠletiĢim.......6
II.1.2. 3. Telefondan Telefona ĠletiĢim..................................................6
II.2. VoIP Avantajları-Dezavantajları...........................................................................6
II.2.1.Avantajları....................................................................................6
II.2.2. Dezavantajları ........................................................................... 7
II.3. VoIP PROTOKOLLERĠ................................................................................... 8
II.3.1.TCP Protokolü (Transmission Control Protocol)................................... 9
iii
II.3.2. UDP Protokolü (User Datagram Protocol)..........................................11
II.3.3. RTP Protokolü (Real Time Protocol).................................................12
II.3.4. RTCP Protokolü (Real Time Control Protocol)................................ 14
II.3.5. H323 Protokolü..................................................................................16
II.3.5.1. H.323 BileĢenleri..............................................................................16
II.3.6.SIP Protokolü.......................................................................................18
II.3.6.1. SIP Fonksiyonları.................................................................20
II.3.6.2. SIP‟in Temel Bilesenleri.....................................................21
II.3.6.3. SIP Mesajları......................................................................22
II.3.6.3.1. SIP Cevap Mesajları............................................23
II.3.6.3.2. SIP Cevap Mesajları............................................25
II.3.6.4. SIP‟de Konusma Yolunun Kurulması...............................26
II.4. SERVĠS KALĠTESĠNE ETKĠ EDEN PARAMETRELER...................29
II.4.1. Servis Kalitesinin Önemi.................................................................. 29
II.4.2. Servis Kalitesini Etkileyen Faktörler................................................ 29
II.4.2.1. Gecikme (Delay).............................................................. 30
II.4.2.2. Gecikme Varyasyonu (Jitter)............................................33
II.4.2.3. Paket Kaybı.......................................................................35
II.4.2.3.1 Paket Kaybına Etki Eden QoS Teknikleri...........36
II.4.2.3.1.1. Rasgele Erken Tespit (RED)...............36
II.4.2.4. Kuyruklama.......................................................................37
II.4.2.4.1. FIFO......................................................................38
II.4.2.4.2. PQ.........................................................................38
II.4.2.4.3. WFQ......................................................................39
II.4.2.5. Bant GeniĢliği.........................................................39
II.5. VOIP TEKNOLOJĠSĠNDE KULLANILAN
SES KODLAYICILARI…………………………………………………41
II.5.1. Ses SıkıĢtırması..................................................................................34
II.5.2. Ses Kodlayıcılarında Kalite Ölçümü................................................ 44
II.5.3. Ortalama Yargı Değeri ( MOS )....................................................... 44
iv
II.5.4. R Değeri.......................................................................................... 46
II.5.5. Ses Faaliyetinin Tespiti................................................................... 46
BÖLÜM III ĠNTERNET PROTOKOLÜ ÜZERĠNDEN SES ĠLETĠMĠNDE
KUYRUKLAMA TEKNĠKLERĠNĠN SERVĠS KALĠTESĠNE ETKĠSĠNĠN
DENEYSEL AĞ ĠLE SĠMÜLASYONU......................................48
III.1. GĠRĠġ............................................................................................................ 48
III.2. SĠMÜLASYON PROGRAMI SEÇĠMĠ ......................................................49
III.3. OPNET MODELER KULLANILARAK
DENEYSEL AĞIN KURULUMU........................................................................50
III.3.1. Sistem Ayarları............................................................................................51
III.3.2. Uygulama Ayarları......................................................................................51
III.3.3. Profil Ayarları.............................................................................................53
III.3.4. Simülasyon ve Analiz.................................................................................57
BÖLÜM IV SONUÇLAR VE ÖNERĠLER.......................................................68
KAYNAKLAR……………………………..……........................……………...70
ÖZGEÇMĠġ…………………………………...……..............................…….....71
v
ÖZET
ĠNTERNET PROTOKOLÜ ÜZERĠNDEN SES ĠLETĠMĠNDE
KUYRUKLAMA TEKNĠKLERĠNĠN SERVĠS KALĠTESĠNE ETKĠSĠNĠN
SĠMULATÖR ĠLE ANALĠZĠ ve DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
Ġnternet protokolü üzerinden ses iletimi (VoIP-Voice over IP), günümüz devre
anahtarlamalı telefon santralleri yerine sesin IP paketlerine dünüĢtürülerek tamamen IP temelli
Ģebekeler üzerinden iletilmesidir VoIP, internet üzerinden veri paketlerinin taĢınmasını sağlayan
bir teknolojidir. VoIP teknolojisinin getirdiği, düĢük maliyet, kolay geliĢtirilebilen esnek bir
yapı, kurulum ve kullanım kolaylığı gibi etkenler, bu teknolojinin yaygınlaĢmasını sağlamıĢtır.
VoIP yapılabilmesi için analog sesin önce paket iletimine uygun hale getirilmesi gerekir. Bu
süreçte analog ses önce örneklenir ve kuantalanarak sayısallaĢtırılır. Kısaca kodlanır. Kodlamayı
yapan ve kodlayıcı (kodek, codec) olarak adlandırılan birçok algoritma geliĢtirilmiĢtir. Her
kodlayıcı farklı özelliklere sahiptir. Dolayısıyla her kodlayıcı farklı kalitede ses üretmektedir.
Ses kalitesinin bozulmaması için ve iĢlemler gereği kaçınılmaz olan bozulmaların etkisini en aza
indirmek için yardımcı mekanizmalar geliĢtirilmiĢtir. Bunlar kısaca, ses iĢaretinin varlığını
sezme ve sessizliği bastırma, konfor gürültüsü oluĢturma, kayıp paketleri gizleme, yankı giderme
olarak sıralanabilir. Ses kalitesini en çok etkileyen etkenlerden biri gecikmedir. Gecikmelerden
ve olumsuz etkilerinden kurtulmak için ön bellek kullanımı ve QoS baĢlığı altında paketleri
sınıflandırma ve önceliklendirme mekanizmaları geliĢtirilmiĢtir. Bütün bu imkanlar
kullanıldığında VoIP hizmeti PSTN kadar kaliteli olsa da çözülmesi gerek birçok sorun daha
ortada kalmaktadır.
Bu tezin amacı, Ġnternet Protokolü üzerinden ses iletiminde sesin kaliteli ve kesintisiz bir
Ģekilde iletilmesi için kuyruklama tekniklerinin servis kalitesi üzerinde etkisinin simulatör ile
gerçeklenerek analizidir. Bu tez çalıĢmasının ilk bölümünde Ġnternet Protokolü üzerinden ses
haberleĢmesi ile ilgili genel bilgiler verilmiĢtir. ÇalıĢmanın ikinci bölümünde Ġnternet Protokolü
üzerinden ses haberleĢme teknolojinin genel yapısı, kullanılan protokoller ve mimariler, senaryo
örnekleri, ses kalitesine etki eden faktörler , kodlama teknikleri ve ses kodlayıcıları incelenmiĢtir.
vi
ÇalıĢmanın üçüncü bölümünde, Opnet Modeler simülasyon programı kullanılarak gerçek bir
yerel alan ağındaki mevcut veri ve ses trafiği üç farklı senaryo oluĢturularak simule edilmiĢtir.
Ġlk senaryoda gerçek bir kampus veri ağı trafiği FIFO kuyruklama ile simule edilmiĢtir. Ġkinci
senaryoda bu veri trafiği PQ kuyruklama ile simule edilmiĢtir. Üçüncü senaryoda da ise WFQ
kuyruklama ile simule edilmiĢtir. Dördüncü bölümde, üçüncü bölümde oluĢturulan simülasyon
sonuçları üzerinde ayrıntılı olarak durulmuĢtur. BeĢinci bölümde, simülasyon sonuçları ile servis
kalitesine etki eden parametreler incelenmiĢ ve bu faktörleri iyileĢtirmek için öneriler
sunulmuĢtur.
Haziran, 2011 Salih YANBASTIOĞLU
vii
ABSTRACT
ANALYSIS AND EVALUATION OF EFFECT OF QUEUNING
TECHNIQUES QUALITY OF SERVICE OF VOICE OVER INTERNET
PROTOCOL WITH AN SIMULATOR
Voice Over Internet Protocol (VoIP) is the transmission of voice over completely IP
based Networks, instead of today‟s circuit switching phone networks. VoIP is a technology that
enables the transport of data packets on the Internet. VoIP technology obtains low cost, easy and
flexible structure that can be developed, such factors as ease of setup and use. For real VoIP
implementations analog signals has to be packetized. The process goes through sampling and
coding. There are many different codecs providing different features and voice quality. Also
there are many mechanisms developed to avoid degradation of the voice quality and improve the
voice quality after it is processed. Some of these mechanisms are voice activity detection, silence
suppression, comfort noise generation, packet loss concealment, echo cancellation and others.
Delay is one of the biggest issues with voice quality. Buffers and QoS mechanisms like
classification and prioritization of packets are developed to avoid delay affect. However, there
are also many issues that need to be carefully resolved before availability of whole IP based
VoIP can be a reality.
The aim of this thesis, the sound quality and uninterrupted transmission of voice over
Internet Protocol to transmit the impact on the quality of service queuing techniques realized
with simulator analysis. In the first chapter of this thesis, general information on Voice over
Internet Protocol (IP) is provided. The second chapter examines the general structure of the
Voice over IP technology, the protocols and architectures used, the call scenario examples,
factors affecting voice quality , encoding techniques and voice codecs.
viii
In the third chapter, the current voice and data traffic in a real Local Area Network were
simulated by forming three different scenarios with the Opnet Modeler simulation program. The
first scenario is a real campus data network traffic is simulated with FIFO queuing. The second
scenario was simulated with this data traffic queuing PQ. The third scenario was also simulated
with the WFQ queuing. The fourth chapter, the third section focuses in detail on the simulation
results. The fifth chapter, the simulation results and parameters affecting the quality of service
are examined and presented recommendations to improve these factors.
June, 2011 Salih YANBASTIOĞLU
ix
KISALTMALAR
VoIP : Voice Over Internet Protocol
IP : Internet Protocol
PSTN : Public Switched Telephony Network
QoS : Quality of Service QoS
LAN : Local Area Network
PCM : Pulse Code Modulation
ADC : Analog – to – Digital
RTP : Real-Time Transport Protocol
TCP : Transmission Control Protocol
UDP : User Datagram Protocol
TCP/IP : Transmission Control Protocol/Internet Protocol
RTCP : Real Time Transport Control Protocol
MCU : Multipoint Control Unit
ITU-T : International Telecommunications Union
MC : Multipoint Controller
MP : Multipoint Processor
IETF : Internet Engineering Task Force
RFC : Request For Comments
HTTP : Hypertext Transfer Protocol
SIP : Session Initiation Protocol
UA : User Agent
UAC : User Agent Client
UAS : User Agent Server
SDP : Session Description Protocol
QoS : Quality of Service
TDM : Time-Division Multiplexing
SLA : Service Level Agreement
FIFO : First In, First Out
CELP : Code Exited Linear Processing
x
PCM : Pulse Code Modulation
ADPCM : Adaptive Differential Pulse Code Modulation
ACELP : Algebraic Code Excited Linear Prediction
CS-ACELP : Conjugate Structure- Algebraic Code Excited Linear Prediction
WAN : Wide Area Network
MOS : Mean Opinion Score
VAD : Voice Activity Dedector
OPNET : Optimized Network Evaluation Tool
FTP : File Transfer Protocol
xi
ġEKĠLLER
SAYFA NO
ġekil II.1 -IP Üzerinden Ses Ġletim AĢamaları[2]........................................................4
ġekil II.2-VoIP Sisteminde Ses Sinyalinin Ġletilmesi Ġçin
SayısallaĢtırılmasında Kullanılan ĠĢlemler..................................................................5
ġekil II.3- TCP segment yapısı................................................................................. 10
ġekil II.4-UDP datagram yapısı[7].............................................................................12
ġekil II.5- TCP ve UDP‟nin karĢılaĢtırması [7]........................................................ 12
ġekil II.6- H.323 Bölgesi ve Bilesenleri [4].............................................................. 17
ġekil II.7- SIP oturum baĢlatma................................................................................ 19
ġekil II.8 - SIP kullanıcı birimi, sunucu ve etkileĢimleri.......................................... 22
ġekil II.9- Invite mesajının örneği gösterilmiĢtir...................................................... 23
ġekil II.10-SIP ACK (Onay) Mesajı......................................................................... 24
ġekil II.11-SIP BYE (Sonlanma) Mesajı................................................................... 24
ġekil II.12-SIP CANCEL (Ġptal) Mesajı.....................................................................25
ġekil II.13- SIP REGISTER (Kaydol) Mesajı............................................................25
ġekil II.14- Vekil Sunucu Kullanılarak Olusturulan SIP Çagrısı.............................. 27
ġekil II.15- Yönlendirme Sunucusu Kullanılarak Olusturulan SIP Çagrısı.............. 28
ġekil II.16- Gecikme kaynakları.................................................................................31
ġekil II.17- Paketlerin Farklı Zaman Aralıklarıyla Alıcıya UlaĢması (jitter)............ 33
ġekil II.18- Ses Ġletiminde “Jitter” Etkisi.................................................................. 34
ġekil II.19- Paket Kaybı Örneği [1].......................................................................... 35
ġekil II.20- Paket kaybı............................................................................................. 36
ġekil II.21- FIFO yapısı............................................................................................... 38
ġekil II.22- PQ-WFQ yapısı...................................................................................... 39
ġekil II.23- Ses paketinin yapısı................................................................................ 44
ġekil II.24- MOS değerleri[1].................................................................................... 45
ġekil II.25- Ses Aktivasyon Tespiti........................................................................... 47
xii
ġekil III.1 Deneysel Ağ Topolojisi........................................................................... 49
ġekil III.2 Opnet ĠĢlem AkıĢı[2]................................................................................ 50
ġekil III.3 Kampus Ağı Konfigürasyonu Ana Pencere............................................. 50
ġekil III.4 FTP Application…………………………………………………………51
ġekil III.5 Video Conferencing Application………………………………………..52
ġekil III.6 Voice Application……………………………………………………….52
ġekil III.7 FTP Profiles……………………………………………………………..53
ġekil III.8 Video Application………………………………….................................54
ġekil III.9 VoIP Application………………………………………………………..54
ġekil III.10 Simülasyonu çalıĢtırma……………………………………….............. 52
ġekil III.11 Ġlk giren ilk çıkar kuyruklama………………………………………….55
ġekil III.12 Ağırlıklı-adil kuyruklama………………………………………………55
ġekil III.13 Öncelikli kuyruklama…………………………………………………..56
ġekil III.14 Senaryo yönetimi……………………………………………………….56
ġekil III.15 IP Trafik düĢüĢü......................................................................................57
ġekil III.16 IP Trafik düĢüĢü 2...................................................................................59
ġekil III.17 Video Konferans Gelen Trafik................................................................60
ġekil III.18 Video Konferans Gelen Trafik 2............................................................61
ġekil III.19 Ses paketi uçtan uca gecikme..................................................................62
ġekil III.20 Ses paket uçtan uca gecikme...................................................................62
ġekil III.21 Gelen ses trafiği.......................................................................................64
ġekil III.22 Gelen ses trafiği 2................................................................................... 65
ġekil III.23 Jitter (gecikme varyasyonu).....................................................................66
ġekil III.24 Jitter 2 (gecikme varyasyonu)..................................................................67
xiii
TABLOLAR
SAYFA NO
Tablo II.1- RTP mesaj format………………................................................................ 13
Tablo II.2-RTCP Mesaj Formatı ....................................................................................15
Tablo II.3- H.323 Protokol Yapısı[8]..............................................................................16
Tablo II.4 QoS yapılmamıĢ bir hattaki trafiklerin davranıĢı[7]......................................30
Tablo II.5- Gecikme Tanımlamaları için ITU.T G.114 Tavsiyesi[5]..............................32
Tablo II.6- Gecikme tipleri ve Gecikme süreleri[7]........................................................32
Tablo II.7- QoS tekniklerinin paket kaybına etkisi[7].....................................................37
Tablo II.8-Ses Kodlayıcı Değerleri.................................................................................43
Tablo II.9- Yaygın kullanılan codec‟lerin baĢarım oranları............................................43
Tablo II.10- R değeri.......................................................................................................46
Tablo III.1 IP Trafik düĢüĢ değerleri..............................................................................58
Tablo III.2 Video Konferans Gelen Trafik değerleri.......................................................61
Tablo III.3 Ses paket uçtan uca gecikme değerleri..........................................................63
Tablo III.4 Gelen ses trafiği.............................................................................................65
Tablo III.5 Jitter (gecikme varyasyonu)...........................................................................67
1
BÖLÜM I
GĠRĠġ ve AMAÇ
I.1. GĠRĠġ
Ġnternet Protokolü üzerinden ses iletimi (VoIP-Voice Over Internet Protocol)
günümüzde oldukça yaygınlaĢan bir ses iletim tekniğidir. VoIP sayesinde ses, veri paketlerine
dönüĢtürülerek IP üzerinden gönderilmektedir.Bu teknoloji, gerçek zamanlı olan sesin hem
kaliteli hem de verimli bir Ģekilde iletimini sağlayan bir uygulamadır.Burada önemli olan;
telefon çağrılaĢmalarının PSTN(Public Switched Telephony Network) gibi geleneksel ağlar
yerine paket anahtarlamalı ağlar kullanılarak yapılmasıdır.
Bilgisayar ağları ve ağda bulunan diğer bileĢenlerdeki geliĢmeler son yıllarda aktarım
boyutu ve hızı ile paralel olarak geliĢmektedir.GeliĢmeler devam ederken mevcut ağ altyapısı
üzerine eklenen yeni teknolojiler,geliĢtirilen yeni protokoller ile birlikte bilgisayar ağları sadece
bilgisayarlar arasında değilde,baĢka alanlarda farklı uç cihazlar ile de hizmet vermektedir.
IP üzerinden ses haberleĢmesinin ekonomik olması ve var olan sistemler üzerine
kolaylıkla adapte edilebilmesi sebebiyle gün geçtikçe yaygınlaĢmaktadır.[1]
IP üzerinden ses iletiminde,internete ulaĢılabilen her yerde,birkaç cihaz ve hatta yalnız
yazılımlar ile sesli görüĢme yapılabilmektedir.Bu da kullanıcılara daha ucuz,eriĢilebilir,kullanıĢlı
bir system sunmaktadır.VoIP bu yönüyle diğer sesli görüĢme sistemlerine gore avantajlı hale
gelmektedir.[2]
IP ağlarında haberleĢmenin sağlandığı VoIP uygulamalarında ses bilgisi,uygulanan
tekniklerle analogdan sayısal hale dönüĢtürülür ve sıkıĢtırılır.Daha sonra paketlenir ve alıcıya
iletilir.Alıcı taraf ise paketi çözümleyerek ses sinyalini elde eder.Böylelikle haberleĢme
sağlanmıĢ olur.HaberleĢmenin kalitesini etkileyen bazı faktörler mevcuttur.Bunlar sıralama
hatası, paket kaybı, paketlerin farklı zaman aralıklarıyla alıcıya ulaĢması(jitter) ve
yankıdır.Hedef noktaya gönderilen bu paketler farklı yollardan farklı zamanlarda gönderilmesine
rağmen karĢı taraf bu paketleri aldığında sıraya sokar, birleĢtirir ve tekrar analog ses sinyaline
dönüĢtürülmektedir.VoIP sistemi, veri ağından düzensiz olarak gelen bu ses paketlerini düzenli
hale getirip, gürültü ve gecikmeler sebebiyle oluĢan ekolardan arındırılıp temiz bir ses sinyaline
2
dönüĢtürülme iĢleminin kararlılığını sağlamalıdır.ĠĢte bu yüzden, VoIP teknolojisinde servis
kalitesine etki eden parametreler çok önemlidir.[1]
IP üzerinden ses iletiminde ses kalitesini etkileyen en önemli iki faktör gecikme (delay)
ve gecikmedeki degisimdir (jitter). IP sebekeleri PSTN‟in aksine veri iletisimi için tasarlanmıs
olan sebekelerdir. IP üzerinden ses ve verinin birlikte iletimi ise çok farklı gereksinimlere
ihtiyaç duymaktadır; veri iletimi gecikme ve gecikme degisimine hassas degilken, ses iletimi çok
hassastır. Örneğin; bir elektronik postanın iki dakika içinde hedefine ulasması bir sorun
yaratmazken, çok kısa sureli bir gecikme bile ses haberlesmesi için kabul edilemezdir. Gerçekte,
yüksek kalite ses haberlesmesi 0,1 saniyeden fazla gecikmeyi tolere edememektedir.[3]
I.2. AMAÇ
Bu tez çalıĢmasında, Ġnternet Protokolü Üzerinden Ses Ġletimi ve Servis Kalitesi
parametrelerine etki eden faktörler incelenmiĢtir.
Bu çalıĢmada, ağdaki veri trafiğinden dolayı oluĢacak durumlar göz önüne alınarak,
Ġnternet Protokolü üzerinden ses iletiminde ses kalitesinin yüksek tutulmasını sağlamak için
birden fazla kuyruklama metodu kullanılarak yerel alan ağlardaki (LAN-Local Area Network)
VoIP parametrelerinin analizi yapılacak ve etki eden faktörler incelenecektir.
Bu tez çalıĢmasının amacı, bir VoIP ağı üzerinde kullanılan farklı kuyruklama
metodlarının hat üzerindeki ses kalitesine ve diğer parametrelere nasıl bir etkide bulunduğunu
incelemektir.Ġnternet Protokolü üzerinden ses iletiminde ses kalitesinin farklı kuyruklama
algoritmalarına göre nasıl bir servis kalitesi sağladığını ve kesintisiz bir ses iletimi için gerekli
parametreler analiz edilecektir.
3
BÖLÜM II
GENEL BĠLGĠLER
II.1. VOIP
VoIP teknolojisi ses iĢaretinin sayısal sinyallere dönüĢtürüldükten sonra, veri paketleri
haline getirilerek Ġnternet Protokolü kullanılarak gönderilmesidir. Bu teknolojiyle sadece ses
değil, aynı zamanda faks, video konferans gibi multimedia uygulamaları da gerçek zamanlı
olarak iletilebilmektedir. Ġnternet henüz yaygın değilken, VoIP teknolojisinden önce, etkileĢimli
(interaktif) iletiĢim sadece PSTN Ģebekeleri üzerinden yapılabiliyordu. Veri iletimi özellikle
uzun mesafeler için oldukça pahalıydı ve görüntülü iletiĢim mümkün değildi.
PSTN Ģebekelerinde kullanıcıların her çağrı için uçtan uca bir devre bağlantısı
sağlamaktadır. Her iki tarafın numarasına göre, arayanın bağlı olduğu santralden baĢlayarak,
aradaki santraller ve aranan kullanıcının santraline kadar bir devre kurulmaktadır. Bu santraller
arasındaki sinyalleĢme temel olarak çağrı kurma, çağrı yönlendirme ve çağrı sonlandırma
iĢlemlerinden oluĢmaktadır. Bununla birlikte veri trafiği için ayrı Ģebekeler oluĢmuĢtur. Doğal
olarak ayrı ses ve veri Ģebekeleri servis sağlayıcılar için ilave yük, aboneler için de ilave ücret
anlamına gelmektedir.[2]
IP Ģebekelerinde bilgi anaolg formdan sayısal forma dönüĢtürülerek paketler halinde
gönderilir.
Sesin internet protokolü üzerinden iletilmesi için öncelikle ses bilgisinin sayısal hale
getirilmesi ve kodlanması gerekmektedir.Kodlanan bu ses paketleri, paket anahtarlamalı
ağlardan iletilebilmek için küçük ses paketleri haline getirilir.
VoIP teknolojisinin en temel tanımı, analog ses sinyallerini dijital formata dönüĢtürerek
veri ağlarını üzerinden yönlendirilmesini sağlar.Bu sayede tek bir veri ağı üzerinden birden fazla
veri, ses ve video sinyali iletilebilir hale gelmiĢtir.Paketlerin iletiminde PSTN de olduğu gibi bir
yol kurulumu olmadığından her bir ağ noktasında paket baĢlık bilgilerine göre
yönlendirilirler.Ağdaki yoğunluk ve tıkanıklıklar sebebiyle bazı ses paketlerinin hedefe
ulaĢmasında gecikme olabilir.[1]
4
ġekil II.1 -IP Üzerinden Ses Ġletim AĢamaları[2]
II.1.1. VoIP Mimarileri
VoIP temel olarak ,kaynaktan alınan analog ses sinyali bir dizi modülasyon ve kodlama
iĢlemlerine tabi tutarak sayısal formata dönüĢtürdükten sonra IP ortamında paketlenerek iletilen
ses sinyali, alıcı uçta ise bu iĢlemlere simetrik iĢlemler gerçekleĢerek analog formata
dönüĢtürülür.
Sayısala dönüĢtürme iĢlemi üç aĢamada gerçekleĢir.Birinci aĢama, örnekleme ve ses
iĢatinden belli aralıklarla örnek alınır.Ġkinci aĢama, alınan bu ses örneklerini belirli değerlere
yuvarlama aĢaması olan kuantalama aĢamasıdır.Son aĢamada ise kodlama iĢlemi gerçekleĢir.
Yukarıda bahsettiğimiz aĢamaların gerçeklemesi için uygulanması gereken adımlar vardır.
1. Analog ses sinyalleri sayısal hale dönüĢtürülür.Bu iĢlem Darbe Kod Modülasyonu (PCM-
Pulse Code Modulation) ile yapılır.Analog sinyal paket anahtarlamalı ağlardan
yollanmadan önce dijital formata „ADC Analog to Dijital‟ kullanılarak dönüĢtürülür.
2. Dijital formata dönüĢtürülen ses sinyallerinin ağda iletilebilmesi için sıkıĢtırılması
gerekmektedir.Bitler haline dönüĢtürülen sayısal ses sinyalinin uygun ve etkin bir
sıkıĢtırmayla IP ortamında hedef alıcıya ulaĢabilmesi için paket haline dönüĢtürülür.
3. OluĢturulan ses paketlerinin gerçek zamanlı protokoller yardımı ile veri paketlerine
eklenmesi gerekir.Dijital sinyal iĢlemci bölümleri ile ses sinyali çerçeve biçimini alır ve
belli bir grup oluĢturduklarında ses paketlerine çevrilir.Bu paketleri Gerçek Zamanlı
Ġletim Protokolü (RTP-Real Time Transport Protocol)kullanarak veri paketleri içine
5
yerleĢtirmek gerekmektedir.Ses sinyalleri sayısal paketlere dönüĢtürüldükten sonra Ġletim
Kontrol Protokolü (TCP-Transmission Control Protocol), ya da Kullanıcı Veri Bloğu
ĠletiĢim Protokolü (UDP-User Datagram Protocol), olan iletim protokollerinden biri
kullanılmalıdır.UDP paketlerin düzgün gidip gitmediğini kontrol etmez ancak UDP
hızlıdır.TCP ise bağlantı kurulması ve haberleĢmeye baĢlaması esnasında kontrolü
sağlar.
4. Alıcı tarafında veriler çözülür, ses paketleri çıkarılır ve analog ses sinyallerine tekrar
dönüĢtürülür.Elimizde bulunan bu ses sinyalleri ses kartı ya da telefon aracılığıyla
iletilir.[1,2]
ġekil II.2 „de ses iĢaretinin kaynaktan hedefe iletim aĢamaları gösterilmiĢtir.
ġekil II.2-VoIP Sisteminde Ses Sinyalinin Ġletilmesi Ġçin SayısallaĢtırılmasında
Kullanılan ĠĢlemler.
6
II.1.2. VoIP Uygulamaları
II.1.2. 1. Bilgisayardan Bilgisayara ĠletiĢim
IP ağına bağlı, gerekli donanıma sahip bilgisayarlar, internet üzerinden çağrı kurulumu
ile sesli iletiĢim kurabilirler.Bu haberleĢmenin sağlanabilmesi için her iki tarafında birbirlerinin
IP adreslerini bilmeleri gerekmektedir.
II.1.2. 2. Bilgisayardan Telefona- Telefondan Bilgisayara ĠletiĢim
PSTN Ģebekesine bağlı bir telefonun IP ağına bağlı bir bilgisayar ile iletiĢime geçmek
için ,en temel seviyede telefonların bir ağ geçidine bağlı olması gereklidir.Gerekli Ģart lar
sağlandığında dönüĢümler yapılarak hem telefondan bilgisayara hem de bilgisayardan telefona
çağrı kurulabilir.
II.1.2. 3. Telefondan Telefona ĠletiĢim
Bilgisayardan telefona telefondan bilgisayara iletiĢimde olduğu gibi bundada her iki
taraftaki kullanıcının telefonu bir gateway‟e bağlıdır.Bu ağ geçidi,PSTN Ģebekesi ve internet
Ģebekesi arasında bulunur.Ağ geçitleri gerekli dönüĢümleri yaparak internet ortamında aktarılan
ses iĢaretine alıcıda da benzer dönüĢümler uygulanarak ses iĢareti elde edilir.Bu iĢlemler
esnasında eğer ağda denetleyiciler mevcut ise yönlendirme iĢlemleri kolay bir Ģekilde
gerçekleĢtirilir.[1]
II.2. VoIP Avantajları-Dezavantajları
II.2.1. Avantajları
Bağlantı için gereksinimler sağladıktan sonra çok cazip fiyatlara iletiĢim sağlanır.
PSTN „e göre çok daha ucuzdur.
Bant geniĢliğini etkin bir Ģekilde kullanır.
Birden fazla iletiĢim aynı anda sağlanabilir.
Katmanlı yapısı sayesinde müdahale etmesi kolaydır.
Ses ve veri iletimi aynı anda yapılabilir.
7
Multimedya gibi çoklu ortam uygulamalarına olanak verir.
II.2.2. Dezavantajları
Servis kalitesi parametreleri her zaman sağlanamaz
Gönderilen paketlerin alıcıya iletilememesi sonucunda paket sıralamalarında
hatalar oluĢur.
Ağdaki tıkanıklık ve yoğunluktan dolayı ses paketlerinin hedefe ulaĢmaması
Gecikme varyasyonu (jitter) denilen paketler arasındaki sürelerin farklı olması
sonucu kalitesiz haberleĢme
Paketlerdeki gecikme ses kalitesini bozar
Protokol ve teknik sayısının fazla olması sebebiyle karmaĢık bir yapıya sahiptir.
Sistem gereksinimleri tam olarak sağlanamaz , protokol ve teknikler doğru
seçilmezse kalitesiz bir haberleĢme olur.
II.3 VoIP Protokolleri
Ġnternet üzerinden ses iletiminde PSTN Ģebekesi tarafından sağlanan ses, faks,
yönlendirme, ücretlendirme, Ģebeke yönetimi gibi servislerin Ġnternet Protokolü ağları üzerinden
iletiminde desteklenebilmesi için IP Ģebekelerinin yönetilen bir Ģebeke olması ve servis
kalitesine etki eden faktörlerin garanti edilmelidir.
PSTN Ģebekelerinde kurulan herbir çağrıda her abone için uçtan uca 4 KHz geniĢliğinde
bir band geniĢliği iĢgal edilir. VoIP sisteminde ses , veri paketlerine dönüĢtürülerek IP ağı
üzerinden iletilmektedir. Bu sayede VoIP sistemlerinde arama boyunca belli bir hat tahsis
edilmediği için hat boĢ yere iĢgal edilmez ve aynı hat, farklı paketlerin iletimi için de eĢ zamanlı
kullanılabilir.[2,3]
Sesin paketler halinde IP ağında kaynaktan hedefe ulaĢması, çeĢitli protokoller ile
gerçekleĢir. Bu protokoller sinyalleĢme-kontrol ve iletim protokolleri olmak üzere iki gruba
8
ayrılır. SinyalleĢme-kontrol protokolleri çağrı kurulumu ve çağrı sonlandırılması ayrıca çağrı
esnasında herhangi bir değiĢiklik olduğu zamanda kullanılır. Ġletim protokolleri ise çağrı
kurulduktan sonra devreye girip sesin gerçek zamanlı olarak iletilmesini sağlayan protokollerdir.
Paketler iletilirken,paketlerin belli bir standartta kodlanması ve adres bilgilerinide
içerecek Ģekilde etiketlenmesini sağlayan Ġletim Kontrol Protokolü/Ġnternet protokolü (TCP/IP –
Transmission Control Protocol/Internet Protocol) kullanılır. Böylece paketler farklı yollardan
iletilsede hedefe ulaĢması sağlanır. Genellikle Ġnternet uygulamaları TCP/IP protokolünü
kullanır.VoIP ise genelde RTP/UDP/IP protokollerini kullanır.
TCP paketlerin güvenli bir Ģekilde iletilmesini ve paket kaybı olduğu durumlarda tekrar
yollanmasını sağlayan güvenilir bir iletim protokolüdür. IP bağlantısız ağ iletiĢim protokolüdür.
TCP/IP birlikte kullanılarak güvenilir, bağlantı-yönlendirmeli bir ağ iletiĢim protokolü haline
gelmiĢtir.Ancak TCP/IP ses iletimi gibi gerçek zamanlı iletiĢim için uygun değildir. Onay ve
yeniden iletim özellikleri gecikmeye neden olur.
UDP, IP kullanılarak veri paketlerini uç noktalar arasında nakil etmeyi sağlar.Güvenilir
değildir ancak gerçek zamanlı uygulamalarda gecikme yaratmaz. Ses, video gibi gerçek zamanlı
uygulamaların iletiminde RTP, UDP ile birleĢtirilerek kullanılır.RTP kaynak ayırmaz ve servis
kalitesi garrantisi vermez.[5]
VoIP uygulamaları, alıcıdaki paket kayıplarını yada gecikmeleri dikkate almadan devamlı
RTP/UDP/IP paket iletimi olur. Bu Ģekilde VoIP paketleri RTP/UDP/IP üzerinden taĢınmıĢ
olur.[1,4]
II.3.1. TCP Protokolü (Transmission Control Protocol)
TCP, Ġletim kontrol protokolüdür. Paket anahtarlamalı veri iletiĢiminde kayıpsız veri
gönderimi sağlayabilmek için geliĢtirilmiĢtir.TCP,gönderilen veriler için onay
(acknowledgement) mesajı gönderilir. Bu mesaj hangi paketlerin ulaĢtığını belirlemekte
kullanılır. Eğer alıcı taraftan onay mesajı gelmemiĢse, iletilemeyen veri tekrar gönderilir. Bu
Ģekilde verinin alıcıya kayıpsız Ģekilde iletilmesi amaçlanır.
A bilgisayarı ile B bilgisayarı arasında TCP ile Ģu Ģekilde bağlantı kurulur:
9
A bilgisayarı B bilgisayarına TCP SYNchronize mesajı yollar
B bilgisayarı A bilgisayarının isteğini aldığına dair bir TCP SYN+ACKnowledgement
mesajı yollar.
A bilgisayarı B bilgisayarına TCP ACK mesajı yollar
B bilgisayarı bir ACK "TCP connection is established" mesajı alır.
TCP‟nin temel iĢlevi, üst katmandan (uygulama katmanı) gelen verinin segmentler haline
dönüĢtürülmesi, iletiĢim ortamında kaybolan bilginin tekrar yollanması ve farklı sıralarda
gelebilen bilginin doğru sırada sıralanmasıdır.[2,5]
ġekil II.3- TCP segment yapısı
Kaynak Portu: Bir üst katmanda TCP hizmeti isteyen uygulamanın kimliği durumundadır.
Mesaj geldiğinde bir üst katmana iletmek için, o protokolün adı değil de port numarası kullanılır.
VarıĢ Portu: Gönderilen veri paketinin alıcı tarafta hangi porta/uygulamaya ait olduğunu
belirtir.
Sıra Numarası: Gönderilen paketin sıra numarasını gösterir. Küçük parçalara ayrılan verinin,
alıcı kısımda yeniden aynı sırada elde edilmesi için kullanılır.
ACK Numarası: Onay numarası, göndericiye verinin en son hangi sekizlisinin alındığını
iletmek için kullanılır. Örneğin “n” sayısı gönderilirse, n‟ye kadar bütün sekizlilerin alındığı
belirtilir.
Veri Offset: TCP baĢlığını oluĢturan, 32-bit sıralı kelimelerin sayısını belirtir. Bu alan, veri
alanının nerede baĢladığının tespitinde kullanılır.
Rezerve: 0`a set edilmesi gereken 6 bitten oluĢur. Bu bitler gelecekte kullanılmak için
saklanmaktadır
URG: Bu bayrak, acil iĢaretçisi alanının etkin olup olmadığını belirtir.
10
ACK: Bu bayrak, onay alanının etkin olup olmadığını belirtir.
PSH: Bu bayrak, modülün push fonksiyonunu iĢletip iĢletmeyeceğini belirtir.
RST: Bu bayrak, bağlantının resetlenmesi gerektiğini bildirir.
SYN: Bu bayrak, sıra numaralarının eĢzamanlamasının oluĢturulmaya çalıĢıldığını bildirir. SYN
bayrağı, elsıkıĢma iĢlemlerinin oluĢtuğunu belirtmek için kullanılır.
FIN: Bu bayrak göndericinin gönderecek baĢka verisi kalmadığını belirtir.
Pencere: Pencere değeri, alıcının kaç tane sekizli almayı beklediğini gösterir. Bu değer atanırken
ACK alanındaki değere dayanılır. Pencere alanındaki değer, ACK alanındaki değere eklenir ve
göndericinin iletmek istediği veri miktarı hesaplanır.
Checksum: Hata sınama bitleri, baĢlık ve metin de dahil olmak üzere segmentteki tüm 16-bit
kelimelerin 1`e tümlenmiĢ toplamını içerir. Hata sınama hesabının yapılmasındaki amaç
segmentin vericiden bozulmadan gelip gelmediğine karar vermektir.
Acil ĠĢaretçisi: Bu alan yalnızca URG bayrağı aktif edildiğinde kullanılır. Acil iĢaretçisinin
amacı acil verinin yerleĢtiği veri baytını belirtmektir. Acil veriye bant-dıĢı veri de denir. TCP acil
veri için ne yapılacağını dikte etmez, bu uygulamaya-özeldir. TCP yalnızca acil verinin nereye
yerleĢtirildiğini belirtir.
Opsiyonlar: TCP`ye gelecekte yapılacak eklemeler düĢünülerek tasarlanmıĢtır.
Veri: Aktarılacak veri parçasıdır. [7]
II.3.2. UDP Protokolü (User Datagram Protocol)
UDP, aktarım katmanı protokolünden birisidir. Bu protokol minimum protokol
mekanizmasıyla bir uygulamdan diğerine mesaj göndermek için kullanılır. UDP verilerin belirli
sıralara konmasının gerekli olmadığı uygulamalarda kullanılmak üzere tasarlanmıĢtır. Paketin
teslim garantisini isteyen uygulamalar TCP protokolünü kullanılır. GeniĢ alan ağlarında (WAN)
ses ve görüntü aktarımı gibi gerçek zamanlı veri aktarımlarında UDP kullanılır. UDP bağlantı
kurulum iĢlemlerini, akıĢ kontrolü ve tekrar iletim iĢlemlerini yapmayarak veri iletim süresini en
aza indirir. UDP güvenilir olmayan bir aktarım protokolüdür. UDP protokolü ağ üzerinden paketi
gönderir ve gidip gitmediğini takip etmez ve paketin yerine ulaĢıp ulaĢmayacağına onay verme
yetkisi yoktur.
11
UDP protokolü hızlı iletiĢim kurulması gereken yerlerde tercih edilir. TCP‟de olduğu gibi
UDP‟de de bir baĢlık vardır. Ağ yazılımı bu UDP baĢlığını iletilecek bilginin baĢına koyar.
Ardından UDP bu bilgiyi IP katmanına yollar. IP katmanı kendi baĢlık bilgisini ve protokol
numarasını yerleĢtirir. Fakat UDP, TCP‟nin yaptıklarının hepsini yapmaz. Bilgi burada
datagramlara bölünmez ve yollanan paketlerin kaydı tutulmaz. UDP‟nin tek sağladığı port
numarasıdır. Böylece pek çok uygulama UDP‟ yi kullanabilir. Daha az bilgi içerdiği için, UDP
baĢlığı TCP baĢlığına göre daha kısadır. BaĢlık, kaynak ve varıĢ port numaraları ile kontrol
toplamını içeren bilgilerden oluĢmaktadır.[2]
ġekil II.4-UDP datagram yapısı[7]
ġekil II.5- TCP ve UDP‟nin karĢılaĢtırması [7]
12
II.3.3. RTP Protokolü (Real Time Protocol)
RTP, gecikmeye karĢı duyarlı olan gerçek zamanlı ses ve görüntü verilerini paket
anahtarlamalı ağlarda taĢımak amacıyla geliĢtirilmiĢ bir standarttır. RTP protokolü ilk defa 1996
yılında standartlaĢtırılmıĢtır. RTP protokolü ses verilerini UDP protokolü üzerinden taĢımaktadır.
RTP‟nin diğer bir önemli özelliği ise çoklu ortam uygulamalarında birden çok kullanıcının veri
transfer iĢlemini gerçekleĢtirebilmesidir.
Tablo II.1- RTP mesaj format
V (Versiyon): RTP‟nin sürüm numarasını belirtir.
P (Padding): Bu bayarak 1 yapıldığında çeĢitli bir ekleme oktetlerinin bulunduğunu gösterir.
E (Extension): RTP baĢlığından sonra baĢka bir baĢlığın bulunduğunu gösterir.
CC (Contibuter conut): Mesajdaki ek kaynak tanımlayıcılarının sayısıdır.
M (Marker): Veri akımının sınırlarını belirlemek için kullanılır.
PT (Payload type): Hangi tür yükün (G.729 ses veya JPEG gibi) taĢınacağını belirtir.
Dizi numarası: Her RTP paketi yollandığında değeri 1 artan bir numaradır.
Zaman damgası: Ġlk oktetin örnekleme anını RTP ve paketine yansıtır. Örnekleme anı monoton
olarak artan bir saatten alınabilir. Böylece senkronizasyon ve jitter hesaplamaları yapılabilir.
Eğer RTP paketleri periyodik olarak üretiliyorsa sistem saati yerine örnekleme saati de nominal
örnekleme anının tespiti için kullanılabilir.
SSRC: Senkronizasyon kaynağını belirtir. Bu belirteç rastgele olarak seçilir. Aynı
oturumdaki senkronize olacak her kaynağın SSRC numarası farklı olur.
13
CSRC: CSRC listesi paket yüküne katkıda bulunan kaynakları tanımlar. Bu kaynakların sayısı
CC alanında verilir. Eğer 15‟den fazla ek katkı kaynağı varsa o duruma sadece 15 katkı
kaynağına yer verilir[6]
RTP, UDP gibi bağlantısız protokollere paketin alındığına dair bir takım bilgiler ekler.
RTP protokolünün „dizi numarası‟ ve „zaman damgası‟ adlarında iki önemli bilgi biti
bulunmaktadır. RTP sahip olduğu dizi numaraları sayesinde veriyi alan tarafta ses veya
görüntünün tekrar birleĢtirme iĢini kolaylaĢtırır. Bununla birlikte, RTP‟nin içerdiği zaman
damgası etiketi ile de sistemdeki senkronizasyon iĢlemleri gerçekleĢtirilmektedir.
Tüm RTP mesajları aynı formattadır. Bu mesajlar farklı yüklerdeki verileri taĢımak için
tasarlanmıĢlardır. Bu yükler arasında G.729 gibi ses kodlayıcıları (codec) yapıları olabildiği gibi
JPEG görüntü standardı da bulunabilir.[2]
II.3.4. RTCP Protokolü (Real Time Control Protocol)
RTCP protokolü, kontrol paketlerinin zaman zaman özel bir RTP oturumuna iliĢkin
paylaĢımcılara iletimi için kullanır. Bu kontrol paketleri paylaĢımcılar hakkında bilgiler içerirler.
RTCP paketlerinde bulunan en önemli bilgi ağ iletiminin kalitesidir. Yani RTCP, uç birimlerin
sağlayabilecekleri ve alabilecekleri hizmet kalitesi seviyesinden haberdar olmalarını
sağlamaktadır. Oturumdaki tüm paylaĢımcılar birbirlerine RTCP paketleri yollarlar.
RTP ile sunduğu hizmetler Ģöyle sıralanabilir:
• TaĢınan datanın türünün tanımlanması (ses/görüntü).
• Sıra numaralandırma.
• Data kalitesini (gecikme, kayıp, jitter değerleri) belirleme.
• Katılımcılar hakkında kimlik bilgisi gönderme.
• Zaman damgalama (Time-stamping).
RTCP protokolü baĢarım bilgisi kontrolünü istatistik raporları tutarak gerçekleĢtirir. Bu
istatistiksel raporlarda, giden paket sayısı, gelen paket sayısı, kaybolan paket sayısı gibi bilgiler
yer alır. RTCP, toplam bant geniĢliğinin %5‟ini kullanır ve RTP‟ye tuttuğu bilgilerle hizmet
kalitesi (QoS-Quality of Servise) geri beslemesi yaptırabilir.[2,7]
14
Tablo II.2-RTCP Mesaj Formatı
RC (Receiver block count): Kaç tane alıcı bloğunun mesaj içinde yer aldığını gösterir.
PT (Packet type ): Gönderici rapor mesajı için 200‟e ayarlıdır.
NTP Zaman damgası: Sistem saatine iliĢkin ifadedir. Lokal saatten bağımsız olarak
NTP (Network Time Protocol) kullanır. Senkronizasyon amacıyla kullanılır.
Gönderici paket sayısı ve oktet büyüklüğü: Alıcı tarafı kaç PDU‟nun (paketin) ve kaç
oktetlik enformasyonun yollandığı hakkında bilgilendirir.
Kayıp oranı: Kayıp paketlerin gelmesi düĢünülen paketlere oranıdır.
Toplam kayıp paket sayısı: Algılamanın SSRC_n adlı kaynaktan çıkan toplam kayıp
paket sayısı veren ifadedir.
Alınan en büyük dizi numarası: SSRC_n nolu kaynaktan alınan RTP paketlerin en
büyük dizi numarasıdır.
15
ArageliĢ jitteri: Paketlerin geliĢleri arasındaki zaman varyasyonlarının zaman
damgası birimleri cinsinden ifadesidir.[6]
II.3.5. H323 Protokolü
ITU-T (International Telecommunication Union) tarafından iki ya da daha fazla taraf
arasında IP gibi QoS(Quality of Service) desteği olmayan bir ağ üzerinde ses ya da görüntü
trafiğini taĢımak için geliĢtirilmiĢ H.323 standardı bir protokol grubudur. Ġlk olarak yerel ağlar
üzerinde çoklu ortam konferansı için geliĢtirilmiĢ olan H.323 protokolü ilerleyen zamanlarda IP
üzerinden ses uygulamasını yapacak Ģekilde geniĢletilmiĢtir. Ġnternet telefonu amacıyla
kullanılan en geniĢ ve en etkin standartlardan birisidir. Ses ile beraber tüm çoklu ortam (data, ses,
video, resim gibi) uygulamalarını desteklemektedir
Tablo II.3- H.323 Protokol Yapısı[8]
H.323, paket-tabanlı bir haberlesme istemi için dört ana bilesen tanımlamaktadır:
Terminaller
Ag geçitleri (Gateway)
Ag kapı sorumluları (Gatekeeper)
Çok-uçlu denetim birimleri (Multipoint Control Unit – MCU)
II.3.5.1. H.323 BileĢenleri
Terminaller
Gerçek-zamanda çift-yönlü ses, görüntü ve veri haberlesmesi saglamak için kisisel
bilgisayarlar (Personal Computer – PC), IP Telefonu makinesi gibi sunucular kullanılırlar. H.323
terminallerinin ses haberlesmesini saglaması zorunludur. Buna karsılık görüntü ve veri
haberlesmesini saglaması istege bırakılmıstır. Temel olarak ses haberlesmesi sunacagı için H.323
16
terminali, IP Telefonu hizmetlerinde ana bilesenidir. H.323 terminalleri, Kamusal Anahtarlamalı
Telefon Sebekeleri (PSTN) üzerinde tanımlanmıs H.324 terminalleri, genisbantlı ISDN
üzerinden tanımlanmıs H.310/H.321 terminalleri, ISDN üzerinde tanımlanmıs H.320 terminalleri
ve hizmet kalitesi (Quality of Service) temin edilmis yerel alan agları üzerinden tanımlanmıs
H.322 terminalleri ile uyumludur. Sekilde, tüm bu bilesenleri özet olarak göstermektedir.[4]
ġekil II.6- H.323 Bölgesi ve Bilesenleri [4]
Ag Geçitleri (Gateway)
Ag geçitleri, farklı iki agı birbirine baglamak için kullanılırlar. Bir H.323 ag geçidinden,
H.323 agı ile H.323 olmayan agın birbiriyle haberlesmesi amacıyla faydalanılır, örnegin H.323
ag geçitleri bir H.323 terminali ile PSTN agını konusturur ve iki ag arasındaki iletisimi saglar.
Özetle ag geçitlerinin görevi, farklı ortamlarda yer alan uç-birimler arasında çagrıların kurulması
ve çözülmesi, bilginin kodlanması/çözülmesi ve ardından paketlemenin saglanabilmesidir.
17
Ag geçidi, H.323 bünyesinde bulunan seçimli bir bilesendir. Çünkü farklı aglarla
haberlesmenin olmadıgı durumlarda ag geçitlerinin kullanılmasına gerek kalmamaktadır.Böyle
durumlarda ag içerisindeki terminaller birbirleriyle dogrudan baglantı kurabilmektedirler.[4]
Ağ Kapı Sorumluları (Gatekeeper)
H.323 aglarının en önemli bilesenidir ve agın beyni olarak çalısmaktadır. Buna karsılık
ag içerisinde bulunması zorunlu degildir. Ag kapı sorumluları, ag içerisindeki en önemli islevleri
yerine getirmektedir söyle ki, adres tercümesi (örnegin IP biçiminden E.164 biçimine
çevrilmesi), yetkilendirme (authorization), dogrulama (authentication), ücretlendirme ve bant
genisligi yönetimi gibi kritik görevlerin tamamından sorumludur. Ag kapı sorumluları aynı
zamanda çagrının yönlendirilmesini de saglamaktadır.[4]
Çok-Uçlu Denetim Birimleri (Multipoint Control Unit –MCU)
MCU, üç veya daha çok H.323 terminali arasında konferans görüsmesi yapılmasını
saglamaktadır. Konferans içindeki tüm terminaller MCU ile baglantı kurarlar. MCU, tüm
konferans kaynaklarını yönetir, terminalleri kullanılacak ses veya görüntü kodlayıcı/çözücülerini
(CODEC) kararlastırmak için birbiriyle görüstürür.[4]
II.3.6. SIP Protokolü
Oturum baĢlatma protokolü (SIP-Session Initiation Protokol) IETF tarafından IP
üzerinden çoklu ortam görüĢmesi yapabilmek için bir standart olarak oluĢturulmuĢtur. RFC 2543
ile tanımlanmıĢ ve RFC 3261 ile geliĢtirilip son halini almıĢtır. SIP iki veya daha fazla katılımcı
arasındaki çoklu ortam (multimedia) oturumlarının kurulması, yürütülmesi ve sonlandırılması
iĢlemlerini gerçekleĢtiren bir sinyalleĢme ve kontrol protokolüdür.
SIP protokolü kullanıcılar arasındaki iĢaretleĢme mekanizmalarını ve oturumun açılması
için gerekli olan parametreleri (kodlayıcı bilgileri, lokasyon bilgileri, vb.) tanımlayarak ve
gerekli ara iĢlemleri yaparak katılımcıların baĢarılı bir Ģekilde oturum kurmalarını sağlamaktadır.
Ses ve videonun iletilmesi ötesinde, anlık mesajlaĢmayı destekler. Birçok anlık mesajlaĢma
programının bulunduğu uygulamalarda en sık kullanılan protokoldür. Bu özellik „SIMPLE‟
olarak adlandırılır. SIMPLE, SIP‟e benzer Ģekilde oturum baĢlatma görevi üstlenir. Aynı
zamanda kullanıcının çevrimiçi, meĢgul ya da diğer durumları hakkında bilgi verir. Bu tür
18
metotların kullanıldığı uygulamalarda SIP tercih edilir ve bu durum SIP‟in, haberleĢmede en çok
kullanılan bileĢenlerden olmasını sağlar.[2,3]
ġekil II.7- SIP oturum baĢlatma
SIP protokolünün baĢlıca özellikleri Ģu Ģekildedir:
Protokol HTTP protokolünden esinlenerek oluĢturulmuĢtur.
HTML‟de kullanılan kodlar ufak değiĢikliklerle SIP protokolünde de
kullanılabilmektedir.
Düz metin (ASCII text based) yapısındadır. Bu sebeple uygulanması ve yönetilmesi çok
basittir.
GeniĢleme yeteneği yüksek bir protokoldür.
Büyük trafik hacimlerini karĢılayabilmektedir.
Web ile entegre olma yeteneğine sahiptir. Böylece e-posta gibi uygulamalarla ve diğer
protokollerle kolayca çalıĢabilir.
TCP ve UDP protokollerinin her ikisini de desteklemektedir
19
II.3.6.1. SIP Fonksiyonları
SIP oturum baĢlatma ve sonlandırmayla ilgili beĢ temel öğeyi desteklemektedir. Bu
özellikler bir çağrının oluĢturulması için gerekli Ģartları sağlar. Ancak bu özelliklerin
kullanılabilmesi için, diğer protokollerde kullanılır.
Kullanıcı Yeri (User Location)
Kullanıcının yerinin tespit edilmesi için, kullanılan bilgisayarın kullanıcı adından güncel
IP adresine ulaĢılmasını sağlar. Bu önemli bir durumdur, çünkü kullanıcı farklı bilgisayarlardan
bağlantı sağlayabilir ya da bir yerel ağda farklı bir IP adresiyle bağlanabilir. Kullanılan program
kullanıcının bir sunucuya kaydını gerçekleĢtirmek için SIP protokolünü kullanabilir. Sunucu ile
kullanıcı arasında bir IP adresi ve kullanıcı adı tanımlanır. Ancak bu durumda sunucu kullanıcıyı
tanır ve diğer kullanıcılar kayıt gerçekleĢtiren kullanıcıyla bağlantı sağlayabilir. Kullanıcılar
birbirlerinin IP adresine ulaĢtıktan sonra sunucu üzerinden oturum açma isteğinde bulunur ve
bağlantıyı kurarlar.[2,4]
Kullanıcı EriĢilebilirliği (User Availability)
Kullanıcı eriĢilebilirliğini belirleyen bu özellik, bağlantı kurulmuĢ olan kullanıcıların
durumunu kontrol imkanı sağlar. Kullanıcılar kendilerini dıĢarıda, meĢgul gibi durumlarda
gösterebilir. Eğer ulaĢılabilir durumdaysa diğer kullanıcılar tarafından, kullanılan programın
özelliğine göre, sesli veya görüntülü konuĢmaya davet edilebilir. [2,4]
Kullanıcı Nitelikleri (User Capabilities)
Kullanıcı özellikleri, kullanılan bileĢenin özelliklerine ve oturum sırasındaki görüĢmelere
bağlı olarak hesaplanır. SIP farklı platformlarda, farklı programlar tarafından kullanılabilir ve
tekli veya çoklu görüĢmeye bağlı olarak parametrelerin hesaplanması gerekir. Örneğin, bir
kullanıcı arandığında, arayan terminaller görüntülü konuĢmayı destekleyebilir ancak aranan
terminal bu özelliği kullanamayabilir. Kullanıcı yeteneklerinin hesaplanması, kullanıcıların
oturum sırasında hangi özellikleri, veri tiplerini ve parametreleri kullanacaklarını belirler. [2,4]
Oturum BaĢlatma (Session Setup)
Kullanıcıların birlikte bağlandıkları kısımdır. Oturuma katılan bir kullanıcı bağlantıyı
sağlayacak bir programa sahip olmalı ya da akıĢ prosedürlerini yerine getirmelidir. Aranılan
kullanıcı kabul veya ret seçeneğini kullanabilir. Eğer kabul edilirse oturum parametrelerinde
uzlaĢılır ve bağlantı sağlanır. Böylece iki terminal arasında, iletiĢim kurmalarını sağlayacak bir
oturum baĢlamıĢ olur. [2,4]
20
Oturum Yönetimi (Session Management)
Oturum yönetimi SIP‟in son özelliğidir. Oturum özelliklerinin oturum esnasında
değiĢtirilmesini sağlar. Oturum esnasında, veri kullanıcılar arasında iletilen veri tipleri
değiĢebilir. Örneğin, bir konuĢma esnasında, kullanıcılar diğer hizmetleri kullanarak görüntülü
konuĢma baĢlatmayı isteyebilirler. Yeni bir kullanıcının konuĢmaya dahil olması veya
çıkarılması, bir kullanıcının bekletilmesi, oturumun sonlandırılması gerekebilir. Tüm bu iĢlemler
SIP‟in oturum yönetimi özelliği sayesinde gerçekleĢtirilir. [2,4]
II.3.6.2. SIP’in Temel Bilesenleri
SIP protokolü 2 ana bilesenden meydana gelmektedir. Bunlar ;
1. Kullanıcı tarafı kullanıcı ajanı (UAC – User Agent Client)
2. Sunucu tarafı kullanıcı ajanı (UAS – User Agent Server)
Burada UAC, SIP isteklerinin baslatıldıgı nokta, UAS ise UAC‟dan gelen istek
mesajlarının alınmasından ve bu mesajların cevaplanmasından sorumludur.
SIP sebeke sunucuları 3 gruba ayrılabilir. Bunlar; vekil (proxy) sunucu,yönlendirme (redirect)
sunucusu ve konum (location) sunucusudur.[8]
Proxy sunucusu (Proxy Server):
SIP sunucusu kullanıcı arabiriminden gelen SIP oturum taleplerini alır ve oturum talebini
hedef kullanıcı arabirimi ya da hedef kullanıcının bulunduğu taraftaki baĢka bir sunucuya
gönderir. Proxy Sunucusu hem kullanıcı arabirimi adına oturum talebinde bulunabilen, hem de
bu taleplere gelen cevapları kullanıcı arabirimine gönderme fonksiyonunu üstlenen bir ara
bileĢendir. Proxy sunucusu hem istemci hem de sunucu olarak davranmaktadır. Bu sunucunun
baĢka bir özelliği ise SIP kullanıcısı Proxy sunucusu vasıtasıyla H.323 protokolünü destekleyen
bir kullanıcı ile konuĢabilir.
Yönlendirme sunucusu (Redirect Server):
Kullanıcı Arabirimin‟den gelen SIP taleplerini alır, hedef kullanıcı ile bağlantı
kurulabilmesi için çağrı gönderen kullanıcıya hedef kullanıcının adresini gönderir kullanıcı adına
hedef kullanıcıya doğru herhangi bir oturum talebinde bulunmaz.[6,8]
21
Kayıt sunucusu( Registrar Server):
Kayıt sunucusu kullanıcılarının konum bilgilerini girmelerini sağlayan sunucudur. Ġstek
gönderen kullanıcıların konum bilgilerini veritabanında günceller. SIP sunucuları SIP
uçbirimlerinin mesaj gönderebilmesi, konum bilgisi kaydı yaptırabilmesi, ağlar arası iletiĢim
kurabilmesi ve ağlar arası bağlantı kurabilmesi için gerekli ağ elemanlarıdır. SIP sunucularının
desteklediği özellikler sayesinde istenilen yönlendirme ve güvenlik politikaları yüklenebilir,
kullanıcıların kimlik doğrulamaları sağlanabilir. SIP sunucuları genelde çok sayıda bağlantıyı
destekleyen , düĢük gecikmeli, yüksek gerçek zaman performansı gösteren ölçeklenebilir
sunucular olmalıdır.
ġekil II.8 - SIP kullanıcı birimi, sunucu ve etkileĢimleri
II.3.6.3. SIP Mesajları
SIP mesajları temel olarak iki gruba ayrılır. Bunlar; gelen istek (Request) mesajları ve istek
mesajlarına sunucu tarafından verilen yanıt (Response) mesajlarıdır.
22
II.3.6.3.1. SIP Cevap Mesajları:
INVITE (Davet): Bu mesaj ile çağrı baĢlatılarak aranan taraftaki kullanıcının oturuma davet
edilmesi sağlanır. Mesajın gövdesi davet edilen yani, aranan tarafla ilgili bilgi içeren bir
açıklama alanı içerir.
Bir INVITE mesajının baĢlığı aĢağıdaki parametreleri içerir.
Aranan ve arayan tarafların adresleri (From, To).
Çağrının konusu (Subject).
Çağrı kimliği (Call-ID). INVITE mesajında gönderilen çağrı kimliği, o oturum için olan
tüm mesajlarda aynı Ģekilde kullanılarak iki kullanıcı arasında olan mesajlaĢmaların o
oturuma ait olduğunu belirler.
Çağrı önceliği.
Çağrı yöneltme istekleri.
Kullanıcının yeriyle ilgili özellikler.
Cevabın istenen bölüm ve özellikleri.
ġekil II.9- Invite mesajının örneği gösterilmiĢtir.
23
ACK (Onay): Uygun mesaj alıĢveriĢinin yapılabileceğini bildirir. Bir bakıma “iletiĢim kabul
mesajı” olarak da adlandırılabilir. ġekil de SIP Onay Mesajı örneği gösterilmiĢtir.
ġekil II.10-SIP ACK (Onay) Mesajı
BYE (Sonlanma): KurulmuĢ olan bir oturumu sonlandırmak için Kullanıcı Ajanı tarafından
sunucuya gönderilen mesajdır. ġekil de SIP Sonlanma Mesajı örneği gösterilmiĢtir.
ġekil II.11-SIP BYE (Sonlanma) Mesajı
CANCEL (Ġptal): Çağrının kurulmasını iptal etmek için kullanılır. Herhangi bir problemden ya
da tarafların uyuĢmazlığından dolayı çağrının kurulumunun yapılamayacağını belirtir. ġekil de
SIP Ġptal Mesajı örneği gösterilmiĢtir
24
ġekil II.12-SIP CANCEL (Ġptal) Mesajı
OPTIONS (Seçenekler): KarĢı taraftan katılımcıyla ilgili kapasite ve yetenek bilgisi istenir.
Böylece en uygun performansı sağlayan mantıksal bağlantı kurulabilir.
REGISTER (Kaydol): Herhangi bir SIP sunucusuna kayıt olabilmek için kullanılır. Bu mesajın
baĢlık alanında çeĢitli bölgeler bulunmaktadır. Bu bölgeler:
To bölgesi: Sunucu adresi bu bölgeye yazılır.
From bölgesi: Arayan tarafla ilgili adres ve IP bilgileri bu alana yazılır.
Request-URI bölgesi: Kayıt olanın domain adı bu bölgeye yazılır.
Call-ID bölgesi: From baĢlığıyla aynı yapıdadır. Aranan tarafın adresini belirtir.
ġekil de SIP Kaydol Mesajı örneği gösterilmiĢtir.
ġekil II.13- SIP REGISTER (Kaydol) Mesajı
II.3.6.3.2. SIP Cevap Mesajları
Cevap mesajları baĢlıca altı gruba ayrılır.
1xx: Bilgilendirme Mesajları: Ġstek mesajının alındığını ve iĢleme konduğunu bildirir.
25
100: Deniyor (Trying).
180: Zil çaldırılıyor (Ringing).
181: Çağrı yönlendiriliyor (Call is being forwarded).
2xx: BaĢarı Mesajları: Arama ya da kayıt faaliyetinin baĢarılı bir Ģekilde alındığını,
anlaĢıldığını ve kabul edildiğini gösterir.
200: Tamam (OK).
3xx: Yönlendirme Mesajları: Ġsteğin yerine getirilebilmesi için yeni faaliyetlerin
yapılması gerektiğini bildirir.
301: Kalıcı olarak yer değiĢtirmiĢ (Moved permanently).
302: Geçici olarak yer değiĢtirmiĢ (Moved temporarily).
305: Proxy sunucusu kullanılmalı (Use proxy).
4xx: Kullanıcı Tarafı Hataları: Ġsteğin Ģuan yerine getirilemeyeceğini bildirir.
401: Gerekli izin bulunmuyor (Unauthorized).
404: Bulunamadı (Not Found).
415: Desteklenmeyen medya türü (Unsupported media type).
5xx: Sunucu Hataları: Talep edilen çağrının sunucu tarafından yerine getirilemediğini
bildirir.
500: Ġç sunucu hatası (Internal server error).
501: Uygulanamadı (Not Implemented).
503: Servis dıĢı (Service Unavailable).
6xx: Global Hatalar: Genel global hataları bildirir.
600: Her yer meĢgul (Busy everywhere).
603: Reddedildi (Decline).
606: Kabul edilemez (Not acceptable).
II.3.6.4. SIP’de Konusma Yolunun Kurulması
SIP aglarında vekil (proxy) sunucular kullanıcı ajanlarından gelen SIP oturum isteklerini
kabul eder ve istemciler adına talepte bulunurlar. Yönlendirme (redirect) sunucuları, istemcilere
aranılan tarafın adres bilgisini saglayarak iki tarafın dogrudan konusmasını sağlayan
sunuculardır. Konum (location) sunucuları ise, vekil ve yönlendirme sunucularına aranan tarafın
olası konum bilgisini tasırlar. SIP sunucuları iki farklı sekilde çalısmaktadır. Bunlar vekil (proxy)
ve yönlendirme (redirect - üzerindeki adresi silip yeni adrese yönlendirerek) modlarıdır. Vekil
26
çagrı modunda, vekil sunucuları, kullanıcı tarafı kullanıcı ajanları ve sunucuları arasında
anahtarlama noktası görevi görerek her iki grup kullanıcı ajanı adına SIP isteklerini yaparlar.
Sekil - , vekil modda çalısan basitlestirilmis bir SIP çagrısını göstermektedir.[5,7]
ġekil II.14- Vekil Sunucu Kullanılarak Olusturulan SIP Çagrısı
27
Yönlendirme (redirect) çagrı modunda ise, yönlendirme sunucuları çagrıyı baslatan
kullanıcı ajanı tarafına aranılan tarafın ag adresi (IP adresi) bilgisini saglamakta ve çagrının
kurulması isini Sekil – de görüldügü gibi arayan kullanıcı ajanına bırakmaktadır. Bu tip arama
modunu H.323‟teki dogrudan uç nokta aramasına benzetmek yanlıs olmayacaktır
ġekil II.15- Yönlendirme Sunucusu Kullanılarak Olusturulan SIP Çagrısı
28
II.4. SERVĠS KALĠTESĠNE ETKĠ EDEN PARAMETRELER
II.4.1. Servis Kalitesinin Önemi
IP ağlarından veri, ses, görüntü gibi çeĢitli trafikler iletilmektedir. ÇeĢitli trafik türlerinin
kendine özgü band geniĢliği, kayıp, gecikme ve kesintisiz çalıĢma gibi özelliklere ihtiyaçları
vardır. Bu ihtiyaçlar doğrultusunda, ağda bulunan herhangi bir trafik çeĢidini kullanan uygulama
veya kullanıcıların aldıkları servis deneyimini tanımlamak için Servis Kalitesi ( QoS- Quality of
Service ) teknikleri kullanılır. Aynı ağı paylaĢan trafik çeĢitlerinin sınıflandırılmasını ve bu
Ģekilde kullanıcıya göre önem taĢıyan verilerin öncelikli ve kayıpsız olarak iletilmesini sağlamak
amacıyla kullanılan özelliklerin tümüne Servis Kalitesi denir.
Ağımıza yeni bir teknoloji entegre edildiğinde, ağ performansını etkileyecek faktörlerin
hesaplanması gerekir. Bir IP ağı Ģebekesine internet üzerinden ses iletimi uygulaması entegre
edilmeden önce ses iletimini etkileyebilecek olan band geniĢliği, uçtan-uca gecikme, gecikme
varyasyonu, kayıp gibi faktörlerin değerlendirilmesi gereklidir. Bu faktörler VoIP
uygulamalarının bir ağ Ģebekesine entegre edilmesinde etkili olan faktörlerdir. Bu faktörlerin
önceden değerlendirilmesi mevcut ağ Ģebekesinin VoIP uygulamaları için ne kadar hazır
olduğunu ve mevcut ağda VoIP uygulamaları için ne gibi yapılandırmalara gerek olduğunun
anlaĢılmasını sağlar.
IP ağlarına QoS teknikleri uygulanarak Kabul edilebilir, istikrarlı ve önceden tahmin
edilebilir ses kalitesi olan VoIP desteği sağlanabilir. Uçtan-uca hizmetlerde ağın tümünde QoS
teknolojisinin uygulanması yoluyla çeĢitli uygulamaların ve kullanıcılar ile yapılmıĢ olan
SLA'ların (Service Level Agreement- Servis Seviye AnlaĢması) gerektirdiği performans
seviyesine ulaĢılabilmektedir.[2-8]
II.4.2. Servis Kalitesini Etkileyen Faktörler
Bir ağ‟da, farklı trafik çeĢitleri için farklı performans karakteristiklerine ihtiyaç duyulur.
QoS teknikleri bazı trafiklerin performansını arttırırken diğerlerininkini azalttığından
uygulamaların ihtiyaçları mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır. Bir dosya transfer uygulaması
için paketlerin gecikme süreleri ve iletim hızı önemli olmayabilirken, etkileĢimli uygulamalar
sabit bir gecikme süresi ve iletim hızına ihtiyaç duyabilir. Ağ performansını arttırmak için
uygulanan QoS teknikleri, bant geniĢliği, gecikme, jitter ve paket kayıpları üzerinde etkili
olabilir.[7]
29
Tablo II.4 QoS yapılmamıĢ bir hattaki trafiklerin davranıĢı[7]
II.4.2.1. Gecikme (Delay)
Ses paketinin kaynak ve hedef arasında geçen süre olarak tanımlanır. Gecikme iki
önemli problemle karĢı karĢıya kalmamıza sebep olmaktadır. Bunlar; yankı ve konuĢmaların üst
üste binmesidir. Yankı, uzak uçtan konuĢan kiĢinin ses sinyallerinin yansıyarak yine kendisine
dönmesine sebep olur. 4-telli ve 2-telli devreleri birbirine çeviren melez devrelerdeki sinyal
yansımalarından kaynaklanır. Bu yansımalar konuĢan kullanıcının kendi sesini duymasına sebep
olur. Yankı, geleneksel devreanahtarlı telefon ağlarında bile bulunmaktadır. Fakat dolaĢım süresi
50 milisaniyeden az olduğu için ve yankının her telefon cihazında çıkan çevre sesiyle
maskelenmesinden dolayı bu gürültü kabul edilebilir boyuttadır. Yankı, gidiĢ-dönüĢ
gecikmesinin 50 milisaniyeden fazla olması durumunda önemli sorunlara yol açar. Eğer yankı
önemli bir kalite problemi olarak algılanırsa paket ağları üzerinden ses taĢıma sistemlerinin yankı
kontrolü (echo control) ve yankı iptal etme (echo cancellation) tekniklerine ihtiyacı vardır. Yankı
telefon ağından paket ağına doğru oluĢur. Yankı iptalleyicisi paket ağından gelen ve giden ses
verisini karĢılaĢtırır. Melez telefon ağından, paket ağına geçen yolda yankı sayısal bir filtreyle
kaldırılabilmektedir. KonuĢmanın üst üste binmesi (ya da bir konuĢmacının diğeri konuĢurken
araya girmesi), tek yönlü gecikmenin 250 milisaniyeden uzun olduğunda önemli ses kalitesi için
önemli bir problem olmaya baĢlamaktadır.[9]
30
ġekil II.16- Gecikme kaynakları
BeĢ tür gecikme vardır, bunlar;
Örnekleme gecikmesi: PCM (Darbe Kod Modülasyonu) yapılmadan önce ses iĢareti
örneklenir. Örnekleme yapılırken belirli bir süre geçer. Bu süre zarfına örnekleme
gecikmesi denir. Bu değer iĢaretin örnekleme aralığı ile doğrudan orantılıdır. Genellikle
bu değer 125-150 ms kadardır.
SıkıĢtırma gecikmesi: Sesin belirli bir kodlayıcı ile kodlanması sırasında geçen süredir.
Bu süre kodlama algoritmasının karıĢıklığına ve kodlama yapan iĢlemcinin iĢlem yapma
hızına bağlıdır.
Kod çözme gecikmesi: Belirli bir kodlayıcı ile sıkıĢtırılmıĢ sesin açılması (kodçözme)
sırasında geçen süredir. Bu süre ; kod çözücü, iĢlemcinin hızına ve sıkıĢtırma
algoritmasının karmaĢıklığına bağlı olarak değiĢir.
31
Transmisyon gecikmesi: Ses paketin iletimi esnasında iletim yollarında geçen süredir. Bu
süreyi azaltmanın en iyi yolu, iletim hattının enformasyon hızını arttırmaktır. Örnek
olarak , 16kb‟lik bir veri paketi 4kb/s hızındaki bir hattan iletildiğinde iletim 4 saniye
alırken, 48kb/s‟lik bir hattan (ISDN-D kanalı) yollandığında iletim 0,33 saniye alır.
Bellekleme gecikmesi: Tüm paket gecikmelerinin aynı yapılması amacıyla verilerin
belirli bir süre belleklerde (buffer) tutulmasından kaynaklanan gecikmedir.[6]
Tablo II.5 Gecikme Tanımlamaları için ITU.T G.114 Tavsiyesi[5]
Tablo II.6- Gecikme tipleri ve Gecikme süreleri[7]
32
Gecikmeyi engellemek için yapılan çalıĢmalar:
Paket önceliklendirme
Kaynak rezervasyonu (Bandın rezerve edilmesi)
Paket parçalama
Paket kaybını engellemek için transfer yolunda sabit band ayrımı
Uçtan uca gecikmedeki değiĢkenliğin azaltılması
Uçtan uca gecikmenin azaltılması
II.4.2.2. Gecikme Varyasyonu (Jitter)
Gecikme degisimi (jitter), ses paketlerinin kaynaktan varıs noktasına gelirkenki hızlarının
degisimidir.
ġekil II.17- Paketlerin Farklı Zaman Aralıklarıyla Alıcıya UlaĢması (jitter)
Alıcıya giden paketlerin farklı gecikme değerleri ile ulaĢması sonucu oluĢur. Gecikme
varyasyonunun ses ve video gibi gerçek zamanlı ve gecikmeye duyarlı uygulamalar üzerinde
önemli etkileri olabilir. Söz konusu gerçek zamanlı uygulamalar, paketleri sabit bir hızda ve
aralarında sabit süreler olduğu halde almak isterler. VarıĢ hızı değiĢkenlik gösterdikçe
uygulamanın performansı etkilenir. Paketler giriĢ ara yüzü kuyruğuna girdikçe, alındıkları sırayla
uygun çıkıĢ ara yüzü kuyruğuna yerleĢtirilirler. Bu temel kuyruk metodu, sıklıkla FIFO (First In,
First Out- Ġlk giren ilk çıkar) olarak tanımlanır. FIFO sıralaması, bir geliĢ ara yüzünden bir çıkıĢ
ara yüzüne trafiğin depola-ve-yönlendir mantığıyla ele alınması amacıyla standart bir metot
olarak bilinir. Gecikme Varyasyonu VoIP içinde düĢük QoS'e etki eden önemli faktörlerden
biridir. [1-10]
33
ġekil II.18- Ses Ġletiminde “Jitter” Etkisi
Bir yönlendiricinin durumu her zaman aynı olmadığı için, bir akıĢın bütün mesajları farklı
zamanlarda karĢı tarafa varabilir. Gecikme zamanlarındaki değiĢime “Jitter” denir. “Jitter” değeri
yüksek ise, bir paket kendinden önce gelen bir paketten daha önce alıcıya ulaĢabilir. “Jitter”
değerini düĢürebilmek için “Real-time Transport Protocol” (RTP) [RFC 1889] geliĢtirilmiĢtir.
RTP paketleri “Jitter” ve mesajların karĢı tarafa sırasız olarak varmasına önlem olarak, zaman
etiketi ve mesaj baĢlıklarına sıra numarası verme mekanizmasını kullanır. RTP mesaj
baĢlığındaki mesaj numarası sayesinde alıcı taraf RTP paketlerini doğru sırada sıralayabilir. RTP
pakatlerinin içerisindeki zaman etiketi değerleri de kullanılarak, RTP paketlerinin alıcı tarafından
ne zaman oynatılmaya baĢlanması gerektiği belirtilir. “Payload Type“ alanı ile RTP paketleri
içerisinde ne tür veri taĢındığı anlaĢılır, örnek olarak PCM (Pulse Code Manipulation) kodlama
34
ile kodlamıĢ ses. RTP paketleri ayrıca RTP paketlerinin kim tarafından gönderildiğini içeren
kaynak alanı içerir. Örnek olarak sesin RTP paketleri ile gönderildiğini düĢünelim. Gönderici,
içerisinde kodlanmıĢ ses verisini taĢıyan RTP paketini hazırlar. Alıcı taraf gelecek olan RTP
paketlerini alabilmek için gerekli olan tampon bellek alanını ayırır. Gelen paketler sıra
numarasına göre sıralanır. RTP paketleri üzerindeki zaman etiketi alanına bakarak hangi paketin
hangi zamanda çalınacağı belirlenir.
Gelen RTP paketin içerisindeki zaman etiketi alanı içerisindeki zaman, o anki zamandan daha
önceyi iĢaret ediyor ise gelen RTP paketi yok edilir. Bu nedenden dolayı alıcı tarafın tampon
bellek alanı yeteri kadar büyük olmalıdır. Aksi takdirde gelen mesajın içerisindeki zaman o anki
zamandan eski bir zamanı gösterir ve paketler yok edilir. Ayrıca tampon bellek alanı çok da
büyük olmamalıdır, eğer çok büyük olur ise mesajlar tampon bellek alanında çok bekler ve yine
gecikme yaĢanır. Bir ses paketi gelmesi gereken zamandan daha sonra geliyor ise arada baĢka
sesler çalınabilir. Bazı teknikler kullanılarak gelmeyen paketler yerine ilave sesler çalınabilir ve
mesajların eksik geldiği anlaĢılmaz.[8,10]
II.4.2.3. Paket Kaybı
Günümüzde bit hataları nedeniyle yaĢanan paket kayıpları oldukça azalmıĢ ve düĢük
seviyelere inmiĢtir. YaĢanan paket kayıplarının çok büyük bir kısmı tamponların ve kuyrukların
dolması nedeniyle meydana gelmektedir.
Paket kaybı TCP (Transmission Control Protocol)‟yi kullanan veri paketleri için sorun
teskil etmez. TCP hattan düsürülen paketleri sezip yeniden gönderilmelerini saglar. Halbuki,
paketlerin gerçek zamanlı iletimine ihtiyaç duyan VoIP, TCP‟nin yeniden gönderilme
mekanizmasını kullanamaz çünkü Internet Protokolü üzerinden ses aktarımı uygulamalarında
geç kalmıs bir paket kayıp bir pakete esdegerdir ve TCP ses paketleri için kabul edilemez
gecikme yaratacaktır.
ġekil II.19- Paket Kaybı Örneği [1]
35
Fakat VoIP uygulamaları, UDP protokolü ile iletilen gerçek zamanlı uygulamalar olduğu için
paket kayıplarının telafisi garanti edilemez. Ayrıca kayıp paketlerin tekrar iletimi gecikmelere
sebep olacağından dolayı gerçek zamanlı uygulamada daha çok problemlere sebep olur. ġekil ‟de
R1‟in 40 paketlik kuyruğuna 1500-byte‟tan oluĢan 50 ardıĢık paket gönderildiği görülmektedir.
Bu senaryoda, kuyruk dolunca kalan 10 paket atılacak ve paket kayıpları meydana gelecektir.
Aslında pratikte router‟lar 50 paketin hepsini almadan da gönderim yapmaya baĢlayabilir, ancak
bu durumda bile bir miktar paket kaybı yaĢanması kaçınılmazdır.
ġekil II.20- Paket kaybı
Bazı trafikler, diğerlerine göre paket kayıplarından daha az etkilenebilirler. Mesela, insane kulağı
10ms‟lik ses kaybını dahi fark edebilmesine rağmen, böyle bir kayıp yaĢandığında dinleyici
genellikle bu konuĢmayı anlayabilir. Cisco router‟larda kullanılan DSP‟ler G.729 codec
kullanılırken 30ms‟ye kadar kaybolan ses paketlerinin içeriğini tahmin edebilir. Varsayılan değer
olarak her ses paketi 20ms‟lik ses taĢıdığından, ardıĢık iki ses paketinin kaybolması durumunda
DSP sesi tekrar oluĢturamayacak ve alıcı taraf bu süre boyunca sessizlik duyacaktır.[11]
II.4.2.3.1 Paket Kaybına Etki Eden QoS Teknikleri
Bant geniĢliğinin arttırılması, paketlerin daha hızlı iletilmesini ve kuyrukların daha zor dolmasını
sağlayarak paket kayıplarını azaltmada etkili olur. Ancak bu etki ses, görüntü ve verilerin birlikte
bulunduğu ağlarda yine de bazı kalite problemlerinin oluĢmasına engel olamaz.
II.4.2.3.1.1. Rasgele Erken Tespit (RED)
TCP, alıcı taraftan onay gelmeden önce ne kadar verinin gönderilebileceğini tanımlayan
pencereleme protokolünü kullanır. Her TCP bağlantısı için kullanılan ve bağlantıya özgü olan
TCP pencereleri pek çok unsura bağlı olarak artıp azalabilir. RED‟in çalıĢma mantığı, kuyruk
dolmadan önce TCP bağlantılarının pencere boyutunun küçültülmesi ve iletilecek toplam veri
36
miktarının azaltılarak kuyruğun taĢmasının engellenmesidir. RED, kuyruk çok dolu olmadığı
sürece devreye girmez ve iletilen toplam veri miktarının azaltılması yönünde herhangi bir etkide
bulunmaz. RED, kuyruğun sonunu kontrol eden bir mekanizma olarak düĢünülebilir. Trafiğin
büyük kısmının TCP tabanlı olması ve TCP‟nin gönderilen bir önceki paket kaybolduğunda
iletim hızını azaltması dolayısıyla, RED kuyruklar dolmadan bazı TCP paketlerini rasgele atarak
kuyruğa giren toplam paket sayısını azaltır. Paketler kaybolduğunda, TCP pencere boyutu önceki
pencere boyutunun yüzde ellisine kadar düĢer. Böylece RED, sadece birkaç TCP bağlantısını
yavaĢlatarak kuyruğun dolmasını ve tüm bağlantıların paket kaybı yaĢanmasını engellemiĢ olur.
Kuyruktaki birikme azaldığında RED devreden çıkarak yavaĢlayan TCP bağlantılarının tekrar
hızlanmasına izin verecektir. ġekil ‟daki senaryoda, router‟a 50 paket gönderilmiĢ, son 10 paket
kuyruğun dolması nedeniyle atılmıĢ ve kuyruk taĢmaya baĢlamıĢtı. ġimdi, 50 paketin 10 farklı
TCP bağlantısının parçası olduğunu ve RED‟in kuyruk dolmadan önce her bağlantıdan 1 paket
attığını varsayalım. Burada da ilk etapta 10 TCP paketi kaybolacak, ancak en azından bir sonraki
gönderimde toplam TCP paket sayısı 25‟e düĢerek kuyruğun taĢması engellenebilecektir.[7,9]
QoS tekniklerinin paket kaybına etkileri Tablo ‟de verilmiĢtir.
Tablo II.7- QoS tekniklerinin paket kaybına etkisi[7]
II.4.2.4. Kuyruklama
Çoklu ortam ve VoIP gibi gerçek zaman uygulamalarda gerekli bant geniĢliğinin
sağlanması, en düĢük geçikme ile paketlerin iletilmesi amacı ile çeĢitli kuyruklama yöntemi
algoritmaları ile benzetimler yapılmıĢtır.
37
Yönlendiricilerin (router) kaynak tahsis mekanizmalarında, tampon belleklerinde
iletilmeyi bekleyen paketlere bazı kuyruklama disiplinlerini uyguladıkları bilinmektedir.
Bekleyen paketlerin hangisinin iletilip hangisinin iletilmeyeceğine kontrol etmek için çeĢitli
kuyruk disiplinleri kullanılabilir. Ayrıca, kuyruk disiplinleri bir paketin iletilebilmesi için ne
kadar bekleyeceğini belirleyerek ağdaki gecikmeyi doğrudan etkileyebilir. Bazı kuyruk
disiplinlerine örnek verilirse;
Ġlk giren ilk çıkar kuyruklama (First-in-first-out) (FIFO)
Öncelikli kuyruklama (priority queuing) (PQ)
Ağırlıklı-adaletli kuyruklama (weighted-fair queuing) (WFQ)
II.4.2.4.1. FIFO kuyruklama yönteminde, yönlendiriciye ilk gelen paket, ilk gönderilecek
olan pakettir. Yönlendiricinin sahip olduğu tampon bellek boyutunun sınırlı olduğu
düĢünüldüğünde, eğer paket geldiğinde bellek dolu ise yönlendirici gelen paketi iptal eder. Bu
iĢlem paketin hangi hattan geldiğine ya da önceliğine bakılmaksızın yapılır. Ağ cihazları
genellikle bu yöntemi kullanır.Bu kuyruklama yöntemi gecikmeye duyarlı hizmetlerin iletilmesi
için uygun değildir.Boyutu küçük olan paketler yüksek boyutlu paketlerin ardında kalarak
yüksek gecikme değerleriyle iletilirler.
ġekil II.21- FIFO yapısı
II.4.2.4.2. PQ ise FIFO‟nun değiĢik bir varyasyonudur. Her pakete öncelik değeri atanır.
Yönlendirici, her öncelik sınıfı için bir adet FIFO tanımlar. Öncelik sınıflarının içindeki paketler
FIFO mantığına göre sıralanır. ÇıkıĢ kuyruğundaki tercih sırasını gösteren yüksek (high),
orta(medium), alçak(low) gibi öncelik seviyeleri mevcuttur. Bu kuyruklama disiplininde yüksek
öncelikli paketler hattın en önünde bulunurlar.
38
ġekil II.22- PQ-WFQ yapısı
II.4.2.4.3. WFQ ise tanımlanan her kuyruğa bir ağırlık değeri verilmesine olanak sağlar. Bu
ağırlık değeri her hattın kullanabileceği bant geniĢliği yüzdesinin kontrol edilmesini sağlar.
Kuyruklar gelen paketlerin gönderen ve alıcı IP adreslerine göre IP protokolüne göre dinamik
olarak yaratılırlar. Kuyrukların hepsine sıra gelir. Eğer gelen paketlerde IP Precedence (ToS
içine yazılan değer) değerine göre bir sınıflama önceden yapılmıĢsa toplamdaki orana göre sıra
her kuyruğa eĢit Ģekilde değilde Precedence ağırlığına göre adil Ģekilde gelecektir. Diğer
kuyruklara sıra gelmesi için en öncelikli kuyruktaki verinin bitmesi PQ‟ dekinin aksine
beklenmez. Yöntemin adil olması buradan gelir. Ağırlıklı olması da IP Precedence değerini
hesaba katmasından gelir. Cisco‟da 2 Mbps altında bant geniĢliği olan bacaklar zaten bu yönteme
göre çalıĢır. 2 Mbps üstündekiler ise siz müdahale etmezseniz ilk giren ilk çıkar Ģeklinde çalıĢır.
Bu tez çalıĢmasının üçüncü kısmında OPNET (Optimized Network Evaluation Tool) Modeler IT
Guru Akademik versiyon kullanılarak , FTP, Video ve VoIP uygulamalarının bulunduğu bir ağ
kurulacaktır. Seçilen kuyruklama disiplininin uygulama performansını ve ağ verimini nasıl
etkilediği görülecektir.
II.4.2.5. Bant GeniĢliği
Band geniĢliği, servis kalitesini etkileyen en önemli parametrelerden biridir.VoIP
uygulamaları için gereken ön koĢul, IP ağının yeterli miktarda band geniĢliğine sahip olmasıdır.
Ses paket ağları dizayn edilirken dikkat edilmesi gereken en belirgin bakıĢ açısı band geniĢliği
hesaplamasıyla yapılan uygun kapasite planlamasıdır. Çoklu ortam akıĢı için mevcut band
geniĢliği, uygulamaların performansını etkiler. Band geniĢliği, VoIP uygulamalarının bulunduğu
39
ağlarda, yüksek kalitede ses hizmeti sunmak için tasarım ve sorun gidermede önemli bir
faktördür.
IP ağlarında ses paketlerinin iletiminde katmanlı yapıdaki protokol yığını kullanılır. Bu
katmanlı yapının sonucu olarak, her katmanda iletilen ses paketine baĢlık bilgisi eklenir.
AĢağıdaki protokollerin baĢlık bilgileri band geniĢliği gereksinimleri hesaplamalarında kullanılır.
Internet Protocol
User Datagram Protocol (UDP)
Real-Time Transport Protocol (RTP)
Band geniĢliğinin dağıtımı iki Ģekilde incelenebilir:
Mevcut band geniĢliği
Garanti edilen band geniĢliği
Mevcut bant geniĢliği, ağda bulunan tüm kullanıcıların herhangi bir zaman diliminde
diğer kullanıcıların bant geniĢliği kullanımına bağlı olarak daha az veya daha çok bant geniĢliği
kullanmasıdır. Garanti edilen band geniĢliği ise servis sağlayıcıların, sundukları hizmet içinde
kullanıcılara garanti edilmiĢ bir minimum bant geniĢliği ile ekstra band geniĢliği sağlamalarıdır.
Belirli bir band geniĢliği garanti edilmiĢ olduğundan bu hizmetin ücreti mevcut band geniĢliği
hizmetinden daha yüksektir.[1]
Ġnternet üzerinden büyük dosyaların gönderilmesini kolaylaĢtırmak için, paket
anahtarlama teknolojisi geliĢtirilmiĢtir. Aslında bu büyük veri dosyaları, dizi halinde gönderilen
parçalara veya paketlere bölünmüĢtür, bunların her biri gidecekleri bilgisayarın adresini taĢırlar.
Bu paket dizisi, alıcı bilgisayarda yeniden birleĢtirilir. Bir veri ağından bir dosyanın gönderilme
süresini belirleyen faktör, bant geniĢliğidir. Bu terim, veriyi taĢıyan kablonun kapasitesini
açıklamak için kullanılmaktadır. Daha büyük veriyi taĢımak için daha fazla bant geniĢliği
gerekir. Herkese açık, sürekli kullanılan büyük bir veri ağı düĢünülürse, veri ile doldurulmuĢ bir
bant geniĢliği ses kalitesini düĢürür.
Bu teknolojinin önerdiği çözüm ise; her verinin sırayla iletilmesi yerine, bütün kodun
paketlere bölünüp her birine öncelik seviyesi vererek onları dizi halinde taĢımaktır. Ses paketleri
daha önceliklidir, veri ise standart bir önceliğe sahiptir. Bütün paketler dizi halinde birbirini
izlerler, onları hedeflerine ulaĢtıracak bağlantı noktalarına geldiklerinde ise kollara ayrılırlar.
Alıcı bilgisayar, veriyi oluĢturacak olan bütün paketleri toplar ve veriyi yeniden oluĢturur.
40
Burada önemli nokta Ģudur, sistemin her bir dosyaya iliĢkin parçayı ayırıp diğer tarafta dosyayı
yeniden oluĢturmak gibi bir yeteneğe sahip olmasıdır. Bu Ģekilde, bütün boyutlardaki ve
formatlardaki binlerce hatta milyonlarca bilgisayar dosyası, bir ağ üzerinden aynı anda
taĢınabilirler. Paketler halinde sesin de (en yüksek önceliğe sahip olarak) taĢınması özelliğiyle,
Ģimdi ses ve veri aynı QoS özellikli ağ üzerinde taĢınabilmektedir.[8]
II.5. VOIP TEKNOLOJĠSĠNDE KULLANILAN SES KODLAYICILARI
Ses kodlayıcıları, G.7nn standartlarında belirtilen algoritmaları kullanarak analog ses
sinyalini kodlamak, sıkıĢtırmak veya kodlanan sinyali tekrar çözmek için kullanılır. G.7nn,
G.711, G.721, G.722, G.726, G.727, G.728, G.729 dahil olduğu, ses sıkıĢtırma da kullanılan
ITU-T standartlarıdır. SıkıĢtırma band geniĢliğini daha etkin kullanmayı sağlar ve bundan dolayı
da zamandan ve maliyetten kazandırır. [1]
Ses kodlayıcıları, telefon cihazının içinde, özel santrallerde ya da merkezi telefon
Ģebekelerinde bulunan ve kodlama-kod çözme iĢlemlerini gerçekleĢtiren elektronik bir karttır.
Ses kodlayıcı, analog ses sinyalini belirli aralıklarda örnekler ve sıkıĢtırılmıĢ dijital sinyal
formatına dönüĢtürür. Sayısal formata dönüĢtürülen sinyal daha sonra paketlere dönüĢtürülerek
hedef noktaya doğru yönlendirilir. G.7nn standardında farklı ses kodlayıcıları belirtilmiĢtir. En
yaygın olarak kullanılan ses kodlayıcıları G.711 ve G.729‟ dur. Paket anahtarlamalı ağlarda
iletilmesinde servis kalitesi sağlamak için doğru ses kodlayıcı seçmek temel esastır.
II.5.1. Ses SıkıĢtırması
Telefon ağlarında dalga formu ve CELP (Code Exited Linear Processing ) kodlama
olmak üzere iki çeĢit kodlama kullanılır. Dalga formu ile kodlama yapan ses kodlayıcıları direk
ya da dolaylı olarak sinyalin her noktadaki genliğiyle kodlanırlar.
Örneğin bir dalga formu ses kodlayıcı çeĢidi olan G711 ses kodlayıcı, paket anahtarlamalı
ağlarda kullanılan Darbe Kod Modülasyonu (PCM-Pulse Code Modulation) kodlamayı kullanır.
64 Kbps PCM in en çok kullanılan iki versiyonu μ- kuralı ve a-kuralıdır. 8 bitlik doğrusal PCM
in 12 ve 13 bitlerine ulaĢmak için aynı logaritmik sıkıĢtırmayı kullanırlar, sadece bazı sıkıĢtırma
41
detaylarında farklılık gösterirler (μ-kuralı düĢük-seviyelerde ve iĢaret-gürültü oran
performansında daha avantajlıdır). Ülkesel ve bölgesel olarak da farklı kurallar kullanılır, Kuzey
Amerika μ kuralını kullanırken, Avrupa a-kuralını kullanır).Kullanılan bir diğer sıkıĢtırma
metodu da ADPCM‟ dir (Adaptive Differential Pulse Code Modulation - Uyarlanabilir
Diferansiyel Darbe Kodu Modülasyonu). En çok kullanılanı 4 bitlik örnekler kullanan ve 32
Kbps iletim hızı sağlayan ITU-T G.726‟ dır. PCM' e karĢın, 4 bit sesin genliğini doğrudan
sıkıĢtırmaz, genlikteki değiĢmeleri sıkıĢtırırlar.
Her ses kodlayıcının kullanım alanına göre avantaj ve dezavantajları vardır. Ses kodlayıcı
seçimi VoIP‟nin uygulanacağı ağa bağlı olarak seçilir. Paket iletimi, ihtiyaca göre değiĢik ses
kodlayıcı kullanımı esnekliğini sunar. Bir uygulama veya ses çağrısı için seçilecek ses kodlayıcı
seçiminde göz önünde bulundurulması gereken ihtiyaç olan sıkıĢtırma oranı, istenilen ses
kalitesi, seçilen ses kodlayıcının bağlantıya eklediği gecikme, kayıp paketlerini ne oranda tolere
ettiği gibi birçok farklı faktör vardır. AĢağıda sıkıĢtırma metotları ve standartlar hakkında bilgi
verilmektedir.
SıkıĢtırma Oranı: Orijinal analog ses sinyalinin paketleme ve sayısallaĢtırma iĢlemine
göre ne ölçüde sıkıĢtırıldığının ifadesidir.
Kodek Bit Hızı: Ses çağrılarındaki ortam akıĢının iletim hızıdır.
Kodek Örnek Aralığı: Bütün kodekler belirli zaman aralıklarında analog sinyali
toplarlar. Bu aralık kodek Örnekleme Aralığı olarak adlandırılır.
Saniyedeki Paketler: Kodek bit hızına uymak için saniyede iletilen paket sayısını ifade
eder.
Ses Payload’u (Bytes): Her paketteki kodlanmıĢ ses boyutunu ifade eder.
42
Tablo II.8-Ses Kodlayıcı Değerleri
G.711 sıkıĢtırması
Örnekleme frekansı 8 kHz‟dir. Örnek baĢına 8 bit kullanılır. Toplam bit hızı gereksinimi
Ortalama yargı değeri (Mean Opinion Score- MOS) değeri 4.3 „dür.
G.723 sıkıĢtırması
Genel olarak düĢük bit hızlarında iletim için kullanılır kalite olarak G.711‟ den kötüdür. Ama
band geniĢliği gereksinimi de G711‟in yaklaĢık onda biri kadardır. Cebirsel CELP(ACELP) (6,3
kb/sn ) yada MP-PLQ (5,3 kb/sn ) algoritmaları kullanılır. MOS değeri 4.1 ‟dir
G.726 sıkıĢtırması
16,24,32,40 kb/sn hızlarında adaptif diferansiyel PCM kodlaması kullanılır. MOS değeri 2 ile 4.3
arasında değiĢir.
G.728 sıkıĢtırması
DüĢük gecikmeli CELP kullanılır. Bit hızı 16kb/sn dir. MOS değeri 4.1 dir.
G.729 sıkıĢtırması
CS-ACELP algoritması kullanılır. Bit hızı 8 kb/sn dir. MOS değeri 2 ile 4.3 arasında değiĢir[6]
Tablo II.9- Yaygın kullanılan codec‟lerin baĢarım oranları
43
ġekil II.23- Ses paketinin yapısı
Bant geniĢliğinin hesaplanmasında
Toplam Paket Boyutu=Ses Paket Yükü+ IP/UDP/RTP(veya Crtp)+L2 BaĢlığı
Toplam Bant GeniĢliği=
eĢitliklerinden yararlanılır.
Tablo - de görülebileceği gibi, VoIP yapmak istenilen ağ WAN(GeniĢ alan ağı) ise G.729
sıkıĢtırma tekniği tercih edilebilir. G.729, G.723 ile kıyaslandığında çok daha iyi bir ses kalitesi
sağlar ancak %25 daha fazla bant geniĢliğine ihtiyaç duyar. Ayrıca, G.723 gibi yüksek sıkıĢtırma
yapan codec‟ler kullanılırken codec gecikmesinin de sistem performansını olumsuz etkileyeceği
göz ardı edilmemelidir. Bu durumda bant geniĢliğinden kazanılsa bile iĢlemci gücünden
kaybedilmiĢ olacaktır. LAN‟larda durum biraz daha farklıdır. Veri hızları 10-1000 Mbps
aralığında olduğundan bant geniĢliği konusunda pek sıkıntı yaĢanmaz, bu nedenle G.711 codec‟i
kullanılabilir.[7]
Ses kodlayıcıları seçiminde göz önünde bulundurulması gereken önemli kodek özellikleri
saniyede üretilen bit sayısı ve örneklerin ne kadar sürede iletildiğini açıklayan örnekleme
periyodudur.
II.5.2. Ses Kodlayıcılarında Kalite Ölçümü
Ses akıĢının uçtan uca ses kalitesi ölçümlerinde kullanılan ve ölçüm yöntemi kalitesini
belirtmek için kullanılan iki standart vardır . Bunlar:
Ortalama yargı değeri ( MOS - Mean Opinion Score )
R değeri
II.5.3. Ortalama Yargı Değeri ( MOS )
Ses kalitesi nesnel ve öznel olmak üzere iki yolla test edilebilir. Nesnel ses testi, insanlar
tarafından test edilirken, öznel ses testi, bilgisayar sıkıĢtırma teknikleri tarafından test edilir.
44
Ses kodlayıcılari ses kalitesinin nesnel ölçülmesine dayanarak geliĢtirilmiĢ ve ayarlanmıĢlardır.
Düzenli gürültü ve iĢaret-gürültü oranı toplamı gibi standart öznel kalite ölçümleri insanın ses
kalitesini anlaması için yeterli değildir. MOS, ses kodlayıcıların performansını rakamlarla
belirtmek için kullanılan genel nesnel karĢılaĢtırma kriteridir. Ses akıĢının sıkıĢtırma iĢleminden
sonraki kalitesini belirten sayısal bir değerlendirmedir.
Ses kalitesi ve genel olarak ses, dinleyicilere karĢı nesnel olduğu için MOS testleri bir
grup dinleyiciye uygulanır. MOS testi uygulanırken çok sayıda dinleyici ve örnek materyal
kullanmak önemlidir. Dinleyiciler konuĢma materyallerinin her örneğine 1 (kötü) den 5
(mükemmel) e kadar oy verirler. MOS‟ u elde etmek için sonucun ortalaması alınır.
MOS, farklı seviyelerde arka plan gürültüsü, çoklu kodlayıcı ve kod çözücü içeren
değiĢik Ģartlar altında belirlenen kodlayıcının nasıl çalıĢacağını karĢılaĢtırmak için de kullanılır.
Bu veriyi diğer kodlayıcıları karĢılaĢtırmak için de kullanabiliriz. Birçok ITU-T kodlayıcı için
MOS sonuçları ġekil -‟ de gösterilmiĢtir. G.711 Ses kodlayıcısı 4.1 MOS değerine sahiptir ve en
kaliteli ses kodlayıcıdır. Ġkinci sırada iyi ses kalitesi sağlayan ses kodlayıcı 3.92 MOS değeri ile
G.729‟ dur.
ġekil II.24- MOS değerleri[1]
45
II.5.4. R Değeri
E- Model, telefon kullanıcılarının 300- 3400 Hz arası dar band için dinleyici olarak ne
ölçüde memnun olduklarını değerlendiren bir iletim – planlama aracıdır. E-Model, ITU- G. 107‟
de tanımlanmıĢtır. E- model çıktısı “ Değerlendirme – Rating Faktörü ” (R değeri ) olarak
adlandırılır. Değerlendirme faktöründe 50‟den 94‟e kadar numaralandırma yapılır. 50‟ nin
altında olan bütün değerler kabul edilemez ve 94.15‟ in üzerindeki değerlerde dar band telefon
iletiĢimi için ulaĢılamaz olan rakamlardır. R değeri için kullanıcı memnuniyet seviyeleri Tablo
da gösterilmiĢtir.
Tablo II.10- R değeri
R değeri ses Ģiddeti, yankı, gecikme gibi birçok parametre kullanılarak hesaplanır. Ayrıca
paket kaybı ve kodek ses sıkıĢtırması etkilerini de Ie (equipment impairment faktör) olarak
adlandırılan parametrelerle birlikte hesaba katar.
Daha önceki bölümlerde açıklandığı üzere, gecikme VoIP sistemlerindeki en belirgin
bozulmalarından biridir.
II.5.5. Ses Faaliyetinin Tespiti
Kullanıcılar arasında dinleme durumunda oluĢan sessizlik periyotlarından dolayı bireysel
bağlantılar boĢ kapasiteye sahiptir. Bu olgu çoklu bağlantıların büyük iletim ortamlarındaki band
geniĢliğini paylaĢtığını stratejisini öne sürer. Günümüz geçiĢ ağları kimin konuĢtuğuna
bakmaksızın çift-yönlü saniyede 64 kbps‟ lik kanallar içerir. Yani normal bir konuĢmada, band
46
geniĢliğinin yüzde 50‟ si harcanır. KiĢinin normal konuĢması sırasındaki kopuklukların ve
duraksamaların istatistiksel örneklerini alırsak harcanan band geniĢliğinin miktarı daha da fazla
olabilir. VAD ( Voice Activity Dedector ) konuĢma genliğinde bir düĢüĢ tespit ettiğinde
konuĢma çerçevelerini paketlere yerleĢtirmeden önce belirli bir süre bekler. Bu süre hangover
(kalıntı) olarak bilinir ve genelde 200ms dir. VoIP kullanırken, ses aktivasyon tespiti aktifken
harcanan bant geniĢliğini diğer amaçlar için kullanabiliriz. ġekil de; VAD, konuĢmanın boyutunu
desibel olarak tespit ederek ve çerçevelenen sesin ne zaman kesileceğine karar vererek çalıĢır.
ġekil II.25- Ses Aktivasyon Tespiti
VAD konuĢmanın sonlandığı ve baĢladığı anı belirlerken ve arka plandaki gürültüden
sesi ayırırken iç sorunları görür. Gürültülü bir odada VAD konuĢma ile gürültüyü birbirinden
ayıramaz. Buna iĢaret-gürültü eĢik değeri denilir. Bu örnekte çağrının baĢında VAD kendisini
devre dıĢı eder.
VAD ile ilgili bir diğer sorun, konuĢma baĢladığında ortaya çıkar. Genelde cümlenin
baĢlangıcı kesilir ya da kırpılır. Bu durum baĢlangıç-bitiĢ konuĢma kırpılması olarak bilinir.
KonuĢmayı dinleyen kiĢi bu kırpılmayı anlayamaz.[1]
47
BÖLÜM III
ĠNTERNET PROTOKOLÜ ÜZERĠNDEN SES ĠLETĠMĠNDE
KUYRUKLAMA TEKNĠKLERĠNĠN SERVĠS KALĠTESĠNE ETKĠSĠNĠN
DENEYSEL AĞ ĠLE SĠMÜLASYONU
III.1. GĠRĠġ
Bu tez çalıĢmasında, bir kampus ağı OPNET simülasyon programı kullanılarak simule
edilmiĢ değiĢik kuyruklama disiplinlerinin, değiĢik servislerdeki paket iletimi ve gecikmesi
üzerindeki, veri, video ve ses trafiği sonuçları elde edilerek servis kalitesine etki eden faktörler
incelenmiĢtir. Bu amaçla üç farklı simülasyon senaryosu yaratılmıĢtır. Bu senaryolar aĢağıdaki
gibidir:
1. Kampüs ağı FIFO (First in first out- ilk giren ilk çıkar)
2. Kampüs ağı PQ (Priority Queing - öncelikli kuyruklama)
3. Kampüs ağı WFQ (Weighted-Fair Queuing - ağırlıklı-adaletli kuyruklama)
Deneysel Ağ, doğu kampus ve batı kampus olmak üzere iki bölgeden oluĢmaktadır. Her
bir kampusde bir adet ana yönlendirici (router), doğu kampüsde veri trafiğini oluĢturan FTP
(File Transfer Protocol ) sunucusu, yönlendiriciler çift yönlü PPP_DS1 (Ġki node birbirine point
to point protocol ile bağlar,veri hızı 1.544 Mbps‟dir.) hattı ile bağlı, 5 adet Workstation var ve
bunlarda 10Base_T (Node‟lar arası full dublex bağlantı sağlar ,veri transfer oranı 10 Mbps‟ dır.)
bağlantı ile bağlı.
Bu tez çalıĢmasında uygulanan deneysel kampus ağ örneği, ġekil III.1 ‟ de gösterilmektedir.
48
ġekil III.1 Deneysel Ağ Topolojisi
III.2. SĠMÜLASYON PROGRAMI SEÇĠMĠ
Ağ trafik ölçümleri için kullanılan birçok simülasyon programı vardır. Bu tez
çalıĢmasında veri ve ses ağını oluĢturmak ve trafik sonuçlarını analiz etmek için OPNET
(Optimized Network Evaluation Tool) Modeler IT Guru Akademik versiyon kullanılmıĢtır.
OPNET Modeler, iletiĢim sistemleri ve haberleĢme ağlarının modellenmesi için görsel bir
benzetim ortamı sağlayan nesneye yönelik bir programdır (simülatör). OPNET, ağ iletim
performansı için bir geliĢim ortamı sağlar. OPNET, bir ağ modelinin oluĢturulması, ağ modelinin
uygulanması sonrası simülasyonun çalıĢtırılması ve sonuçlarının analiz edilmesi olanağı sağlar.
OPNET, daha çok iletiĢim ağlarının benzetim ve analizi için tercih edilen bir simülasyon
programıdır.Ayrıca simülasyon çalıĢması sırasında ortaya çıkan hataların çözümü içinde ayrıca
hata giderme özellikleri vardır. OPNET simülasyon programı birçok makale ve tez de ağ
performanslarını simule etmek için kullanılmıĢtır. Bu çalıĢmada tartıĢılan ağ fiziksel olarak
uygulanmadığı için, ağ ölçümleri OPNET Modeler simülasyon program kullanılarak
yapılacaktır. [1].
49
Opnet, istenilen boyuttaki alanlarda simülasyon yapmaya olanak sağlar. Opnet ile ofis
boyutunda bir proje oluĢturmak mümkün olduğu gibi, kıtalararası bir proje gerçekleĢtirmek de
mümkündür. Ayrıca projenin simülasyon süresi, birkaç saniye ile birkaç hafta arası
değiĢtirilebilir. Bu durum, opnet programının gerçeğe uygun simülasyonlar gerçekleĢtirdiğinin
bir göstergesidir.
ġekil III.2 Opnet ĠĢlem AkıĢı[2]
III.3. OPNET MODELER KULLANILARAK DENEYSEL AĞIN KURULUMU
Bölüm III.1.‟ de bahsedilen deneysel ağ OPNET Modeler kullanılarak uygulanmıĢtır.
Deneysel ağdaki bütün ağ elemanları, OPNET Modeler‟ ın proje penceresi kullanılarak seçilmiĢ
ve ġekil III.3‟ de gösterilen Ģekilde oluĢturulmuĢtur.
ġekil III.3‟ de OPNET programında hazırlanan, Kampus konfigürasyonu görülmektedir.
ġekil III.3 Kampus Ağı Konfigürasyonu Ana Pencere
50
III.3.1. Sistem Ayarları
Projede; voip, ftp ve video uygulamaları kullanıldı. Projedeki uygulamalar FTP
Application için „High Load to Ftp‟ , Video Application için „Low Resolution Video‟ özelliği
Video Conferencing , ve VoIP Application içinde „PCM Quality Speech‟ olarak seçilmiĢtir.
Profil ayarları, her profil yalnız bir uygulamayı destekleyecek Ģekilde düzenlenmiĢtir. „FTP
Client‟, „Video Client‟ ve „VoIP Client‟ olmak üzere üç profil oluĢturulmuĢtur.
IP paketlerine Servis Tipi (Type of Service (ToS)) özelliği verilmiĢtir. Bu özellik,
paketlerin IP kuyruklarında uygun servise yönlendirilmelerini sağlar. Ġstatistikleri almak içinde
gerekli ayarları Choose Individual Statistics menüsünden yapıldı. Uygulama ve profil ayarları
Ģekillerle gösterilmiĢtir.
III.3.2. Uygulama Ayarları
Uygulama ayarlarından FTP Application içerisinde yapılacak simülasyon için aĢırı
yüklenme seçeneğini seçeriz. Bunun nedeni Kampüs ağı içerisinde veri transferinin fazla
olduğunu varsaymak.
ġekil III.4 FTP Application
51
Video Application içerisinde yapılacak simülasyon için düĢük çözünürlüklü video
seçeneğini seçeriz. Bunun sebebi görüntü kalitesi arttıkça paket büyüklükleride artacağından
dolayı deneysel ağda düĢük çözünürlüklü kullanıldı.
ġekil III.5 Video Conferencing Application
Voice Application içerisinde yapılacak simülasyon için modülasyon tekniği için PCM
seçeneğini seçeriz. Çünkü ses iletilmeden önce sayısal hale PCM ile dönüĢtürülür.
ġekil III.6 Voice Application
52
III.3.3. Profil Ayarları
Profil ayarlarından FTP Client için FTP profile tanımlanır ve FTP Application‟un altında
çalıĢtırılması için gerekli ayarlamaları yapıldı.
ġekil III.7 FTP Profiles
Video Client için de Video profile tanımlandı ve Video Application‟un altında
çalıĢtırılması için gerekli ayarlamaları yapıldı.
ġekil III.8 Video Application
53
Voice Client için Voice profile tanımlandı ve Voice Application‟un altında çalıĢtırılması
için gerekli ayarlamaları yapıldı.
ġekil III.9 VoIP Application
Simülasyonumuzu çalıĢtırabilmek için ise yapılandırma ayarları Ģekilde ki gibi yapıldı.
ġekil III.10 Simülasyonu çalıĢtırma
Senaryo ayarlamaları Protocols menüsünden IP→ QoS → Configure QoS‟u seçerek yapıldı.
54
ġekil III.11 Ġlk giren ilk çıkar kuyruklama
ġekil III.12 Ağırlıklı-adil kuyruklama
55
ġekil III.13 Öncelikli kuyruklama
Üç senaryoyu da aynı anda çalıĢtırmak için Scenarios menüsünden Manage
Scenarios‟nun Ģekildeki gibi olması sağlandı.
ġekil III.14 Senaryo yönetimi
56
III.3.4. Simülasyon ve Analiz
Simülasyonumuzun üç senaryo üzerinden analizini yapacağız. Ġlk olarak ġekil III.15‟de
IP trafik düĢüĢ grafiğini görmekteyiz.Daha yakından görmek ve yorumlamak için ġekil III.16‟yı
inceleyelim.
ġekil III.15 IP Trafik düĢüĢü
IP paketleri FIFO kuyruklamada paketlerin boyutlarına bakmaksızın sırası ile
iletilmektedir.ġekil III.16‟da görüldüğü gibi FIFO kuyruklamada paket iletimi boyutlara göre
artıyor yada azalıyor. Bu demekki sırası gelen paketin boyutu ne kadar fazla ise ondan sonraki
paketin iletilmeside o kadar gecikmeli demektir. IP trafiğindeki iniĢ ve çıkıĢlar iletilen paketlerin
boyutları ile ters orantılı bir Ģekilde ilerler. Paket boyutu küçük ise trafik hızlı akarken boyut
büyüdükçe trafik yavaĢlar.
Tablo III.1 IP Trafik düĢüĢ değerleri
57
Öncelikli kuyruklamada (PQ) ise öncelikli paketlerin boyutları birbirine yakın olacağı
için trafik akıĢında çok fazla iniĢ çıkıĢlar olmaz. Bunun sebebi bant geniĢliğinin belirli bir kısmı
öncelik verilen paketlere ayrıldığı için IP trafiğindeki akıĢta aĢırı bir değiĢiklik olmaz.
58
ġekil III.16 IP Trafik düĢüĢü 2
Ağırlıklı-adil kuyruklamada ise IP Trafik düĢüĢüyle ilgili yorumlanacak bir değer
bulunamamıĢtır. Tablo III.1 ve ġekil III.16‟ de görülmektedir.
Video konferansın trafiğini de ġekil III.17‟ de görmekteyiz. Grafikten de anlaĢılacağı gibi
PQ ( öncelikli kuyruklama) değerindeki ani azalıĢ grafikte görülmektedir. Bunun sebebi ağın
bant geniĢliğinin video konferans için yeteri kadar geniĢ olmamasıdır. Video iĢaretlerini içeren
paketlerin boyutu büyük olduğu için öncelikli kuyruklama da kuyrukların tıkanmasına ve 0 (sıfır)
„a inen değerlerde gelen paketlerin atılmasına sebep olmaktadır.
Ağırlıklı-adil kuyruklamanın grafiğine baktığımızda ağdaki band geniĢliğini en iyi
kullanan kuyruklama metodudur. Çünkü WFQ kuyruklama tekniğinde gelen paketlerin türüne
göre bir ağırlık değeri vardır.Video uygulamasınında değeri yüksek olduğu için göndermedeki
önceliği yüksektir.
59
ġekil III.17 Video Konferans Gelen Trafik
FIFO kuyruklama tekniğinde ise yine paketler geldiği sırayla iletildiği için saniyede
gelen byte sayısındaki artıĢ ve azalıĢ ġekil III.18‟de görülmektedir. Analiz sonucunda görüldüğü
gibi video konferans için en verimli kuyruklama tekniği WFQ (Ağırlıklı-adil kuyruklama)
kuyruklama tekniğidir.
60
Tablo III.2 Video Konferans Gelen Trafik değerleri
ġekil III.18 Video Konferans Gelen Trafik 2
61
ġekil III.19 Ses paketi uçtan uca gecikme
Ses iletiĢimi gibi gerçek-zamanlı uygulamalar, uçtan uca gecikme ve gecikmedeki
varyasyona oldukça duyarlıdır ve garanti edilmiĢ bir servis kalitesi gerektirir. Ses
haberleĢmelerinde uçtan- uca gecikme suresi 150ms‟yi geçerse konuĢma kalitesizleĢmeye baslar.
FIFO kuyruklama tekniğinin VoIP için kullanılmasının sakıncalı olduğu ġekil III.19
„daki grafikten ve Tablo III.3‟deki değerlerden açık bir Ģekilde görülmektedir. Ağımızda
Video,FTP ve VoIP uygulamaları mevcuttur. FIFO kuyruklama tekniğine göre VoIP için
kullanılmayacak bir tekniktir. Çünkü uçtan uca gecikme değeri 400ms üzerine çıkmıĢtır bu
demektir ki VoIP uygulamalarında hiç bir Ģekilde kabul edilemez bir değerdir.
Öncelikli kuyruklama ve Ağırlıklı-adil kuyruklama teknikleri internet protokolü
üzerinden sesin iletimi için yüksek kullanıĢlıdır. Ağımızda ses paketlerinin öncelikli iletilmesi
gereklidir. Gerçek zamanlı uygulama olduğu için gecikme değeri 400ms „yi geçmemesi gerekir.
WFQ ve PQ değerlerini incelediğimizde ses iletimi için uygun değerlerdir, ses paketleri
diğer tüm paketlerden önce gönderildiği için gecikmeleri minimize etmeye çalıĢılır. Diğer servis
kalitesi parametreleri de sağlandığında yayılım gecikmesi en aza indirilmiĢ olur.
62
Tablo III.3 Ses paket uçtan uca gecikme değerleri
ġekil III.20 Ses paket uçtan uca gecikme
63
ġekil III.21 Gelen ses trafiği
Gelen ses trafiği ġekil III.21 „ de görüldüğü gibi FIFO kuyruklamanın grafiği yine artan
ve azalan değerlere sahip. Bunun sebebi ses paketlerinin bant geniĢliğinin fazla olması ve
kuyruğu tıkamasıdır. Dikkat edilecek olursa öncelikli kuyruklama ve Ağırlıklı-adil
kuyruklamanın en düĢük değeri ile FIFO‟nun en yüksek değeri birbirine eĢit değerde. Bu
demektir ki ses paketlerinin iletimi WFQ ve PQ kuyruklama teknikleri FIFO kuyruklama
tekniğine göre daha hızlı ve gecikmesiz bir Ģekilde iletilmektedir.
WFQ ve PQ , hem gecikme hemde bant geniĢliği yönünden FIFO kuyruklamaya göre
daha baĢarılıdır.
64
Tablo III.4 Gelen ses trafiği
ġekil III.22 Gelen ses trafiği 2
65
ġekil III.23 Jitter (gecikme varyasyonu)
Bütün paketlerin iletilmesinde yaĢanan toplam gecikme miktarına denir. Bir kaynaktan
çıkan paketlerin her birinin farklı gecikme değerleriyle alıcıya ulaĢması sonucu oluĢur. Jitter‟e
gecikme varyasyonu da denir. Ġletim süresinin uzaması ile oluĢan değiĢimdir.
ġekil III.23 „de görüldüğü gibi gecikme varyasyonunun en fazla olduğu kuyruklama
tekniği FIFO (ilk giren ilk çıkar ) kuyruklama tekniğidir. Bunun sebebi paketlerin arka arkaya
hiç bir önceliklendirme yada ayrım yapmadan sıralanmasından dolayı paket boyutlarına
bakmaksızın iletiliyor olmasıdır. Sesli görüĢmeler gerçek zamanlı uygulamalar olduğundan
dolayı ağ trafiğinde bir önceliklendirmeye sahip olmalıdır aksi taktirde gecikme varyasyonu gibi
servis kalitesi parametrelerinin sağlanamaması durumunda geciken paketler yada zamanında
gitmeyen paketler sebebinden dolayı sağlıklı bir ses iletimi olmaz. Bunun önüne geçmek için
jitter değeri daha düĢük olan PQ (öncelikli kuyruklandırma) ve WFQ (ağırlıklı-adil kuyruklama)
kullanılması servis kalitesinin sağlanması için daha uygundur.
66
Tablo III.5 Jitter (gecikme varyasyonu)
ġekil III.24 Jitter 2 (gecikme varyasyonu)
67
BÖLÜM IV
SONUÇLAR VE ÖNERĠLER
Bu tez çalıĢmasında internet protokolü üzerinden ses iletiminde servis kalitesine etki eden
gecikme ve jitter (gecikme varyasyonu) gibi faktörler incelenmiĢ, farklı kuyruklama teknikleri
kullanılarak deneysel bir kampüs ağ konfigürasyonu OPNET Modeler simülasyon programı ile
gerçeklenmiĢtir.
Kurulan deneysel ağ konfigürasyonunda FTP, Video ve Voice uygulamaları
kullanılmıĢtır. IP paket trafiğindeki paket düĢüĢleri,paketlerin uçtan-uca gecikmeleri ve gecikme
varyasyonları incelenmiĢtir. Tezin ikinci bölümünde de bahsedildiği gibi ses trafiği gerçek
zamanlı bir trafik olduğu için gecikmeye çok duyarlıdır, bu sebeplerden dolayı IP paketlerinin
kuyruklama algoritmaları ile ses paketlerine öncelik vermek gerekmektedir. Ġnternet protokolü
üzerinden ses iletimindeki servis kalitesi (QoS) parametrelerinin sağlanması için ses ve diğer
trafiklerin ağda farklı önceliklerle iletilmesi gerekmektedir.
Deneysel ağımızda önceliklendirme yapmak için üç farklı kuyruklama tekniği
kullanılmıĢtır. Yapılan analizler sonucunda birden çok kuyruk yaratarak verileri bu kuyruklara
dağıtmak, öncelikli kuyruklardaki paketlerin hızlı iletilmesini sağlarken diğerlerinin gecikmeye
maruz kalmasına neden olmaktadır. Rasgele erken tespit yöntemi de trafik tipine göre bazı
trafiklerin paket kaybına maruz kalmaması için diğerlerinin paketlerini bilinçli olarak kuyruktan
atmaktadır. Bu sonuçlar göstermektedir ki, önceliklendirilecek veri tiplerinin belirlenmesi ve bu
veri tiplerine uygun QoS tekniklerinin seçilmesi sırasında uygulamanın ağdaki diğer veri
trafiklerine etkisi de incelenmelidir.
Kullandığımız kuyruklama yöntemlerinden FIFO (first in first out)-ilk giren ilk çıkar
kuyruklama yöntemi gelen paketlerin boyutlarına bakmaksızın ilettiği için boyutu küçük olan
paketler yüksek boyutlu paketlerin ardında kalarak yüksek gecikme değerleriyle iletilirler.
Bununla birlikte yönlendiricinin tamponu dolduğunda kuyruğa gelen tüm paketler, paketlerin
türlerine ve boyutlarına bakmaksızın iptal edilir.
Öncelikli kuyruklandırma (PQ-Priority Quening) da ise her paketin bir öncelik değeri
vardır. Bu öncelik değerleri için yönlendiricimiz ayrı ayrı FIFO kuyruğu tanımlar. Öncelik
sınıflarının içindeki paketler FIFO kuyruklamada olduğu gibi sıralanır. Paketler gönderilirken ise
68
yüksek (high) , orta (medium) , alçak (low) gibi öncelik seviyelerin göre gönderilir. Yüksek
öncelikli paketler hattın en önünde bulunur.
Ağırlıklı-adil kuyruklama (WFQ) yönteminde ise her kuyruğa bir ağırlık değeri
verilmektedir. Bu ağırlık değeri her hattın kullanabileceği bant geniĢliği yüzdesinin kontrol
edilmesini sağlar. Kuyruklar gelen paketlerin gönderen ve alıcı IP adreslerine göre IP
protokolüne göre dinamik olarak yaratılır. Eğer gelen paketlerde IP Precedence (ToS içine
yazılan değer) değerine göre bir sınıflama önceden yapılmıĢsa toplamdaki orana göre sıra her
kuyruğa eĢit Ģekilde değilde Precedence ağırlığına göre adil Ģekilde gelecektir. Diğer kuyruklara
sıra gelmesi için en öncelikli kuyruktaki verinin bitmesi PQ‟ dekinin aksine beklenmez.
Yöntemin adil olması buradan gelir. Ağırlıklı olması da IP Precedence değerini hesaba
katmasından gelir. Cisco‟da 2 Mbps altında bant geniĢliği olan bacaklar zaten bu yönteme göre
çalıĢır. 2 Mbps üstündekiler ise siz müdahale etmezseniz ilk giren ilk çıkar Ģeklinde çalıĢır.
Tez çalıĢmasının üçüncü kısmında OPNET (Optimized Network Evaluation Tool)
Modeler IT Guru Akademik versiyon kullanılarak , FTP, Video ve VoIP uygulamalarının
bulunduğu bir ağ kurulmuĢtur ve üç farklı senaryo yaratılmıĢtır. Seçilen kuyruklama disiplininin
uygulama performansını ve ağ verimini nasıl etkilediği gözlemlenmiĢtir.
Bu tez çalıĢmasında sadece kuyruk mekanizmaları konfigürasyonları simülasyon
uygulamasında elde edilen değerler ve grafikler incelenmiĢtir. Band geniĢliği, gecikme ve ses
kodlayıcılari ile servis kalitesi faktörleri de bir baĢka tez çalıĢması olarak iĢlenebilir. Tezin
üçüncü bölümünde yapılmıĢ olan uygulamayı canlı bir network‟te yapmak daha gerçekçi
olabilirdi ancak bazı sebeplerden dolayı bu gerçeklenemedi. Bu sebeple OPNET programı
kullanılmıĢtır. Opnet simülasyon çalıĢmaları yapılırken OPNET programı kaynak ve çalıĢmaları
sınırlı ve az olduğu için simülasyonların çalıĢtırılmaları esnasında birçok sorunla karĢılaĢılmıĢtır.
OPNET Modeler ağ trafik gerçeklemeleri için iyi bir program olmasına karĢın kaynak sıkıntısı
yüzünden uygulaması zor bir programdır.
69
KAYNAKLAR
[1] Pelin ġAHĠN.: “VOICE OVER IP ( VoIP)”,Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul, Türkiye, (2010)
[2] Ceyhun ÇAKIR.: “VoIP Teknolojilerijnde Güvenlik”, Yüksek Lisans Tezi , Marmara
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul, Türkiye, (2010)
[3] Mustafa CĠVAN.: “ Oturum BaĢlatma Protokolü”,Yüksek Lisans Tezi, Marmara
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul, Türkiye, (2010)
[4] Özgür ERTEM.: “Ġnternet Protokolü Üzerinden Ses Aktarımında Westplan YaklaĢımıyla
Trafik Analizi”, Yüksek Lisans Tezi, Haliç Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul,
Türkiye, (2006)
[5] Bener ġĠġKO.: “VoIP ve Uygulamaları”, Yüksek Lisans Tezi, Ġstanbul Teknik
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul, Türkiye, (2006)
[6] Nurten ERKAN “Ġnternet Protokolü Üzerinden Ses Ġletimi ve Bir Yazılım Uygulaması ”,
Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli,Türkiye ( 2007)
[7] Erdem Halit HAKĠ.: “Ġnternet Protokolü Üzerinden Ses Ġletiminde Hizmet Kalitesinin
Analizi ”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
Ġstanbul, Türkiye, (2007)
[8] Bilal KARAASLAN.: “ Ġnternet Üzerinden Sesli HaberleĢme Ağının Optimizasyonu”,
Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri , Türkiye,
(2006)
[9] Ġlker KUKÇU.: “SIP Tabanlı Konferans SinyalleĢme Ssistemi Altyapısı GerçekleĢtirimi”,
Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġzmir , Türkiye, (2008)
[10] Çölkesen, R.; Örencik, B.: “Bilgisayar Haberlesmesi ve Ag Teknolojileri”, Papatya
Yayıncılık, 3.Basım, Türkiye, (2002)
[11] Çölkesen R.: “Network, TCP/IP , UNIX” Papatya Yayıncılık, Ġstanbul, Türkiye, (2001).
[12] http://www.opnet.com/ (08.06.2011)
70
ÖZGEÇMĠġ
1987 yılında EskiĢehir‟de doğdu. Ġlkokulu Gülpınar Köyü Ġlkokulu‟nda, ortaokulu 19
Mayıs Ġlköğretim Okulun‟da tamamladı. Liseyi EskiĢehir Türk Telekom Anadolu Teknik
Lisesinde tamamlayarak 2007 yılında Marmara Üniversitesi Elektronik ve HaberleĢme
Öğretmenliği bölümüne girdi ve halen devam etmektedir.