Coroiu Darius an3 TST

Sistemul VoIP

VoIP reprezinta abilitatea de a face convorbiri telefonice si de a trimite faxuri peste o retea care se bazeaza pe protocolul IP ce reuseste sa asigure o anumita calitate a serviciului, cu un raport cost/beneficii superior. Practic vocea este transformata la un capat in date, este transmisa in reteaua locala sau peste Internet si in final este restaurata in formatul original si emisa destinatarului.

Pentru a avea o comunicatie de buna calitate in timp real, este permisa o intraziere dus- intors de 200 300ms. Retelele de date au de obicei timpi diferiti de propagare, iar la receptie nu mai sunt sincronizate in timp.

Jitter-ul reprezinta o variatie a duratei de timp intre pachetele primite la receptie. Aceasta problema este una importanta si trebuie depasita atunci cand vorbim despre comunicatiile de voce. Acest fenomen apare in special in intarzierile provocate de cozile de asteptare, sau deoarece pachetele parcurg trasee diferite. Pentru a fi compensate, la receptie se foloseste un buffer, in care sunt tinute primele pachete care au sosit, o anumita perioada de timp, inainte ca informatia sa fie redata mai departe. Intarzierea bufferului se adauga la intrzierea totala. Rezulta ca, pentru o comunicatie de calitate avem nevoie de un jitter mic.

Transmisiile vocale, video sau audio se bazeaza pe protocolul RTP (Real Time Protocol). Acestea sunt aplicatii in timp real. Transmisia vocii in pachete e un serviciu de retea care se diferentiaza de transmisia datelor, dar se poate efectua simultan cu acestea. Transmisia vocii in pachete poate fii implementata in mai multe moduri: *VoIP (Voice-over-Internet-Protocol) in retele IP; *VoDSL (Voice-over-Digital Subscriber Line), in liniiile digitale de abonat; *VoATM (Voice-over-ATM), in retelele ATM.

Caracteristicile calitative ale VoIP se exprima prin: -Debitul util realizat intre transmitator si emitator printr-o retea IP; -Intarzierea de procesare; -Intarzierea de transfer a pachetului IP intre transmitator si receptor (dpinde de numarul nodurilor prin care trece pachetul) -Rata de erori a unui transfer -Pierderea de pachet -Variatia timpului de transfer, adica jitter-ul; -Modul de comunicatie (semiduplex sau duplex);

Tehnologia VoIP s-a extins de la aplicatiile initiale care ofereau ca principala aplicabilitate convorbiri ieftine prin intermediul Internetului la facilitati extrem de avansate de comunicare si colaborare in reteaua interna a companiilor. Practic reusesc sa ofere astazi facilitati din clasa Enterprise, tuturor companiilor mici si mijlocii. Printre cele mai importante facilitati extinse oferite de solutiile VoIP companiilor mici si mijlocii mentionam:

Least Cost Routing trimiterea apelurilor in operatorul cu cele mai eficiente costuri IVR (Meniu interactiv de informare a apelantilor) Inregistrarea convorbirilor in timp real Mesagerie unificata, inclusiv transmiterea mesajelor voicemail in casuta de email Fax2Email, permitand eliminarea completa a vechiului aparat Fax Redirectionarea avansata a apelurilor (inclusiv redirectionarea pe mobil)

Coroiu Darius an3 TST

Reteaua trebuie sa ofere functia de interoperabilitate, atat hardware cat si software, pentru a putea transporta si voce si date.

In procesul de transmisie a vocii in retele de calculatoare simultan cu datele, apar anumite aspecte nedorite care afecteaza calitatea semnalului transmis. Intarzierile in transmisie pot fi cauzate de mai multi factori:

- asa numitul fenomen de propagare pe linie (end-to-end delay); - codarea vocii (vocoding) e realizata pe principiul de codare-bloc, ceea ce impune

stocarea esantioanelor temporare de voce in memorii tampon, in vederea formarii unui bloc de intrare.,

- procesul de refacere a mesajului prin reordonarea fragmentelor transmise in cadre si pachete multiple, pe cai diferite din retea;

- procesul de sincronizare pentru a elimina erorile de stabilire a momentelor optime de esantionare a semnalului receptionat (jitter).

Sistemul VoIP include patru module software, dupa cum se poate observa mai jos:

Fig2. Arhitectura VoIP

Coroiu Darius an3 TST

I Modulul de procesare a vocii si pachetelor vocale (VPM) converteste esantioanele de voce in pachete generice. Acest modul efectueaza si operatii de suprimare a ecourilor, suprimarea perioadelor de liniste si eliminearea jitterului, redarea vocii in mod continuu, neintrerupt, accesand esantioanele stocate in buferele FIFO. II Modulul de semnalizari telefonice (TSM) acesta interpreteaza semnalizarile de pe linia telefonica relativ la schimbarile starii sitemului. III- Modulul protocolului de retea (NPM) se ocupa de configurarea conexiunilor in retea pe baza comenzilor date de TSM, formand pachete de voce si de semnalizare cu antete specifice dependente de protocol. IV Modulul de management al retelei (NMM) folosind standardul ANSI, gestioneaza resursele sistemului VoIP. De asemenea este bine de stiut ca, prin intermediul serviciului VoIP se pot realiza si conferinte on-line si alte aplicatii multimedia.

Pe durata stabilirii unei conexiuni VoIP se pot identifica trei faze:

semnalizarea, prin care se pun n legtur terminalele VoIP- acestea fiind localizate prin adres IP. n aceast faz este posibil s fie necesar translatarea adreselor ntre Planul Internaional de Numerotare a Telecomunicaiilor Publice n adrese IP i invers;

controlul apelului, prin care se negociaz unele caracteristici precum capabilitile terminalelor VoIP, tipul de codec folosit, etc;

transferul propriu - zis de informaie.

Orice sistem VoIP este alctuit din patru componente de baz:

Terminale:un exemplu de terminale sunt terminalele H.323. Terminale de tip LAN (Local Area Network) folosite pentru transmisia vocii. Terminalele H.323 implementeaz funcii de transmitere a vocii, incluznd cel puin un codec de voce (Compressor/ Decompressor).

Pori (Gateways): acestea fac legtura ntre reeaua de telefonie clasic PSTN (Public Switched Telephone Network) i Internet sau o alt reea compatibil VoIP. Porile au rolul de a translata mesaje de semnalizare ntre cele dou pri i de a comprima/decomprima vocea.

Regulatoare de pori vocale (Gatekeeps): indeplinesc funcii de rutare pentru echipamentele din zona deservit; cum ar fi de exemplu translaia ntre sistemul de numerotaie din interior i cel din exterior. Aceste regulatoare specifica ce terminale pot apela anumite numere.

Servere de aplicaie i uniti de control multi - punct MCU (Multipoint Control Unit): permit funcii de conferin ntre trei sau mai multe terminale. Logic, un MCU conine 2 pri :

1. Controlor multipunct MC (Multipoint Controller) - se ocup cu semnalizrile i mesajele de control necesare conferinelor.

2. Procesor multipunct MP (Multipoint Processor) - primete semnalele de la terminale, le multiplic i le trimite apoi ctre participanii la conferin.

Coroiu Darius an3 TST

Pierderea pachetelor- e un lucru des intalnit in retelele cu comutatie de pachete, deoarece atunci cand rutele devin congestionate, se pierd unele pachete deoarece altele noi le iau locul, iar cele vechi nu au apucat a fi transmise mai departe. Daca se pierd pachete redarea vocii se degradeaza. Acesta problema poate fi rezolvata prin urmatoarele solutii, redate aici pe scurt:

+ Inlocuirea cu pauze (in locul pachetelor pierdute sunt redate momente de liniste) + Inlocuirea cu zgomot (zonele fara semnal sunt inlocuite cu zgomot- se obtin

performante mai bune spre deosebire de metoda precedenta) +Imbunatatirea retelei (pierderea pachetelor este corelata cu banda insuficienta a

conexiunilor si cu viteza de procesare) + Repetarea pachetelor (se reda informatia din utimul pachet receptionat corect) + Interpolarea pachetelor (foloseste informatiile din pachetele invecinate pentru a

recompune informatia pierduta din pachet) + Transmisie redundanta (informatia dintr-un pachet e transmisa in pachete consecutive,

astfel daca pachetul initial s-a pierdut, aceasta poate fi refacuta din pachetele urmatoare. Dar astfel se incarca suplimentar linia)

+ Intreteserea esantioanelor audio pe mai multe pachete (poate reduce pierderile. Este limitata de intarzierea pe care o produce o astfel de prelucrare a semnalului).

Exista o serie de parametrii care influenteaza claritatea convorbirilor. Acestia sunt:

- Claritatea Inseamna fidelitatea redarii semnalului vocal si lipsa distorsiunilor. La sistemele clasice de telefonie, claritatea semnalului audio poate fi afectata prin atenuarea semnalului sau prin zgomotul care se suprapune peste semnal. In comunicatiile de voce prin retele digitale nu exista acesti inconvenienti, in schimb exista posibilitatea pierderii de pachete.

- ntrzierea

n reelele clasice de telefonie, timpul de propagare a semnalului defineste intarzirea. O ntrziere maxim acceptabil este de 100ms. Pentru convorbirile prin satelit se accept i ntrzieri de 500-600ms. Dar la convorbirile locale limita este de 30ms, ceea ce se situeaza sub pragul de percepie al majoritii persoanelor. n sistemele VoIP apar mai mult factori care determina ntrzierea: timpi de eantionare, acumulare i codare de la transmisie, apoi timpii de ateptare in ruterele de pe traseu i timpii de procesare la recepie.

- Ecoul

Este un fenomen reprezentat de sunetul de la transmitor care se ntoarce. Dar acesta nu e deranjant daca nivelul acestui ecou este foarte sczut sau ntrzierea semnalului este foarte mic. Devine ns foarte suprtor pentru nivele mai mari de -25dBm i ntrzieri de peste 20-30ms. Neadaptarea impedanelor liniilor de transmisiune si interferenele produse ntre microfon i receptor cauzeaza aparitia ecoului. Tehnica eliminarii ecoului estimeaza ecoul care va aprea, pe baza semnalului transmis. Acesta este apoi sczut din semnalul recepionat. Astfel observam ca o crestere a intarzierii va duce la amplificarea ecoului si la scaderea claritatii vocii. Acesti parametrii trebuie mentinuti intre niste limite acceptabile pentru a se putea realiza o convorbire de calitate.

Coroiu Darius an3 TST

Principalele avantaje ale telefoniei VoIP fa de telefonia clasic sunt:

creterea eficienei de utilizare a reelelor datorit echipamentelor folosite n comun i a exploatrii optime a lrgimii de band disponibile.

simplificarea infrastructurii hardware. reducerea costurilor se datoreaz n principal eliminrii costurilor de transmisie prin

reeaua de telefonie la mare distan. Cu o conexiune rapida la Internet prin cablu sau DSL (Digital Subcriber Line), se pot efectua apeluri telefonice de la calculator la calculator, oriunde n lume, gratuit.

mobilitate ridicat - utilizarea telefonului VoIP n cltorii, vacane - atta timp ct exist conexiune internet la destinaie.

exist multe alte caracteristici care fac VoIP atractiv: redirecionarea apelurilor (call forwarding), apel n ateptare (call waiting), pot vocal, afiarea identitii apelantului (caller ID), navigare web, e-mail, e-banking i multe altele. De asemenea, se pot trimite date, precum imagini i documente, n timp ce se vorbete la telefon.

Exist i dezavantaje ale telefoniei VoIP, printre care putem enumera:

Imposibilitatea efecturii apelurilor de urgen la 112. Una din cauzele majore pentru care exist aceast dificultate o reprezint imposibilitatea localizrii geografice a apelantului.

Lipsa serviciului de telefonie n cazul n care este ntrerupt alimentarea cu energie electric. O soluie pentru aceast problem o reprezint utilizarea unei baterii de rezerv sau a generatoarelor de curent electric pentru a furniza energia electric.

Reelele VoIP pot fi virusate. Calitatea convorbirilor poate fi afectat de:

o ntrzieri, acest lucru ducnd la apariia ecoului n timpul efecturii convorbirii telefonice.

o fluctuaia ntrzierii pachetelor audio (jitter), poate face semnalul audio recepionat neinteligibil.

o pierderea pachetelor de date, n momentul n care reeaua este foarte aglomerat.

Mai multe canale de voce se pot trasmite pe aceeai linie, folosind o tehnologie numit multiplexare cu diviziune n timp (TDM). Prin intermediul acestei tehnologii, fluxul digital ce reprezint o singur conversaie este mprit n blocuri (octei); blocurile de la mai multe conversaii sunt ntreesute n slot-urile temporale ale liniei de transmisiune.

Utilizand aceast tehnologie digital, zgomotul care se amestec cu semnalul original nu influeneaz calitatea comunicaiei, pentru ca semnalele digitale se pot reface. Multiplexarea cu diviziune n timp face posibil comutaia digital. Comutatorul copiaza coninutul unui slot temporal din transmisia de intrare n alt slot temporal din transmisia de ieire. Rezulta ca funcia de comutare poate fi realizat folosind calculatoare. Totui o mic ntrziere este introdus de fiecare comutator deoarece pentru fiecare conversaie un slot temporal este disponibil numai la fiecare T microsecunde. innd cont c T este 125s n cele mai multe reele digitale, acest timp este neglijabil i ntrzierea depinde n principal de timpul de propagare.

Coroiu Darius an3 TST

Serviciile noi implementate in comunicatiile VoIP: -Filtrarea apelurilor- optiunile tehnologiei VoIP sunt mai avansate fata de restrictionarea apelurilor in telefonia clasica. -Teleconferinta avansata- poate fi implementata teleconferinta cu un numar mare de participanti, iar accesul la teleconferinta poate fi securizat pe baza adresei sau a unei parole. -Pot fi efectuate apeluri de voce de pe pagini web. Serviciu utilizat in special in magazinele virtuale, unde utilizatorul poate primii mai multe detalii sau achizitiona un produs luand legatura cu reprezentatntii firmei; -Adresa/numarul de telefon e independent de locatie- Acesta e un avantaj mare deoarece, spre deosebire de telefonia clasica unde utilizatorii erau identificati in functie de numarul de telefon, care la schimbarea locatiei se schimba, in tehnologia VoIP identificarea utilizatorului se face printr-o adresa care poate fi pastrata si atunci cand utilizatorul isi schimba locatia.

n concluzie putem spune ca principalele motive pentru dezvoltarea sistemului VoIP sunt urmatoarele: *Costuri reduse. Se reduc in special cheltuielile cu apelurile la mare distanta. *Simplificarea. Standardizarea comunicarii si folosirea unui numar redus de echipamente. *Aplicatii avansate. Asigura suport pentru aplicatii media (spre deosebire de telefonia clasica, care nu ofera aceasta facilitate).

Coroiu Darius an3 TST

Bibliografie:

1. Reele i interreele de calculatoare, Mihai Ceapiru - Editura Matrix Rom, Bucureti; 2. http://www.voip-info.org

3. Andew S. Tannenbaum: Reele de calculatoare, ediia a patra, editura Byblos s.r.l., 2003

4. Carden, Philip : Building Voice over IP,

5. http://www.networkcomputing.com/netdesign/1109voip.html