1
1. přenáška
Základy IP telefonie
Úvodní test všeobecných znalostí
2
1. Jakou šířku přenášeného pásma zajišťuje klasický analogový
telefon?
2. Co znamená RJ u např. RJ-11, RJ-12, RJ-14, RJ-45, RJ-61?
3. Kolik žil má RJ-45? A kolik RJ-11? A kolik RJ-12? A RJ-48?
4. Jaký je rozdíl mezi Shannonovým a Kotělnikovým teorémem?
5. Co znamená 2B+D?
6. Co znamená zkratka ISDN?
7. Jaké znáte architektury počítačů?
8. Kdo a kdy vynalezl telefon?
9. V kterém roce byl poprve přenesen hlas v paketové síti?
Ö čem je řeč?
3
Obsah předmětu
4
Prvky infrastruktury IP telefonie. Kodeky a jejich požadavky na pásmo.
Signalizační a komunikační protokoly v IP telefonii. Hlasové brány.
Přenosové plány v IP sítích, číslování veřejných pevných a mobilních sítí, přenositelnost čísel.
Využití DNS pro IP telefonii. Koncová zařízení a ústředny IP telefonie, otevřená a komerční řešení.
Provisioning VoIP koncových zařízení.
Škála služeb IP telefonie a konfigurační možnosti dostupných síťových prvků.
Specifika kvality služeb (Quality of Service – QoS) z hlediska hlasových služeb.
Sledování kvality služeb (QoS) datových sítí z hlediska VoIP. Principy a použití dohledových systémů.
Monitorování, měření a hodnocení QoS hovorového signálu v IP telefonii.
Možnosti síťových prvků z hlediska zajištění požadované QoS.
Alternativní, přelivové a zálohové směrování v telefonních sítích.
Směrování a obsluha tísňových hovorů.
Útoky na bezpečnost IP telefonie, metody jejího zajištění v rámci síťové infrastruktury.
Doporučená literatura
5
• Ahmed, Adeel – Madani Habib – Sidiqui, Talal. VoIP Performance Management and Optimization
(Networking Technology: IP Communications). Cisco Press 2010, 448 s.
• Collins, Daniel. Carrier Grade Voice Over IP. McGraw-Hill Professional, 2002. 522 s.
• Hersent, Olivier – Petit, Jean-Pierre – Gurle, David. Beyond VoIP Protocols. Wiley, 2005, 416 s.
• Kaza, Ramesh, Asadullah, Salman. Cisco IP Telephony: Planning, Design, Implementation,
Operation, and Optimization. Cisco Press, 2005, 672 s.
• Minoli, Daniel. Voice over IPv6. Elsevier Inc., 2006.
• Natsvlishvili, Irakli – Collins, Daniel. Carrier Grade VoIP. McGraw-Hill, 2010. 608 s.
• Park, Patrick. Voice over IP Security. Cisco Press, 2009. 362 p.
• Vozňák, Miroslav. Voice over IP. Skripta VŠB – TU Ostrava, 2008. 176 s.
• Wallace, Kevin. Cisco VoIP. Computer Press 2009.
• Teorie a praxe IP telefonie. Ročníky 2004, 2006, 2008 a 2010, 2014
Přednášky z konferencí na http://www.ip-telefon.cz/.
• Raake, Alexander. Speech Quality of VoIP. John Wiley & Sons, Ltd. 2006. 310 s.
Teorie a praxe telefonie
http://ip-telefon.cz/archiv-prednasek.html
6
Osnova přednášky
7
1. Klasická telefonie
2. Digitalizace hlasu
3. Na cestě k IP telefonii
8
1. Klasická telefonie
Historie
9
141 let od vynálezu telefonu
10
Krátce po udělení patentu Bell svůj telefon vystavoval na výstavě ve Filadelfii.
Práva na tento vynález nabídl za 100 000 dolarů firmě Western Union
Telegraph Company, ale ta ho odmítla koupit. Proto Bell se svými společníky
založil v červenci 1877 vlastní firmu, předchůdce dnešní společnosti American
Telephone and Telegraph Company (AT&T).
Přenos hlasu v paketových sítích začal v roce 1995 (Izraelská firma VocalTec)
Alexander Graham Bell roku 1875 v Bostonu ve státě
Massachusetts učinil objevy, které vedly k vynálezu
telefonu. V únoru 1876 si podal žádost o udělení
patentu (Je zajímavé, že jiný vynálezce, Elisha Gray,
přihlásil k patentování podobný přístroj ve stejný den
jako Bell, jenomže o pár hodin později.)
Telefony a operátoři
11
Od r. 1876
Reléové ústředny
12
Ústředny tranzistorové
13
Již cca 20 let
5. generace spojovacích systémů
14
0. generace – manuální spojovací pole
1. generace – plně decentralizované, ústředny na
elektromechanické bázi
2. generace – ústředny stále na elektromagnetické bázi, ale
částečná centralizace řízení do registrů a zejména určovatelů.
Určovatel sestavuje spojení a slouží pro větší počet
spojovacích cest
3. generace – centrální (programové) řízení a spojovací pole s
prostorovým dělením (analogové) spojovacích cest
4. generace – centrální (programové) řízení nebo částečně
decentralizované řízení. Soustava řídicích jednotek
koordinovaně plní jednoznačně přidělené úkoly.
5. generace – softswitche, viz http://www.phonet.cz/protel.html
Úzkopásmové služby
15
Podle ITU-T se služby v ISDN rozdělují na nosné služby a teleslužby, které se společně nazývají
telekomunikační služby.
Nosné služby jsou standardizovány pro 1. až 3. vrstvu RM OSI.
Teleslužby jsou popisovány pomocí všech sedmi vrstev RM OSI.
Doporučuji animace na http://www.elearn.vsb.cz/archivcd/FEI/ISDN/animace/3.swf
Nosné služby
16
 hovor – tato služba je určena pro přenos digitalizovaného
hovorového signálu. V síti umožňuje využívat různé speciální
techniky jako jsou zábrany ozvěn nebo kódování s nižším počtem
bitů
 audio 3,1 KHz – tato služba je určena pro přenos digitalizovaných
audiosignálů, je určena pro aplikace pracující v hovorovém
kanálu 300 – 3400 Hz
 přenos 64 kb/s – tato služba je určena pro neomezený přenos
digitálních signálů. Datová informace se přenáší transparentně
bez úpravy, lze ji použít pro všechny aplikace
Poznámka: širokopásmové služby využívají kanály až do přenosové
rychlosti 622 Mb/s.
Po telefonu nepřenášíme vše,
co slyšíme
17
Rozdíl RJ-11 a RJ-12
18
RJ11 a RJ12 jsou úplně stejné: 6pinové
konektory. Rozdíl je v zapojení (xPxC – positions
and contacts).
 RJ12 má zapojených všech 6 pinů (6P6C).
 RJ11 má zapojené jen 4 vnitřní piny (6P4C).
Pokud máme jednolinkový telefon, využívá se
jen střední pár (6P2C). Při dvojlinkovém se
používá střední čtveřice (6P4C).
Rozdíl RJ-11 a RJ-14
19
1. RJ-11 používá pouze 2 vodiče, zatímco RJ-
14 používá 4 dráty.
2. RJ11 slouží pro připojení pouze jednoho
telefonu, zatímco RJ14 může propojovat dva.
3. RJ11 může používat jak 6P4C, tak 6P2C,
zatímco RJ14 může používat pouze 6P4C
konektory.
Rozhraní
20
a) analogová
• FXS (Foreign Exchange Station)
• FXO (Foreign Exchange Office)
• E&M (Ear and Mount anebo Earth and Magneto)
b) digitální
• ISDN BRI
• T1/E1 CCS (Common Channel Signaling)
• T1/E1 CAS (Channel Associated Signaling)
Cena portů FXS a FXO
21
Hlasové porty
22
Varianty hlasových portů
23
Blíže k rozhraním
24
FXS rozhraní zajišťuje napájení a používá se k připojení analogového telefonu či faxu.
FXO rozhraní emuluje analogové KZ – ať již analogové zařízení nebo směrovač.
Zatímco porty FXS a FXO používají stejný kanál pro signalizaci i hlas (in-band
signalizace), porty E&M pro signalizaci používají samostatné porty (out-of-band
signalizace). Je tomu tak proto, že se porty E&M používají pro trunky (agregované
spoje) a u trunků je signalizace mimořádně důležitá.
Rozhraní ISDN BRI (Basic Rate Interface) tvoří dva B (Bearer) kanály pro hlas, video
či data po 64 kb/s a 16 kb/s D (Delta) kanál (Norma ITU I.430 sice uvádí i 64 k/b D
kanál, v praxi se však tato jeho varianta nepoužívá) určený pro signalizaci podle
protokolu Q.931.
Rozhraní T1 a E1 s out-of-band signalizací CCS jsou podobná rozhraní BRI.
Pokud je rozhraní určeno pro trunk, varianta T1 (americká) je tvořena 23 digitálními
kanály, zatímco varianta E1 (evropská) 29 digitálními kanály; pro signalizaci slouží
obvykle protokol Q.931 anebo QSIG.
Signalizace CAS je typu in-band a poskytuje 24 (30) hlasových kanálů pro rozhraní.
CAS – Channel Associated Signaling,CCS – Common Channel Signaling
Součásti telefonní sítě
25
 Koncová zařízení
 Místní smyčky
 Telefonní přepínače
 Okruhy (přenášejí více souběžných hovorů)
Koncové zařízení
26
 a-vodič (anglicky tip wire)
 b-vodič (anglicky ring wire)
 napájen stejnosměrným napětím -48 V
Signalizace
27
 Dohlížecí (kontrolní)
- smyčková
lze začít vytáčet po zvednutí sluchátka
nevýhoda: oslnění, tj. účastník i ústředna si zaberou stejnou linku najednou
- signalizace přizemněním
signál uzemnění identifikuje obsazení
- zvonění
USA: 90 V stř. pr., 20 Hz, Evropa 60–90 V stř. pr., 25 Hz
 Adresní
pulzní (otočný číselník) volba (DEC volba)
tónová resp. frekvenční volba (DTMF Dual-Tone Multi Frequency)
 Informační
oznamovací tón, vyzváněcí tón, výzva k uvolnění vedení (obsazení)
Signalizace smyčková (loop-start)
běžnější technika signalizace přístupu
28
(Central Office – ústředna)
Oslnění (angl. glare)
Přepínač CO potřebuje cca 4 s, aby prošel všemi linkami, které je třeba prozvonit
Důsledek: volající a volaný jsou spojení takřka okamžitě, a to bez vyzvánění
29
(Central Office – ústředna)
oslnění
Signalizace přizemněním (ground-start)
používá se na truncích a u velkých ústředen s rizikem oslnění
30
Ne vždy jde o – 48 V
31
Příklad nastavení klidového napětí
a frekvence zvonění na směrovači Cisco
32
Router(config-voiceport)#idle-voltage {low | high}
! -24 V nebo -48 V
Router(config-voiceport)#ring frequency ?
25 ring frequency 25 Hertz
50 ring frequency 50 Hertz
Jiné routery mají jiné hodnoty, je se třeba vždy podívat
Konfigurace analogových
hlasových portů na Cisco
33
jen pro EaM
Konfigurace hlasového portu FXS 1
34
Konfigurace hlasového portu FXS 2
35
Konfigurace hlasového portu FXO 1
36
Konfigurace hlasového portu FXO 2
37
Informační signalizace
38
oznamovací tón .... 425 Hz a 330 ms / 330 ms / 660 ms / 660 ms
vyzváněcí tón ....... 425 Hz a 1 s / 4 s
obsazovací tón ..... 425 Hz a 330 ms / 330 ms
napojovací tón ...... 425 Hz a 330 ms / 330 ms / 330 ms / 1,5 s
odkazovací tón ..... 950 Hz a 330 ms / 30 ms +
+ 1400 Hz a 330 ms / 30 ms +
+ 1800 Hz a 330 Hz / 1 s
Moderní telefonní ústředny umožňují definovat různé druhy tónů které se liší
frekvencemi i časováním, v praxi je ale dobré zachovávat běžné zvyklosti.
Adresní signalizace
(frekvenční resp. tónová resp. DTMF resp. MFC (MF code))
39
Frekvenční volba je dána kombinací dvou frekvencí z přesně definované
tabulky skupin nižších a vyšších kmitočtů.
číslice 1 ... 697 Hz + 1209 Hz číslice 7 ... 852 Hz + 1209 Hz
číslice 2 ... 697 Hz + 1336 Hz číslice 8 ... 852 Hz + 1336 Hz
číslice 3 ... 697 Hz + 1477 Hz číslice 9 ... 852 Hz + 1477 Hz
znak A ... 697 Hz + 1633 Hz znak C ... 852 Hz + 1633 Hz
číslice 4 ... 770 Hz + 1209 Hz znak * ... 941 Hz + 1209 Hz
číslice 5 ... 770 Hz + 1336 Hz číslice 0 ... 941 Hz + 1336 Hz
číslice 6 ... 770 Hz + 1477 Hz znak # ... 941 Hz + 1477 Hz
znak B ... 770 Hz + 1633 Hz znak D ... 941 Hz + 1633 Hz
Přítomnost vysílaných frekvencí) je min. 70 ms
mezera volby (tj. pauza mezi vysíláním frekvencí) je min. 75 ms
Příjem frekvenční volby je prováděn pomocí DSP (signálového procesoru)
jako frekvenční analýza hovorového pásma účastnického vedení.
Tlačítka tónové signalizace
(Kombinace vyšších a nižších frekvencí kódu MFC)
40
Tarifikační impulzy
41
Signál vysílaný ke koncovému zařízení, který je přenášen pomocí
frekvence 16 kHz o napětí 22 až 44 mV, jehož kadence (resp. perioda)
odpovídá množství tarifních jednotek příslušejících konkrétnímu hovoru a
shoduje se tak s počtem tarifních impulzů registrovaných na tzv.
účastnickém počítadle.
Délka impulzu byla 30 až 180 ms a max. kadence 3 imp/s.
Jelikož se však dnes hovorné již zpravidla účtuje z tzv. CDR (Call Detail
Records) záznamů o jednotlivých hovorech a principy účtování hovorů
mohou být součástí různých balíčků, byla tato orientační metoda
signalizace ceny hovorného zrušena a už se nepoužívá.
Jak byste to tedy udělali v síti s CUCM?
Tarifikační program pro CUCM
42
CLIP
resp. MFC identifikace volajícího anebo DTMF identifikace volajícího
43
CLIP (Calling Line Identification Presentation) – zobrazení telefonního čísla
volajícího na displeji telefonu volaného uživatele. Neboli jde o
 Signál vysílaný ke koncovému zařízení, který je předáván ve stejném kódu
jako tzv. tónová volba, a to v mezeře mezi prvním a druhým vyzváněním.
 První číslice smí být vyslána až se zpožděním 250 ms po konci prvního
vyzvánění a poslední číslice musí být vyslána nejpozději 200 ms před
začátkem druhého vyzváněním.
Nové ústředny umí také na základě telefonního čísla nebo jeho části směrovat
příchozí hovor na libovolný telefon, i když bylo voláno číslo jiného telefonu.
Použití: Hovory z Vietnamu na vietnamsky mluvícího pracovníka call centra.
Dva způsoby realizace CLIPu
44
a) Linkový protokol FSK1-V23 (číslice nebo jména, do, zprávy služeb a další
zprávy), v praxi spíše Evropa – ETS 300 659-2
b) DTMF signály (pouze číslice) – Dual Tone Multi Frequency – je jednodušší
 DTMF značky mají délku impulzu a mezery 80 ms / 80 ms.
 Max. počet vyslaných číslic během 4 s mezery ve vyzvánění je tedy 20, což dostačuje
pouze pro předání čísla volajícího.
Přerušení smyčky
(poklep na vidlici) FLASH
45
Signál vysílaný koncovým zařízením, který je předáván pomocí přerušení smyčky delšího
než je impulz dekadické volby a kratší než je zavěšení, tj. snížením proudu stejnosměrné
smyčky min. o 2 mA pod proud uzavřené smyčky na dobu 75–25 ms.
http://info.tuke.sk/telefon/tfzoznam/digus.php?lang=SK
Příklad výměny signálů
46
Převzato z http://www.phonet.cz/sig_u.html
Druhy analogové signalizace
47
Přístupová:
U – smyčková signalizace
Síťová:
E&M – příčková signalizace
P – třídrátová provolba
DC-loop – příčková signalizace
I, T - tónová signalizace
Signalizace U –
klasická telefonní signalizace
48
 Dvoudrátová signalizace mezi analogovým účastníkem a
ústřednou (veřejnou nebo poboční)
- U1 s impulsni nebo frekvenční volbou
- U2 navíc s přijímačem 16 kHz tarifních impulsů
 Pobočkové ústředny mohou U signalizaci používat také ke
svému napojení na veřejné telefonní ústředny, na GSM brány
nebo někdy i k napojení na VoIP brány.
 Tento druh signalizace se používal už v ústřednách 1.
generace (dnes 5. generace) , později byl jen doplněn o dva
způsoby identifikace čísla volajícího (tzv. CLIP) a část signálů
se dnes již nevyužívá (např. tarifikační impulzy).
 Lze předpokládat, že signalizace U+CLIP bude nadále
nejpoužívanějším „protokolem“ mezi analogovými telefony a
telefonními ústřednami.
Průběh signálu
49
 Stavy účastníka jsou vyjádřeny stejnosměrným proudem.
 Vyzvánění probíhá střídavým proudem (1s/4s) (25Hz, 75V)
obsazení volba
I=50–70 mA
U=60/48 V
Signalizace E&M (Ear & Mouth)
50
 Slouží pro komunikaci mezi PBX či jinými telefonními
přepínači (síťová signalizace pro příčky).
 Hlas a signalizace jsou přenášeny různými cestami.
 Konfiguruje se: typ signalizace E&M, operace (2 dráty a, b
pro hlas FDX nebo 4 dráty a, b. a, b pro HDX).
 Je tedy čtyř (E, a, b, M) nebo šestidrátová (E, M, a, b, a, b).
 Je trvalá nebo impulzní a probíhá potvrzování příkazů z
opačné strany.
Blíže Cvičení 4. Analogová signalizace, Katedra telekomunikační techniky, FE, ČVUT Praha
Parametry signalizace E&M
51
 Při uzavření obvodové smyčky (vyvěšení) napětí klesá dle
vnitřního odporu přístroje a uzavírá proud, který musí vyšší
než 4mA.
 Oba a,b dráty musí být elektricky oddělené od zemnících
soustav a jejich odpor proti zemi musí byt větší než 100 kΩ.
 Na rozpojených a,b drátech se může objevit střídavé
vyzváněcí napětí do 75V, ale přístroj by měl vyzvánět i při
25V.
 V rámci JTS se délka vedení může pohybovat až do 7 km,
pro připojení PBX se nepředpokládá delší vedení než 300 m.
6 typů signalizace E&M
52
 Typ 1: nejběžnější v Severní Americe.
 Typ 2: Pro citlivé prostředí, protože generuje
minimální interferenci.
 Typ 5: Mimo Severní Ameriku.
 SSDC5: Velká Británie,
 Zbývající dva typy se používají výjimečně.
Typ 1 a typ 2 jsou si podobné – pro signalizaci vedení E
a M, zbývající dva páry se používají pro zvuk.
Fyzickým rozhraním je konektor RJ-48 (resp. RJ-50)
10P10C positions and contacts.
53
2. Digitalizace hlasu
Vzorkování
54
Shannonův-Nyquistův-Kotělnikovův
teorém
55
„Přesná rekonstrukce spojitého, frekvenčně omezeného, signálu z jeho vzorků
je možná tehdy, pokud byl vzorkován frekvencí alespoň dvakrát vyšší, než je
maximální frekvence rekonstruovaného signálu.“
Vzorkování a logaritmické kvantování
56
Model obsluhového systému
57
Na vstupu systému je homogenní poissonovský tok:
 tj. požadavky přicházejí individuálně, náhodně a vzájemně
nezávisle;
 pravděpodobnost příchodu k požadavků v intervalu délky T je
dána Poissonovým rozložením:
 rozložení intervalů mezi příchody je dáno distribuční funkcí:
je intenzita vstupního toku požadavků
Erlangův model systému se ztrátou
M/M/N/0
58
Stavový diagram modelu
Pravděpodobnost ztráty volání svazku je dána prvním
Erlangovým vztahem B-formule (1917)
kde
Proces dimenzování spočívá
ve stanovení
59
 potřebného počtu okruhů N
 nebo kapacity fronty R, počtu agentů S v případě call centra, tak,
aby byly splněny požadavky na jakost obsluhy, např.
• pravděpodobnost ztráty B příchozího volání
(dimenzování svazků), zpravidla B ≤ 1 %
• pravděpodobnost čekání na operátora P{ W ≤ t }:
např. P{ W ≤ 30 s } = 0,8
• doba zdržení v systému
Výpočet počtu požadovaných linek
60
Jeden Erlang představuje jednu hodinu nepřetržitého používání telefonu.
1.Provozní zatížení se vypočte pro nejvytíženější hodinu dne.
[minuty_volání_v_hodině_nejsilnějšího_provozu] = [minuty_volání_měsíčně/ 22]*0,15
kde
22 – průměrný počet pracovních dnů v měsíci;
0,15 –15 % denního objemu hovorů se uskutečňuje v nevytíženější hodině dne.
Pro výsledný počet Erlangů se vydělí výsledek číslem 60.
2. Stanoví se kvalita obsluhy GoS (Grade of Service). Je to přijatelné procento
zamítnutých hovorů během nejvytíženější hodiny dne. V praxi je většinou
použita 1% pravděpodobnost zamítnutí hovoru GoS P(0,01).
3. Na základě hodnot Erlang a GoS se vypočte počet požadovaných linek.
Tuto hodnotu si lze spočítat pomocí webové kalkulačky Erlang B, jež se
nachází na stránce: http://erlang.com/calculator/erlb.
Blíže : ANALÝZA MOŽNOSTÍ IMPLEMENTACE VOIP V ROZLEHLÉ SÍTI TŘINECKÝCH ŽELEZÁREN A.S., Bc. IRENEUSZ PIENIAŽEK, Diplomní práce VUT, 2010.
Hierarchie plesynchronních
systémů
61
397200 kb/s5.
97728 kb/s4.
32064 kb/s3.
274176 kb/s
44736 kb/s
564992 kb/s
139264 kb/s
34368 kb/s
6312 kb/s
1544 kb/s
8448 kb/s
2048 kb/s
64 kb/s
2. řád.
primární rychlost
Japonský standard Standard USA, Kanada Evropský standard
x 4
x 3
x 5
x 6
x 7
x 3
x 3
x 4
x 4
x 4
x 4x 4
x 24 x 30
Kanál T1
62
• Data jsou zde posílána po rámcích, přičemž každý rámec je
tvořen 24 kanály po 8 bitech (time slots, celkem 192 bitů
v rámci) a přenesen během 125 s.
• Mezi rámci je vysílán synchronizační bit, za sekundu je
posláno 8000 rámců, celkem rychlost 1,544 Mb/s.
• Tento základní kanál dostal název T1 a byl zaveden v roce
1960 v USA, zatímco Evropa dala přednost základnímu
kanálu E1.
Formát rámce T1
63
Způsob signalizace T1
64
DS0 – 64 kb/s, F – Framing bit, 12 rámců – SF, 24 rámců – ESF 8 x 24 + 1 = 193 bitů
64000(b/s)/8b je 8000 rámců/s
1s/8000 rámců/s = 125 microsekund
Rychlost dat = (24 kanálů * 8 b/kanál)/1 rámec * 8000 rámců/s = 1536000 bi/s
Rychlost dat = (24 kanálů * 8 b/kanál + 1 synchrobit)/1 rámec * 8000 rámců/s = 1544000 b/s
Skupina DS0 spojuje zde spojuje
12 rámců z 24 rámců ESF
65
Formát rámce E1
66
slot 1 – rámec (0011011 v 2.-8. bitu
1. bit – CRC)
slot 17
Adresní signalizace Kontrolní signalizace Krátké zprávy ISDN či SS7
(DMTF) (sluchátko zvednuto, včetně identifikace volajícího,
položeno) vyžadovaného typu přenosu, alarmu atd.
Alarmy:
loss of frame alignment (LFA)
loss of multi-frame alignment (LFMA)
loss of signal (LOS)
E1 rámec tvoří 32 x 8 = 256 bitů
67
Jaká je rychlost kanálu E1?
68
 The E1 rámec se skládá z 32 timeslotů zvaných DS0
 Každý timeslot is 8 bitů
 Tudíž E1 tvoří 32 timeslotů * 8 bitů = 256 bitů
 Datová rychlost timeslotu je 64000 b/s
 64000 b/s/8b = 8000 rámců/s
 Rámec E1 je přenášen 1 s/8000 rámců/s = 125 microsekund
 Rychlost na lince pak bude:
(32 kanálů * 8 b/kanál)/ rámec * 8000 rámců/s = 2048000 b/s
69
3. Na cestě k IP telefonii
Vztah mezi IP telefonií a VoIP
70
 IP telefonie je celkový koncept
 VoIP je implementace tohoto konceptu
 V řadě případů lze tyto termíny zaměňovat
Rozdíly mezi tradičním
hlasovým a IP provozem
71
Nespojově orientované přenosy
Přenos paketu trvá několik ms
Není stoprocentní garance
zajištění celého hovoru
Není žádná garance spolehlivého
spojení
IP datový přenos často není na
zpoždění citlivý
Spojově orientované přenosy
Hovory trvají celé minuty
(průměrně 3 minuty)
Po navázání spojení je hovor
garantován
Hovoru je přiděleno pevné pásmo
Přenos v reálném čase je velmi
citlivý
Požadavky QoS z pohledu uživatele
(ITU-T G.1010)
72
Zobecněný Erlangův model pro
Q toků
73
Přidělování přenosové kapacity
74
stav systému – počet požadavků z jednotlivých toků v systému
Zobecněný Erlangův model pro
Q toků
75
Model pro dvě služby VoIP
76
 jedno spojení v1 = 32 kb/s
 videotelefon; jedno spojení v2 = 512 kb/s
Ing. Petr Hampl, Ph.D. Dimenzování moderních telekomunikačních sítí. ČVUT Praha 2014
Příklady dimenzování
(výsledky simulací)
77
Výhody VoIP
78
 účinnější využití pásma a zařízení
 sdílení pásma mezi řadou spojení
 rentabilita zařízení i provozu
 jednotná infrastruktura
 kompletnější manažerské služby
 (na bázi XML)
 mobilita uživatelů
 široká škála nových služeb
Blíže k jednotlivým bodům
79
 účinnější využití pásma a zařízení – tradiční telefonie používá pro každé volání
pásmo 64 kb/s, a to dokonce i když hlas není přenášen. VoIP naopak šetří pásmo,
pokud hlas není přenášen, je na lince klid;
 rentabilita – tradiční telefonie musí použít řadu technických zařízení pro vytváření
spojení na vyšších přenosových rychlostech. VoIP statisticky multiplexuje spojení
na jednotné komunikační infrastruktuře a tím přispívá k rentabilitě zařízení i provozu;
 jednotná infrastruktura – místo dvou infrastruktur zde máme jednotnou
infrastrukturu pro hlasové i datové služby, což opět šetří náklady;
 manažerské služby – IP telefony nejsou jen nástrojem na pouhé volání, nýbrž
poskytují kompletnější manažerské služby na bázi aplikací jazyka
Extensible Markup Language (XML);
 mobilita – softwarové a Wi-Fi telefony přispívají k mobilitě uživatelů;
 široká škála nových služeb – integrací s výpočetní technikou nabízí koncovému
uživateli širokou škálu nových služeb ať již jde o videotelefony, multimediální telefony
atd.
Hlavní komponenty sítí VoIP
80
• koncová zařízení
• analogové a IP telefony
• IP datová síť
• brány k ostatním hlasovým službám
• zařízení pro řízení přenosu
• aplikační servery
• agenti volání
Blíže ke komponentám VoIP
81
 brány k ostatním hlasovým službám, především mezi VoIP sítí a analogovými telefony.
V této roli se obvykle používají směrovače, které jsou schopny telefonní signál digitalizovat,
komprimovat, paketizovat, směrovat a v plném duplexu pakety v opačném směru zase
převádět na analogový signál. Nejjednodušší bránou je zařízení ATA
(Analog Telephone Adapter) sloužící k připojení analogového telefonu či faxu k síti VoIP;
 aplikační servery poskytující služby používající pro přístup do adresářů a databází služeb
jazyka XML;
 agenti volání (call agent) slouží pro řízení volání, řízení přidělování pásma, převody adres
na telefonní čísla a prevenci před zahlcením.
V terminologii protokolu MGCP (Media Gateway Control Protocol), viz RFC3435,
se místo termínu call agent používá termín Media Gateway Controller.
Jako příklad lze uvést Cisco Unified Communications Manager (CallManager),
který plní v IP síti obdobnou roli, jako pobočkové ústředny PBX v klasické telefonní síti.
Digitální telefony
82
 Proprietární – ISDN 2B+D (proprietarita kvůli D kanálu)
 Integrované USB rozhraní (12 Mb/s)
 ISDN BRI (D kanál je standardizovaný)
 IP telefon – s webovým prohlížečem
Příklady IP telefonů
83
barevný displej
dotykové ovládání obrazovky
Cisco 7960 IP telefon
84
VAD (Voice Activity Detection) – potlačuje přenos klidového signálu (až 35% úspora)
Kabeláž Cisco IP telefonu
85
Komponenty IP telefonu
86
MCU – Multipoint Control Unit) – řídí konferenci 3 či více terminálů.
Tvoří ho Multipoint Controller (MC), který určuje, který kodek použít
a více či žádný Multipoint Processors (MPs), který mixuje a přepíná.
Jaké známe architektury
mikropočítačů
87
U IP telefonů se používá
harvardská architektura
88
 Počítačová architektura, která fyzicky odděluje paměť programu a
dat a jejich spojovací obvody. U harvardské architektury není
potřeba mít paměť stejných parametrů a vlastností pro data a pro
program. Paměti můžou být naprosto odlišné, mohou mít různou
délku slova, časování, technologii a způsob adresování.
 V některých systémech se pro paměť programu používá typ
paměti ROM (read only memory), přičemž paměť dat vyžaduje typ
paměti RWM (Read-Write Memory).
 Dvojí paměť umožňuje paralelní přístup k oběma pamětem, což
zvyšuje rychlost zpracování. Umístění programu v paměti ROM
může významně přispět k bezpečnosti systému (program nelze
modifikovat).
 Harvardská architektura se používá mj. ve specializovaných DSP
(digital signal processor) procesorech, obvykle v audio/video
technice.
Stručně řešeno
89
Von Neumannova architektura (sekvenční)
stejná paměť pro data a program
Harvardská architektura (paralelní)
odlišná paměť pro data a program
Modifikovaná Harvardská architektura
Kombinuje funkce Harvardské architektury a von Neumannovy architektury.
Byla sice oddělena paměť dat a paměť programu, využívají však společná
data a adresovou sběrnici. Architektura tak umožňuje snadný přenos dat
mezi rozdělenými paměťmi. Umožňuje zacházet s instrukcemi jako s daty, tj.
přenést část kódu do paměti dat.
Příklad DSP
90
Příklad DSP
91
Digital signal processor (DSP)
92
1. generace: Harvardská místo von Neumannovy architektury
speciální instrukce (load-and-accumulate, multiple-andaccumulate)
1983
2. generace Tři paměti pro práci se dvěma operandy
3. generace Aplikačně specifické obvody nebo koprocesory
4. generace Přidání SIMD (Single instruction, multiple data) pro paralerismus
a instrukční sady MMX (MultiMedia eXtension), VLIW (Very long
instruction word) instrukce se vykonávají i mimo pořadí, paralelní
vykonávání instrukcí je určeno pro kompilaci, superskalární
architektura (více instrukcí během cyklu hodin) používaná např.
pro Cray MAC
Rychlostní filtr
93
zpracovánípozice rychlost
Co je uvnitř rychlostního filtru
94
Zpožďovací členy, násobičky, sčítací obvody
Funkce VoIP
95
Signalizace – výměna informace pro řízení spojení: navázání, monitorování
a uvolnění spojení. Protokoly jsou dvojího typu
- peer-to-peer (H.323, SIP) – koncová zařízení (nebo brány) mají potřebnou
inteligenci k inicializaci a ukončování spojení a interpretaci zpráv řízení
volání.
- klient-server (SCCP, MGCP, H.248). Koncové zařízení či brána neobsahují
inteligenci pro řízení, události oznamují agentovi volání a ten odpoví, co
dělat.
Řízení nosných služeb (bearer) – vyhrazení kanálu, zrušení vyhrazení
kanálu.
Databázové služby – přístup k fakturačním informacím, doručování jména
volajícího CNAM (calling NAMe) – pro zobrazení jména volajícího, bezplatná
čísla, předem nahrané zprávy v určený čas, služba převodu faxu na e-mail.
Kodeky (nejrozšířenější je G.729, který komprimuje na 8 kb/s).
Signalizační protokoly
96
MGCP (Media Gateway Control Protocol). RFC 2705, 3435, 3660, 3661.
Zajišťuje centrální správu bran (např. JTS a VoIP).
Příkazy jsou v podobě prostého textu odesílaného prostřednictvím portu 2427 UDP.
H.323 – norma specifikující komponenty, protokoly, postupy zajišťující multimediální
komunikační služby. Je součást skupiny doporučení ITU-T H.32x (s H.320 pro ISDN,
H.324 pro PSTN/Wireless, H.321 pro ATM atd.).
První verze z r. 1996 byla pro Ethernet. Od v2 rámec pro vývoj aplikačních služeb.
SIP (Session Initiation Protocol) – vyvinutý pracovní skupinou MMUSIC
(Multiparty Multimedia Session Control) v rámci IETF (Internet Engineering Task
Force) 1999 RFC 2543, 2002 RFC 3261, 2003 RFC 3665
Textové zprávy s kódováním znaků ASCII umožňují snadnou implementaci.
SCCP (Skiny Client Control Protocol) – proprietární protokol Cisco.
Jakákoliv událost (např. zvednutí sluchátka) způsobí poslání zprávy do CUCM.
Proprietárnost umožňuje svižné přidávání funkcí.
Opakování
97
1. Co jsou nosné služby klasické telefonie?
2. Co je to DTMF a co je CLIP?
3. Co je to FLASH?
4. K čemu slouží signalizace U?
5. 4. Co je to jeden Erlang?
6. Co je to GoS?
7. Kolikadrátová je signalizace E&M?
8. Jaký je vztah mezi kvantováním a vzorkováním?
9. Jak se dospělo ke klasickému pásmu pro hovor 64 kb/s?
10. V čem spočívá rozdíl mezi tradičním hlasovým a IP provozem?
11. Jaká je rychlost T1 a E1?
12. Jaké jsou hlavní komponenty sítí VoIP?
13. Jaké znáte komponenty IP telefonu?
14. Jaký je rozdíl mezi in-band a out-band kanály?
15. Jaká znáte rozhraní?
16. Pomocí kterého z nich připojujete IP telefon?
Zvednutí a položení sluchátka
Co je to za signalizaci?
98
Popište signalizaci E & M
99
Signalizace E&M (Ear & Mouth)
100
 Síťová signalizace pro příčky
 Čtyř nebo šestidrátová (E, M, a, b, a, b)
 Trvalá nebo impulzní
 Mnoho variant (míra upovídanosti)
 Potvrzování příkazů z opačné strany
Nakreslete formát signalizace E1
101
Formát signalizace E1
102
slot 1 – rámec (0011011 v 2.-8. bitu
1. bit – CRC)
slot 17
Adresní signalizace Kontrolní signalizace Krátké zprávy ISDN či SS7
(DMTF) (sluchátko zvednuto, včetně identifikace volajícího,
položeno) vyžadovaného typu přenosu atd.
Z jakých komponent se skládá
IP telefon?
103
Komponenty IP telefonu
104
MCU – Multipoint Control Unit) – řídí konferenci 3 či více terminálů.
Tvoří ho Multipoint Controller (MC), který určuje, který kodek použít
a více či žádný Multipoint Processors (MPs), který mixuje a přepíná.
Co bylo přidáno do 4. generace DSP
105
Digital signal processor (DSP)
106
 SIMD (Single instruction, multiple data) pro paralerismus,
paralelní vykonávání instrukcí je určeno při kompilaci
 instrukční sada MMX (MultiMedia eXtension) s VLIW
(Very long instruction word) instrukce se vykonávají i
mimo pořadí
K čemu slouží rychlostní filtr?
107
Rychlostní filtr
108
zpracovánípozice rychlost
Co je uvnitř rychlostního filtru?
109
Co je uvnitř rychlostního filtru
110
Zpožďovací členy, násobičky, sčítací obvody
Co je to?
111
Co je to?
112