Διπλωματική Εργασία της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Διπλωματική Εργασία της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Κούκου Κωνσταντίνα του Αθανασίου Αριθμός Μητρώου: 6288 Θέμα Προσομοίωση συνθηκών κίνησης δικτύου και εφαρμογή σε υπηρεσίες VoIP Επιβλέπων Αντωνακόπουλος Θεόδωρος Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Ιούνιος 2011

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «Προσομοίωση συνθηκών κίνησης δικτύου και εφαρμογή σε υπηρεσίες VoIP» Της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Κούκου Κωνσταντίνα του Αθανασίου Αριθμός Μητρώου:6288 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις 29/6/2011 Ο Επιβλέπων Θεόδωρος Αντωνακόπουλος Ο Διευθυντής του Τομέα Νικόλαος Φακωτάκης 2

3 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «Προσομοίωση συνθηκών κίνησης δικτύου και εφαρμογή σε υπηρεσίες VoIP» Φοιτήτρια: Κούκου Κωνσταντίνα Επιβλέπων: Αντωνακόπουλος Θεόδωρος Περίληψη Το VoIP (Voice Over IP) αναφέρεται στη μετάδοση και τη σηματοδοσία επικοινωνιών φωνής π.χ τηλεφωνικές κλήσεις πάνω από IP δίκτυα όπως είναι το διαδίκτυο. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής ήταν η μελέτη της παρεχόμενης ποιότητας ομιλίας VoIP τηλεφωνικών συσκευών (Sitel,Polycom) κάτω από σενάρια διαφορετικών συνθηκών κίνησης στο δίκτυο. Αρχικά παρουσιάζονται οι εφαρμογές του voip και στη συνέχεια αναλύονται η λειτουργία, η αρχιτεκτονική και τα πρωτόκολλα της τεχνολογίας αυτής. Ακολούθως περιγράφεται η πειραματική διάταξη που απαιτήθηκε για να συγκεντρωθούν οι μετρήσεις από τις συσκευές και στη συνέχεια οι γραφικές αναπαραστάσεις των μετρήσεων αυτών που αφορούν της παρεχόμενη ποιότητα ομιλίας. Γίνεται ανάλυση των γραφικών και σύγκριση με ανάλογες της βιβλιογραφίας. 3

4 Ευχαριστίες Ευχαριστώ τον κύριο καθηγητή Θεόδωρο Αντωνακόπουλο για την υποστήριξη και καθοδήγηση που μου προσέφερε καθ όλη τη διάρκεια της διπλωματικής μου εργασίας, καθώς και από το προσωπικό της εταιρίας Sitel Semiconductor Patras τους Ιωάννη Παπανίκο και Μάριο Ηλιόπουλο για τη δυνατότητα να πραγματοποιήσω μέρος της εργασίας μου στην εταιρία στα πλαίσια πρακτικής εργασίας. 4

5 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : Εισαγωγή Τι είναι το VoIP Εφαρμογές του VoIP Κλασσική τηλεφωνία Λειτουργία Δικτύου Μεταγωγής Κυκλώματος Δίκτυα Δεδομένων Λειτουργία Μεταγωγής Πακέτου Μεταγωγή Κυκλώματος έναντι Μεταγωγής Πακέτου Το Voip σήμερα Υπηρεσίες Βάσεων Δεδομένων Υλοποίηση κλήσης VoIP Πλεονεκτήματα του VoIP Μειονεκτήματα της χρήσης του VoIP..13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Στοίβα πρωτοκόλλων VoIP Πρωτοκόλλα της τεχνολογίας VoIP Περιγραφή των επιπέδων του OSI για τη VoIP τεχνολογία Επίπεδο Δικτύου Επίπεδο Μεταφοράς Επίπεδο Συνοδού Επίπεδο Παρουσίασης Το πρωτόκολλο σηματοδοσίας SIP Ορολογία SIP Συστατικά του SIP Λειτουργία του SIP Ιδιότητες SIP Μηνύματα SIP Codecs Επιπλέον Λειτουργίες των codecs

6 2.9 Δημοφιλή πρότυπα κωδικοποίησης φωνής G.711 (Παλμοκωδική Διαμόρφωση) G G ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Ποιότητα Υπηρεσίας VoIP & Πειραματική Διάταξη Ποιότητα υπηρεσίας VoIP (QoS-Quality of Service) Παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα ομιλίας VoIP Delay Jitter Delay Αλγόριθμοι σε Adaptive Jitter Buffer Ηχώ (Echo) Απώλεια πακέτων (Packet Loss) Συνολικός προϋπολογισμός καθυστέρησης Κατηγοριοποίηση μεθόδων αξιολόγησης VoIP QoS Yποκειμενική Μέτρηση Ποιότητας Αντικειμενική μέτρηση ποιότητας Active Monitoring Techniques Passive Monitoring Techniques Ορισμός στόχου πειράματος 61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Πειραματική Διαδικασία & Μετρήσεις Περίληψη Πειράματος ΝΕΤΕΜ Προβλήματα που παρουσιάστηκαν και επιλύθηκαν κατά το χτίσιμο της πειραματικής διάταξης Ο Δρομολογητής NAT Το πρόβλημα VoIP και NAT Hardware που χρησιμοποιήθηκε DSLA Πειραματικά Σενάρια Συμπεράσματα BΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ..93 6

7 7

8 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1.1 Τι είναι το VoIP To VoIP (voice over internet protocol) είναι ένα σύνολο τεχνολογιών τόσο σε υλικό όσο και σε λογισμικό που υλοποιούν υπηρεσίες μεταφοράς δεδομένων στο δίκτυο σε πραγματικό χρόνο. π.χ τηλεφωνική κλήση, βιντεοκλήση, αποστολή fax κ.α Οι υπηρεσίες του VoIP λειτουργούν πάνω στο ΙP πρωτόκολλο και μεταδίδουν συμπιεσμένα δείγματα δεδομένων (στην περίπτωση της τηλεφωνίας, δείγματα φωνής) σε μορφή πακέτων, σαν ένα σύνολο δηλαδή bytes στο δίκτυο δεδομένων. Ένα πρωτόκολλο σηματοδοσίας χρησιμοποιείται για να εγκαθιστά και να τερματίζει κλήσεις, να φέρει τις πληροφορίες για τον εντοπισμό των χρηστών και να διαπραγματεύεται τους πόρους του δικτύου. Το VoIP μπορεί να υλοποιηθεί σε οποιοδήποτε δίκτυο δεδομένων που χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο IP όπως το internet,το intranet και τα LANs. Επειδή η διπλωματική επικεντρώνεται στην εφαρμογή του VoIP στην τηλεφωνία θα γίνεται λόγος για την μετάδοση σημάτων ομιλίας. 1.2 Εφαρμογές του VoIP Το VoIP έχει δύο βασικές εφαρμογές. Πρώτον οι εφαρμογές δικτύων σε ιδιωτικές εταιρίες και δεύτερον η χρήση του VoIP σε δημόσια δίκτυα. Οι επιχειρήσεις με απομακρυσμένα γραφεία που συνδέονται ήδη μεταξύ τους μέσω ενός τοπικού δικτύου (intranet) για τις υπηρεσίες δεδομένων μπορούν να εκμεταλλευθούν το υπάρχον δίκτυο (intranet) με την προσθήκη υπηρεσιών φωνής και fax χρησιμοποιώντας τις τεχνολογίες VoIP. Οι επιχειρήσεις οδηγούν στην εξέλιξη της τεχνολογίας του VoIP λόγω της μεγάλης μείωσης δαπανών που πραγματοποιείται με την χρήση ενός μόνο δικτύου τόσο για τη φωνή όσο και για τα δεδομένα. Μείωση του κόστους πραγματοποιείται και με την αποφυγή των δαπανών πρόσβασης στο τηλεφωνικό δίκτυο που είναι ιδιαίτερα ακριβής για τις πολυεθνικές εταιρίες. Οι εταιρίες που χρησιμοποιούν τα εταιρικά δίκτυα (intranet) δεν έχουν προβλήματα στην ποιότητα εξυπηρέτησης (Quality of Services, QOS) καθώς αυτή έχει προβλεφθεί κατά το σχεδιασμό του δικτύου. Έτσι η ποιότητα φωνής είναι υψηλή. Η εφαρμογή του VoIP σε δημόσια δίκτυα περιλαμβάνει τη χρήση πυλών (gateways) σχεδιασμένες να μεταφέρουν τη φωνή στους παροχείς υπηρεσιών Internet (Internet Service Providers), γνωστοί τώρα ως παροχείς τηλεφωνικών υπηρεσιών μέσω Internet (Internet Telephony Service Providers), ή στους νεοεμφανιζόμενους παροχείς νέας γενιάς (Next Generation Carriers) που αναπτύσσουν IP δίκτυα ειδικά να μεταφέρουν την κίνηση πολυμέσων όπως είναι το VoIP. Οι παροχείς υπηρεσιών Internet ενδιαφέρονται για το VoIP ως ένα νέο τρόπο που προσφέρει νέες προστιθέμενες υπηρεσίες με μεγαλύτερη αξία για να αυξήσουν τα τρέχοντα έσοδα και να αποφύγουν τη χαμηλή 8

9 μηνιαία σταθερή δομή αμοιβής των επικαίρων παροχών από τις υπηρεσίες δεδομένων. Το VoIP επιτρέπει στους παροχείς υπηρεσιών Internet επίσης να βελτιώσουν τη χρήση του δικτύου μακροπρόθεσμα. Τα IP δίκτυα θα είναι αποτελεσματικότερα για μιας ευρείας κλίμακα νέων εφαρμογών, κυρίως στις εφαρμογές πολυμέσων που απαιτούν τη σύγκλιση φωνής, βίντεο, δεδομένων και fax. Επίσης, και οι μεταφορείς (carriers) ενδιαφέρονται για το VoIP ιδιαίτερα για ανταγωνιστικούς λόγους. Το VoIP θα μπορούσε να εκπληρώσει ακόμα όλες σχεδόν τις απαιτήσεις της φωνητικής επικοινωνίας, που εκτείνονται από ένα απλό σύστημα εσωτερικής ενδοεπικοινωνίας μέχρι ένα σύνθετο πολλαπλών σημείων (multi-point) σύστημα τηλεσυνεδριάσεων. Η ποιότητα της αναπαραγόμενης φωνής που παρέχεται θα μπορούσε να προσαρμοστεί σύμφωνα με την εφαρμογή. Για παράδειγμα, οι κλήσεις των χρηστών μπορεί να χρειάζεται να είναι υψηλότερης ποιότητας από τις εσωτερικές εταιρικές κλήσεις. Για αυτό το λόγο, ο VoIP εξοπλισμός πρέπει να έχει την ευελιξία να τροφοδοτεί σε μια μεγάλη κλίμακα διαμορφώσεων και διαφορετικών περιβαλλόντων. Τέλος, πρέπει να μπορεί να συνδυάσει το παραδοσιακό τηλέφωνο με το VoIP. Mερικές μέθοδοι αναφέρονται παρακάτω: Πύλες PSTN: Η αλληλοσύνδεση του Internet με το PSTN μπορεί να ολοκληρωθεί χρησιμοποιώντας μια πύλη που ενσωματώνεται με ένα PBX ή που παρέχεται σα μια χωριστή συσκευή. Ένα PC-based τηλέφωνο, για παράδειγμα, μπορεί να έχει πρόσβαση στο δημόσιο δίκτυο καλώντας μια πύλη σε ένα σημείο κοντά στον προορισμό (ελαχιστοποιώντας τις δαπάνες μεγάλων αποστάσεων). Internet- aware τηλέφωνα: Τα συνηθισμένα τηλέφωνα (ενσύρματα ή ασύρματα) μπορούν να εξοπλιστούν κατάλληλα ώστε να λειτουργούν σαν μια Internet συσκευή πρόσβασης και ταυτόχρονα να παρέχουν τις υπηρεσίες ενός κανονικού τηλεφώνου. Οι υπηρεσίες καταλόγου θα μπορούσαν να προσεγγιστούν μέσω του Internet με την υποβολή του ονόματος και να έχουμε τη λήψη της φωνητικής (ή γραπτής) απάντησης. Εσωτερική ζεύξη πάνω από εταιρικά δίκτυα: Η αντικατάσταση των δεσμών ανάμεσα στην εταιρία και στο κύριο PBX χρησιμοποιώντας μια δικτυακή σύνδεση παρέχει μεγάλη οικονομία και βοηθά να παγιωθούν οι δυνατότητες των δικτύων. Μακρινή πρόσβαση από ένα περιφερειακό γραφείο: Ένα μικρό γραφείο θα μπορούσε να αποκτήσει πρόσβαση σε εταιρική φωνή, δεδομένα και άλλες υπηρεσίες χρησιμοποιώντας το δίκτυο της εταιρίας. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο για τους υπαλλήλους που εργάζονται σε ένα τηλεφωνικό κέντρο. Φωνητικές κλήσεις από ένα φορητό υπολογιστή μέσω του Internet : Οι κλήσεις σε γραφείο μπορούν να πραγματοποιηθούν χρησιμοποιώντας ένα PC που συνδέεται μέσω του internet. 9

10 Κεντρική πρόσβαση στο internet : Η πρόσβαση στις βασικές ευκολίες της κλήσεως μέσω διαδικτύου (internet) είναι πολύτιμη βοήθεια για την εφαρμογή του ηλεκτρονικού εμπορίου. Η κύρια πρόσβαση στο διαδίκτυο (internet) δίνει τη δυνατότητα σε έναν πελάτη να έχει πρόσβαση στις υπηρεσίες πελατών online πέραν από τα ζητήματα που αφορούν το internet. Μια άλλη VoIP εφαρμογή για τα τηλεφωνικά κέντρα είναι η αλληλοσύνδεση πολλαπλών κέντρων κλήσεων. Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια που αντιμετωπίζουν οι εταιρίες στο να μετατραπούν οι επισκέπτες των ιστοσελίδων σε αγοραστές είναι η φτωχή online αλληλεπικοινωνία. Σε ένα κατάστημα οι πελάτες μπορούν να ζητήσουν περισσότερες πληροφορίες από τους υπαλλήλους. Σε μια ιστοσελίδα αυτού του είδους η επικοινωνία είναι προβληματική. Χρησιμοποιώντας όμως το VoIP οι επισκέπτες των ιστοσελίδων θα μπορούν πατώντας ένα κουμπί να ανοίξουν μια φωνητική συνομιλία με ένα κέντρο που μπορεί να απαντηθεί οποιαδήποτε ερώτησή τους ή να εξεταστεί κάποιο πρόβλημα που έχουν. Μια από τις εφαρμογές για την IP τηλεφωνία είναι η πραγματικού χρόνου μετάδοση μηνυμάτων τηλεομοιοτυπίας που ονομάζεται επίσης Fax over IP (FoIP). Υπηρεσίες τηλεομοιοτυπίας χρησιμοποιούν dial up PSTN συνδέσεις, με ταχύτητα 14.4 Kbps, ανάμεσα στις συμβατές μηχανές fax. Η ποιότητα μετάδοσης επηρεάζεται από τις καθυστερήσεις των δικτύων, τη συμβατότητα των μηχανών και την ποιότητα του αναλογικού σήματος. Για να λειτουργήσει σε δίκτυα πακέτων μια διάταξη προσαρμογής με σύστημα τηλεομοιοτυπίας (fax interface) πρέπει να μετατρέψει τα δεδομένα σε μορφή πακέτου, να χειριστεί τη μετατροπή από αναλογικό σε ψηφιακό, να ελέγξει πρωτόκολλα, να επιβεβαιώνει την ολοκληρωμένη διανομή των ανιχνευτών δεδομένων με τη σωστή σειρά. Πολλές VoIP εφαρμογές που έχουν οριστεί θεωρούνται πραγματικού χρόνου δραστηριότητες. Υπηρεσίες αποθήκευσης και μεταβίβασης φωνής θα εφαρμοστούν χρησιμοποιώντας VoIP. Για παράδειγμα, φωνητικά μηνύματα μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας τοπικά τηλέφωνα, και να διανεμηθούν σε ταχυδρομικό κιβώτιο φωνής/ δεδομένων χρησιμοποιώντας υπηρεσίες του διαδικτύου ή του τοπικού δικτύου (internet ή intranet services). Στο άμεσο μέλλον οι πραγματικού χρόνου τρόποι και οι τρόποι αποθήκευσης και μεταβίβασης των λειτουργιών θα χρειαστεί να είναι συμβατοί και διαλειτουργικοί. Εκτός από τις εταιρίες που σχετίζονται με το Internet και χρησιμοποιούν τις εφαρμογές και την τεχνολογία της IP τηλεφωνίας και οι εταιρίες με τα ιδιωτικά δίκτυα ή με τα τοπικά δίκτυα ενός μεγάλου οργανισμού, τα ευρείας περιοχής δίκτυα, τα εκτεταμένα δίκτυα (extranets), και τέλος οι επιχειρήσεις δικτύων χρησιμοποιούν την IP τηλεφωνία. Χαρακτηριστικά αναφέρουμε : μεταφορείς συναλλαγών ( InterExchange Carriers, IXCs), μεγάλης αποστάσεως μεταφορείς, υπηρεσίες παροχής Internet (Internet Service Providers, ISPs), εταιρίες παροχής τηλεφωνίας μέσω Internet (Internet Telephony Service Providers, ITSPs), τηλεφωνικά κέντρα και ευρύτερες υπηρεσίες γραφείων. 10

11 1.3 Κλασσική Tηλεφωνία Το Δημόσιο Τηλεφωνικό Δίκτυο Μεταγωγής (Public Switched Telephone Network - PSTN), με το οποίο όλοι είμαστε εξοικειωμένοι, προσφέρει τη δυνατότητα αμφίδρομης μετάδοσης φωνής, με μικρές καθυστερήσεις, αλλά και την εγγύηση της ολοκλήρωσης μιας κλήσης όταν αυτή εγκατασταθεί. Η επίτευξη αυτής της ποιότητας υπηρεσιών επιτυγχάνεται με τη δέσμευση ενός απ άκρου σ άκρο φυσικού κυκλώματος (αφιερωμένο κανάλι) ανάμεσα στην πηγή και τον προορισμό της τηλεφωνικής κλήσης, για όσο χρόνο αυτή διαρκεί. Η παραπάνω τεχνική καλείται μεταγωγή κυκλώματός. Ο καλών (caller) χρησιμοποιεί το τηλέφωνό του για να συνδεθεί με την τηλεφωνική συσκευή του ατόμου με το οποίο θέλει να συνομιλήσει (callee), μέσω ενός αριθμού ιδιωτικών και δημοσίων μεταγωγέων (switches). Οι χρήστες έχουν τον πλήρη έλεγχο του κυκλώματος μέχρι να τερματιστεί η κλήση τους. Η φωνή μεταδίδεται σε μία κατεύθυνση με συνολικό ρυθμό μετάδοσης 64 kbps.τα σήματα φωνής μεταφέρονται με την ίδια σειρά με την οποία δημιουργούνται, έτσι ώστε να μην αλλοιώνεται η συνομιλία. Με την ολοκλήρωση της κλήσης, το φυσικό μονοπάτι που είχε προηγουμένως δημιουργηθεί, αποδεσμεύει όσους πόρους χρησιμοποίησε. Το PSTN θεωρείται «έξυπνο» δίκτυο υπό την έννοια ότι έχει τη δυνατότητα πρόσβασης σε πραγματικό χρόνο, σε βάσεις δεδομένων προκειμένου να ελέγξει τη δρομολόγηση των τηλεφωνικών κλήσεων. Το PSTN όμως σχεδιάστηκε για τη μεταγωγή κυκλωμάτων των φωνητικών κλήσεων. Γι αυτό το λόγο είναι δύσκολο να προστεθούν νέες υπηρεσίες στο δίκτυο ή να βελτιωθούν οι μέθοδοι επίβλεψης της κίνησης. Ένα ακόμα μειονέκτημα είναι ότι από τη στιγμή που θα εγκατασταθεί η σύνδεση καταναλώνεται το πλήρες προκαθορισμένο εύρος ζώνης ακόμα και αν η κλήση περιέχει περιόδους σιωπής Λειτουργία Δικτύου Μεταγωγής Κυκλώματος Αναλυτικότερα, η επικοινωνία μέσω της μεταγωγής κυκλώματος υπονοεί ότι υπάρχει ένα κανάλι επικοινωνίας μεταξύ των σταθμών. Αυτό το κανάλι είναι μια ακολουθία συνδέσεων μεταξύ δικτύων και κόμβων. Σε κάθε φυσική σύνδεση ένα λογικό κανάλι είναι αφιερωμένο στη σύνδεση. Η επικοινωνία μέσω της μεταγωγής κυκλώματος περιλαμβάνει τρεις φάσεις : 1. Εγκατάσταση κυκλώματος (circuit establishment): Πριν κάθε σήμα μπορέσει να διαβιβαστεί στον προορισμό του ένα κύκλωμα από άκρη σε άκρη του δικτύου (end-to-end, station-tostation) πρέπει να εγκατασταθεί. Πριν ολοκληρωθεί η σύνδεση, μια δοκιμή γίνεται για να καθορίσει εάν ο δέκτης είναι απασχολημένος ή προετοιμάζεται να δεχτεί τη σύνδεση. 2. Μεταφορά δεδομένων (data transfer): Οι πληροφορίες μπορούν τώρα να διαβιβαστούν από τον πομπό μέσω του δικτύου στον δέκτη. Τα δεδομένα μπορεί να είναι αναλογικά ή ψηφιακά, εξαρτάται από τη φύση του δικτύου. Καθώς οι μεταφορείς εξελίσσονται σε πλήρως ενσωματωμένα ψηφιακά δίκτυα, η χρήση ψηφιακής (δυαδικής) μετάδοσης για τη φωνή και για τα στοιχεία γίνεται η κυρίαρχη μέθοδος. Γενικά, η σύνδεση γίνεται σε αμφίδρομο κανάλι επικοινωνίας (full-duplex). 11

12 3. Αποσύνδεση κυκλώματος (circuit disconnect): Μετά από μια περίοδο μεταφοράς δεδομένων, η σύνδεση ολοκληρώνεται, συνήθως από έναν από τους δύο σταθμούς. Τα σήματα πρέπει να διαδίδονται στον αντίστοιχο κόμβο για να απελευθερώσουν τις διεξόδους που τους ανήκουν. Το κανάλι σύνδεσης εγκαθίσταται πριν αρχίσει η μεταφορά δεδομένων. Η απαιτούμενη χωρητικότητα καναλιού πρέπει να είναι διαθέσιμη ανάμεσα σε κάθε ζευγάρι κόμβων, και κάθε κόμβος πρέπει να έχει διαθέσιμη εσωτερική ικανότητα μεταγωγής για να διατηρεί την απαιτούμενη σύνδεση. Οι μεταγωγείς πρέπει να έχουν την ικανότητα να κάνουν αυτές τις κατανομές και να βρίσκουν μια διαδρομή μέσω του δικτύου. Η μεταγωγή κυκλώματος μπορεί να είναι ανεπαρκής. Η σύνδεση διατηρείται ακόμα και αν δεδομένα δεν μεταφέρονται. Για μια φωνητική σύνδεση, η εκμετάλλευση της χωρητικότητας μπορεί να είναι μεγάλη αλλά ακόμα δεν πλησιάζει το 100%. Για μια σύνδεση τερματικού-υπολογιστή, η χωρητικότητα μπορεί να είναι ανενεργή (idle) κατά το μεγαλύτερο τμήμα της διάρκειας της σύνδεσης. Όσον αφορά την απόδοση, υπάρχει μια εκ των προτέρων καθυστέρηση στο σήμα προς μετάδοση πριν την εγκατάσταση της κλήσης. Ωστόσο, όταν το κύκλωμα εγκατασταθεί, το δίκτυο είναι εντελώς «διαφανές» στο χρήστη. Οι πληροφορίες μεταδίδονται με σταθερό ρυθμό χωρίς επιπλέον καθυστέρηση, εκτός από αυτή που απαιτείται για τη διάδοση μέσω των συνδέσεων. Η καθυστέρηση σε κάθε κόμβο είναι αμελητέα. Η μεταγωγή κυκλώματος αναπτύχθηκε για να χειριστεί την κίνηση φωνής αλλά τώρα χρησιμοποιείται και για την κίνηση δεδομένων. Το πιο γνωστό δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος είναι το τηλεφωνικό δίκτυο. Μια από τις βασικότερες απαιτήσεις για την κίνηση φωνής είναι ότι δεν πρέπει να υπάρχει καθυστέρηση μετάδοσης. Ένας σταθερός ρυθμός μετάδοσης σήματος πρέπει να διατηρείται καθώς η μεταφορά και η λήψη του σήματος πραγματοποιούνται με τον ίδιο ρυθμό. Οι απαιτήσεις πρέπει να εκπληρώνονται για να επιτρέψουν κανονική συνομιλία μεταξύ των χρηστών χωρίς να εμφανίζονται προβλήματα επικοινωνίας. Επιπλέον, η ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος πρέπει να είναι αρκετά καλή για να παρέχει, τουλάχιστον, καταληπτή φωνή. Η μεταγωγή κυκλώματος είναι ευρέως διαδεδομένη επειδή προσαρμόζεται πολύ καλά στην αναλογική μετάδοση των σημάτων φωνής. Παρά την ανεπάρκεία της στο σημερινό ψηφιακό κόσμο η μεταγωγή κυκλώματος εξακολουθεί να είναι μια καλή επιλογή για τα τοπικά δίκτυα περιοχής και τα δίκτυα ευρείας περιοχής. Ένα από τα βασικότερα πλεονεκτήματά της είναι πως είναι διαφανής. Εφόσον το δίκτυο εγκατασταθεί φαίνεται σαν μια απευθείας σύνδεση ανάμεσα στους δύο συνδεδεμένους σταθμούς. Κανένα ειδικό δίκτυο δεν απαιτείται. 1.4 Δίκτυα Δεδομένων Η φιλοσοφία που διέπει τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ συνδεδεμένων - σ ένα ή περισσότερα δίκτυα - υπολογιστών, ονομάζεται μεταγωγή πακέτου (packet switching) και είναι διαφορετική από τη μεταγωγή κυκλώματος που ισχύει για το δημόσιο τηλεφωνικό δίκτυο. Η διαφορά συνίσταται στο ότι δε δεσμεύεται ένα φυσικό μονοπάτι ανάμεσα στα επικοινωνούντα σημεία, αλλά η πληροφορία 12

13 που μεταφέρεται, διαιρείται πρώτα σε πολλά μικρά πακέτα. Κάθε ένα απ αυτά τα πακέτα μεταδίδεται μέσα από τη δικτυακή υποδομή στη συσκευή προορισμού, όπου και γίνεται η αναδημιουργία της αρχικής πληροφορίας, με βάση τα στοιχεία που υπάρχουν στην επικεφαλίδα κάθε πακέτου. Η πορεία των πακέτων από την πηγή στον προορισμό μπορεί να είναι διαφορετική για κάθε πακέτο, με αποτέλεσμα να είναι πιθανό τα πακέτα δεδομένων να μην φτάσουν στην άλλη άκρη με τη σειρά με την οποία στάλθηκαν. Με τη χρήση όμως, της πληροφορίας που περιέχεται στην επικεφαλίδα, τα πακέτα συναρμολογούνται με τη σωστή σειρά. Επιπλέον, μπορούν να μεταδοθούν συγχρόνως περισσότερα από ένα πακέτα μέσω της ίδιας φυσικής γραμμής, λόγω ειδικών χαρακτηριστικών που είναι ενσωματωμένα στην τεχνική της μεταγωγής πακέτου Λειτουργία Μεταγωγής Πακέτου Τα δεδομένα μεταφέρονται με τη μορφή μικρών πακέτων. Ένα ανώτατο όριο για το μέγεθος του πακέτου είναι 1000 bytes. Εάν η πηγή έχει μεγαλύτερο μήνυμα να στείλει, το μήνυμα χωρίζεται σε μια σειρά από μικρά πακέτα. Κάθε πακέτο περιέχει ένα τμήμα με τα στοιχεία του χρήστη και μερικές πληροφορίες ελέγχου. Οι πληροφορίες ελέγχου περιέχουν τις πληροφορίες που απαιτούνται από το δίκτυο έτσι ώστε να μπορεί να δρομολογήσει το πακέτο μέσω του δικτύου και να το παραδώσει στον προορισμό του. Σε κάθε κόμβο κατά τη δρομολόγηση, το πακέτο παραλαμβάνεται, αποθηκεύεται για λίγο, και περνά στον επόμενο κόμβο. Το ερώτημα που προκύπτει είναι πώς το δίκτυο θα χειριστεί τη ροή των πακέτων καθώς προσπαθεί να τα δρομολογήσει μέσω του δικτύου και να τα διανείμει στον προορισμό τους. Υπάρχουν δύο τεχνικές μεταγωγής πακέτου που χρησιμοποιούνται εξίσου στα σύγχρονα δίκτυα: τεχνική αυτοτελών πακέτων (datagram) και τεχνική εικονικού κυκλώματος (virtual-circuit). 1.Τεχνική αυτοτελών πακέτων : Σε αυτή την τεχνική κάθε πακέτο χρησιμοποιείται ανεξάρτητα, χωρίς αναφορά στα πακέτα που έχουν ήδη περάσει. Έτσι τα πακέτα, που έχουν την ίδια διεύθυνση προορισμού, μπορεί να μην ακολουθούν τον ίδιο δρόμο. Είναι δυνατόν το πακέτο 2 να φτάσει πριν από το πακέτο 1. Είναι ακόμα πιθανό τα πακέτα να διανέμονται στον προορισμό με διαφορετική σειρά αλληλουχίας από αυτή που στάλθηκαν. Για αυτό πρέπει να υπάρχει η κατάλληλη διάταξη που να τα τοποθετεί στην αρχική τους σειρά. Ένα πακέτο μπορεί να καταστραφεί στο δίκτυο. Για παράδειγμα, εάν ένας κόμβος μεταγωγής πακέτου πάψει να είναι διαθέσιμος όλα τα πακέτα στην ουρά αναμονής του θα καταστραφούν. Σε αυτή την τεχνική κάθε πακέτο αντιμετωπίζεται από τους κόμβους του δικτύου σαν ένα ολοκληρωμένο μήνυμα. Σε αυτή τη τεχνική έχουμε την ανεξάρτητη διακίνηση κάθε πακέτου χωρίς να λαμβάνεται υπόψη σε ποίο μήνυμα ανήκει. 2.Τεχνική εικονικού κυκλώματος : Σε αυτή την τεχνική μια προσχεδιασμένη διαδρομή καθιερώνεται πριν σταλούν τα πακέτα. Ο κόμβος πομπών (S) αρχικά στέλνει ένα ειδικό πακέτο ελέγχου, που ονομάζεται πακέτο αίτησης κλήσης (Call-Request packet), ζητώντας μια λογική σύνδεση στον κόμβο προορισμού (D). Εάν ο κόμβος προορισμού είναι προετοιμασμένος να δεχτεί τη σύνδεση στέλνει πίσω ένα πακέτο αποδοχής κλήσης (Call-Accept packet). Οι δυο σταθμοί 13

14 μπορούν τώρα να ανταλλάξουν δεδομένα μέσω της διαδρομής που έχει δημιουργηθεί. Επειδή η διαδρομή είναι σταθερή κατά τη διάρκεια της λογικής σύνδεσης το κύκλωμα είναι όμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται στο δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος και ονομάζεται εικονικό κύκλωμα (virtual circuit). Κάθε κόμβος στην προκαθορισμένη διαδρομή γνωρίζει πού θα στείλει τα πακέτα, έτσι καμία απόφαση δρομολόγησης δεν απαιτείται. Τελικά ένας σταθμός ολοκληρώνει τη σύνδεση με ένα πακέτο αίτησης διαγραφής (Clear-Request packet). Κάθε στιγμή, κάθε σταθμός μπορεί να έχει περισσότερα από ένα εικονικά κυκλώματα όπως και μπορεί να έχει εικονικά κυκλώματα σε περισσότερους από έναν σταθμούς. Το κύριο χαρακτηριστικό της τεχνικής εικονικού κυκλώματος είναι ότι η διαδρομή μεταξύ των σταθμών δημιουργείται πριν από τη μεταφορά των στοιχείων. Κάτι τέτοιο δε σημαίνει ότι τμήμα του εικονικού δικτύου χρησιμοποιείται αποκλειστικά όπως στη μεταγωγή κυκλώματος. Ένα πακέτο αποθηκεύεται σε κάθε κόμβο. Εκεί περιμένει στην ουρά για την έξοδο μέσω μιας γραμμής. Η διαφορά από την datagram τεχνική είναι ότι με τα εικονικά κυκλώματα ο κόμβος δεν χρειάζεται να πάρει κάποια απόφαση για τη δρομολόγηση κάθε πακέτου, απλά τα διακινεί στον προκαθορισμένο κόμβο. Εάν δύο σταθμοί επιθυμούν να ανταλλάξουν στοιχεία σε μια παρατεταμένη χρονική περίοδο τα εικονικά κυκλώματα παρέχουν ορισμένα πλεονεκτήματα. Το δίκτυο μπορεί να παρέχει υπηρεσίες συνδεδεμένες με το εικονικό κύκλωμα συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου σφάλματος. Τα πακέτα μπορούν να διέλθουν από το δίκτυο γρηγορότερα με ένα εικονικό κύκλωμα επειδή δεν είναι απαραίτητο να παρθεί απόφαση δρομολόγησης για κάθε πακέτο σε κάθε κόμβο. Αντίθετα εάν ο σταθμός επιθυμεί να στείλει μόνο ένα ή ορισμένα μόνο πακέτα η μετάδοση αυτοτελών πακέτων (datagram) είναι γρηγορότερη επειδή αποφεύγεται η δημιουργία εικονικού κυκλώματος. Επιπλέον, καθώς είναι πιο παλιά τεχνική είναι πιο αποτελεσματική στην αντιμετώπιση των προβλημάτων. Παραδείγματος χάριν, εάν αναπτύσσεται συμφόρηση σε ένα τμήμα του δικτύου η datagram μπορεί να την αποφύγει. Με τη χρήση εικονικού κυκλώματος τα πακέτα ακολουθούν μια προκαθορισμένη διαδρομή και είναι δυσκολότερο να αποφύγουν τη συμφόρηση. Τέλος, η τεχνική αυτή είναι πιο αξιόπιστη. Εάν ένας κόμβος αποτύχει, τα επόμενα πακέτα μπορεί να βρουν μια εναλλακτική διαδρομή για να παρακάμψουν αυτόν τον κόμβο Με τη χρήση των εικονικών κυκλωμάτων,αντίθετα, εάν ένας κόμβος αποτύχει όλα τα εικονικά κυκλώματα που διέρχονται από αυτόν τον κόμβο θα χαθούν. Τα πακέτα φωνής γενικά μεταδίδονται με τεχνικές αυτοτελών πακέτων. 1.5 Μεταγωγή Κυκλώματος έναντι Μεταγωγής Πακέτου Τα πλεονεκτήματα των δικτύων μεταγωγής κυκλώματος είναι ότι παρέχουν συγκεκριμένο εύρος ζώνης ανάμεσα στα επικοινωνούντα σημεία και επομένως, μπορούν να εγγυηθούν μία σταθερή ποιότητα υπηρεσιών, όπως είναι η ποιότητα των δεδομένων, η μέγιστη καθυστέρηση κ.ά. Στα μειονεκτήματα συγκαταλέγεται η κακή χρησιμοποίηση των δικτυακών πόρων. Από την άλλη μεριά, τα δίκτυα μεταγωγής πακέτου έχουν το πλεονέκτημα της ασυγκρίτως οικονομικότερης χρήσης των 14

15 πόρων. Τα μειονεκτήματα τους σχετίζονται με τις επικοινωνίες σε πραγματικό χρόνο, μιας και παρέχουν μεταβλητή κι όχι εγγυημένη ποιότητα υπηρεσιών εξαιτίας της συμφόρησης που είναι δυνατόν να προκύψει σε δρομολογητές και διαμοιραζόμενα κυκλώματα. Επίσης, μειονέκτημα αποτελεί και η καθυστέρηση που δημιουργείται από τη συμπίεση, την αποσυμπίεση και την επεξεργασία των πληροφοριών που περιέχονται στην επικεφαλίδα των πακέτων.στον παρακάτω πίνακα παραθέτονται οι διαφορές των δύο τεχνικών: Μεταγωγή κυκλώματος Datagram μεταγωγή Virtual-circuit μεταγωγή πακέτου πακέτου Προκαθορισμένη διαδρομή Μη προκαθορισμένη Μη προκαθορισμένη διαδρομή μετάδοσης διαδρομή μετάδοσης μετάδοσης Συνεχής μετάδοση δεδομένων Μετάδοση πακέτων Μετάδοση πακέτων Γρήγορη απόκριση Γρήγορη απόκριση Γρήγορη απόκριση Πακέτα δεν αποθηκεύονται Πακέτα μπορεί να Πακέτα αποθηκεύονται μέχρι να αποθηκεύονται μέχρι να διανεμηθούν διανεμηθούν Ίδια διαδρομή για όλη τη σύνδεση Η διαδρομή ορίζεται για Η διαδρομή ορίζεται για όλη τη κάθε πακέτο Καθυστέρηση δημιουργίας Καθυστέρηση μετάδοσης κλήσης, αμελητέα καθυστέρηση πακέτων μετάδοσης Σήμα απασχόλησης εάν το Ο πομπός μπορεί να καλούμενο τμήμα είναι ειδοποιηθεί εάν το πακέτο απασχολημένο δεν διανεμηθεί Υπερφόρτωση μπορεί να Υπερφόρτωση αυξάνει μπλοκάρει τη δημιουργία κλίσης, την καθυστέρηση δεν έχει καθυστέρηση για πακέτων καθιέρωση κλήσης Ηλεκτρομηχανικοί ή ηλεκτρονικοί Μικροί επιλογείς κόμβων επιλογείς κόμβων Χρήστης υπεύθυνος για την Δίκτυο μπορεί να είναι προστασία των μηνυμάτων που υπεύθυνο για τα χάνονται ανεξάρτητα πακέτα Συνήθως όχι αλλαγή ταχύτητας Αλλαγή ταχύτητας και και κωδικών κωδικών Σταθερό εύρος ζώνης μετάδοσης Δυναμική χρήση του εύρους ζώνης Όχι επιπλέον bits μετά τη Επιπλέον bits σε κάθε δημιουργία κλήσης μήνυμα Πίνακας 1.5 Σύγκριση τεχνικών μεταγωγής σύνδεση Καθυστέρηση δημιουργίας κλήσης, καθυστέρηση μετάδοσης πακέτων Ο πομπός ειδοποιείται εάν η σύνδεση δε πραγματοποιηθεί Υπερφόρτωση μπορεί να μπλοκάρει τη δημιουργία κλίσης, αυξάνει την καθυστέρηση πακέτων Μικροί επιλογείς κόμβων Δίκτυο μπορεί να είναι υπεύθυνο για την ακολουθία πακέτων Αλλαγή ταχύτητας και κωδικών Δυναμική χρήση του εύρους ζώνης Επιπλέον bits σε κάθε μήνυμα 1.6 Το Voip σήμερα Η ανάπτυξη του VoIP επέφερε αλλαγές στις τηλεπικοινωνίες. Προήλθε από την ανάγκη για μια τεχνολογία με ταχεία ανάπτυξη και την απαίτηση για καλύτερη χρησιμοποίηση του εύρους ζώνης που θα επιτρέψει περισσότερες ταυτόχρονες συνδέσεις με μεγαλύτερο όγκο δεδομένων στο ίδιο εύρος ζώνης. H εμπορική διάδοση του Διαδικτύου στις αρχές της δεκαετίας του 90 ήταν η αρχή για την ικανοποίηση των παραπάνω αναγκών. Το ΙΡ λειτουργεί με τη μέθοδο μεταγωγής πακέτου. Η πληροφορία διαιρείται σε πακέτα και μεταδίδεται μέσω των δρομολογητών μέχρι τον παραλήπτη. 15

16 Δηλαδή οι κλασσικές τηλεφωνικές κλήσεις πάνω σε καλώδιο σπάνε σε ψηφιακά πακέτα που μεταδίδονται στο δίκτυο και επανασυναρμολογούνται στον δέκτη. Το ΙΡ ως ασυνδεσιστρεφές πρωτόκολλο είναι πολύ αποδοτικό αφού δεν ξοδεύεται εύρος ζώνης όταν δεν υπάρχουν δεδομένα για μετάδοση και επιτρέπει τη χρησιμοποίηση όλων των πόρων του σε αυτή την περίπτωση. Η μεγάλη αποδοτικότητα στη χρήση του εύρους ζώνης μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στη μετάδοση φωνής λόγω της απαίτησης των εφαρμογών πραγματικού χρόνου για μικρές καθυστερήσεις. Άλλα προβλήματα που μπορούν να εμφανιστούν στο δίκτυο ΙΡ είναι η απώλεια πακέτων λόγω υπερχείλισης των δρομολογητών, οι απαγορευτικά μεγάλες και μεταβαλλόμενες καθυστερήσεις κατά τη δρομολόγηση. Αυτά τα προβλήματα δεν εμφανίζονται στο PSTN επειδή η μετάδοση σε πραγματικό χρόνο είναι ενυπάρχουσα στα δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος. Η πρόκληση για το VoIP λοιπόν είναι να μπορεί να μεταφέρει φωνητικές κλήσεις οι οποίες είναι πολύ ευαίσθητες σε καθυστερήσεις και προβλήματα δικτύου τόσο αξιόπιστα όσο και τα δεδομένα. Επίσης η καλή ποιότητα συνδιάλεξης για μικρό διαθέσιμο εύρος ζώνης μετάδοσης και για υψηλούς ρυθμούς απόρριψης πακέτων, η μείωση της συνολικής καθυστέρησης ανάμεσα στους συνομιλητές, η αντιμετώπιση ενδεχόμενης συμφόρησης του δικτύου, η εκμετάλλευση μιας σύνδεσης για τη διενέργεια όσο το δυνατόν περισσότερων ταυτόχρονων VoIP συνδιαλέξεων και η φιλικότητα προς άλλου τύπου ροές είναι ορισμένες ακόμα από τις προκλήσεις στην VoIP τηλεφωνία. Tέλος εξίσου σημαντικό είναι ο στόχος της ενοποίησης των δύο δικτύων ip και pstn-based: οι υπεύθυνοι ανάπτυξης πρέπει να προσθέσουν τις δυνατότητες της τηλεφωνικής κλήσεως σε IPbased δίκτυα, να τα αλληλοσυνδέσουν στο δημόσιο τηλεφωνικό δίκτυο και στα ιδιωτικά δίκτυα φωνής. Η αλληλοσύνδεση χρειάζεται να γίνει με τέτοιον τρόπο ώστε να διατηρηθούν τα πρότυπα της ποιότητας φωνής και τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα που ο καθένας προσδοκεί από το τηλέφωνο. Τα βασικά ζητήματα μελετώνται παρακάτω : Η ποιότητα φωνής πρέπει να είναι συγκρίσιμη με αυτή που είναι διαθέσιμη από τη χρήση του PSTN, ακόμα και όταν τα δίκτυα έχουν μεταβλητά επίπεδα ποιότητας υπηρεσιών. Το IP δίκτυο πρέπει να ικανοποιεί αυστηρά κριτήρια απόδοσης συμπεριλαμβάνοντας την ελαχιστοποίηση των απορριφθέντων κλήσεων, τη λανθάνουσα κατάσταση δικτύων, τα πακέτα που χάνονται, και τις αποσυνδέσεις. Αυτό απαιτείται τόσο κατά τη διάρκεια της συμφόρησης όσο και όταν πολλοί χρήστες πρέπει να μοιραστούν το ίδιο δίκτυο. Ο έλεγχος κλήσεως πρέπει να κάνει τη διαδικασία κλήσεως διάφανη έτσι ώστε οι καλούντες να μην χρειάζεται να γνωρίζουν ποια τεχνολογία εφαρμόζεται. Η αλληλοεπίδραση PSTN/VoIP περιλαμβάνει πύλες ανάμεσα στα περιβάλλοντα δίκτυα φωνής και δεδομένων. 16

17 Συστήματα διαχείρισης, ασφάλειας, διευθύνσεως και λογιστικά πρέπει να παραχθούν κατά προτίμηση, ενοποιημένα με την PSTN λειτουργία υποστήριξης συστήματος Υπηρεσίες Βάσεων Δεδομένων Τα δίκτυα PSTN και VoIP χρησιμοποιούν υπηρεσίες βάσεων δεδομένων για τον εντοπισμό των τελικών χρηστών, καθώς και για την μετάφραση διαφορετικών τρόπων διευθυνσιοδότησης μεταξύ χρηστών που ανήκουν σε ετερογενή δίκτυα. Αυτές οι βάσεις δεδομένων περιλαμβάνουν: Μια βάση δεδομένων ελέγχου κλήσης (Call Control Data Base), που περιέχει την αντιστοίχηση των λογικών διευθύνσεων των endpoints (οι VoIP συσκευές των τελικών χρηστών) σε φυσικές διευθύνσεις. Επιπλέον, η παραπάνω βάση δεδομένων περιλαμβάνει και την κατάλληλη μετάφραση λογικών διευθύνσεων ετερογενών δικτύων. Μια λειτουργία υποστήριξης και καταγραφής τιμολόγησης για τους τελικούς χρήστες. Λειτουργίες ασφάλειας δικτύων παραδείγματος χάριν, η δυνατότητα να αποτραπεί ένα συγκεκριμένο endpoint από την πραγματοποίηση διεθνών κλήσεων. Αντίθετα από το PSTN, που προσδιορίζει τα endpoints από τους τηλεφωνικούς αριθμός τους,τα VoIP δίκτυα προσδιορίζουν τα endpoints από τη IP διεύθυνση τους και το port number. Η αντιστοίχηση της λογικής διεύθυνσης ενός endpoint σε IP διεύθυνση και port number (φυσική διεύθυνση) μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας το σύστημα DNS (Domain Name Service) Υλοποίηση κλήσης VoIP Η βασική διαδικασία για να υλοποιηθεί μία κλήση VoIP είναι: Μετατροπή της φωνής του πομπού από αναλογικό σε ψηφιακό σήμα. Συμπίεση και μετάφραση του ψηφιακού σήματος σε διακριτά ΙΡ πακέτα. Μετάδοση των πακέτων στο δίκτυο. Αντίστροφη μετάφραση των πακέτων σε αναλογικό σήμα στον δέκτη. Για να συνδεθούν οι συνομιλητές προκειμένου να πραγματοποιήσουν την κλήση χρησιμοποιούνται πρωτόκολλα σηματοδοσίας για να εγκατασταθεί και να διαλυθεί η σύνδεση. Τα πρωτόκολλα αυτά στέλνουν πακέτα τα οποία περιέχουν πληροφορίες απαραίτητες για να εντοπισθούν οι χρήστες, να διαπραγματευθούν οι προδιαγραφές της σύνδεσης, να εγκατασταθεί ή να διακοπεί η κλήση. Ευρέως σήμερα χρησιμοποιείται το SIP(session initiation protocol) πρωτόκολλο ανάμεσα σε άλλα όπως το MGCP,ITU H.323 κ.α. Τη διαδικασία της συμπίεσης του ψηφιακού σήματος την αναλαμβάνουν κώδικες(codecs) οι οποίοι είναι αλγόριθμοι που επιτρέπουν στην κλήση να μεταδοθεί στο ΙΡ δίκτυο μέσα στα πλαίσια του διαθέσιμου εύρους ζώνης του δικτύου. 17

18 Για να πραγματοποιηθεί μια VoIP κλήση χρειάζεται μόνο ένα VoIP λογισμικό και μια σύνδεση (broadband) υψηλών ταχυτήτων. Το λογισμικό πραγματοποιεί τη δρομολόγηση για να γίνει η σύνδεση και την συμπίεση (compression). Εγκαθίσταται σε συσκευές τηλεφώνου (voip phones) ή ακόμα και στον υπολογιστή προσομοιώνοντας μια τηλεφωνική συσκευή (softphones). Η voip τηλεφωνία από τότε που έκανε την εμφάνιση της στα μέσα του 1990 έπρεπε να μπορεί να λειτουργεί σε ετερογενή περιβάλλοντα. Οι κλήσεις πρέπει να μπορούν να πραγματοποιηθούν σε διαφορετικά δίκτυα όπως Lans,PBXs,PSTN και internet. Στο δίκτυο (gateway servers) υπάρχουν κάρτες επεξεργασίας φωνής που λειτουργούν σαν διεπαφές μεταξύ pstn και internet. Έτσι οι χρήστες μπορούν να πραγματοποιούν κλήσεις είτε από τον υπολογιστή τους ή από ένα ip τηλέφωνο μέσα στο δίκτυο παραδοσιακής τηλεφωνίας. Όμως κλήσεις μπορούν να γίνουν και με ip τηλέφωνα σε δίκτυο ίντερνετ αποκλειστικά (ip based network) παρέχοντας δυνατότητες από την κλασσική τηλεφωνία. περισσότερες Το αποτέλεσμα των παραπάνω είναι ότι το VoIP μπορεί να υλοποιηθεί με αρκετούς τρόπους:o καλών και ο δέκτης επικοινωνούν με εξοπλισμό ενσωματωμένο στον υπολογιστή. 1. Pc με pstn:ο καλών χρησιμοποιεί τον υπολογιστή και ο δέκτης το παραδοσιακό τηλέφωνο. 2. Pstn με pstn:ο καλών χρησιμοποιεί ip αντάπτορα στο παραδοσιακό τηλέφωνο και ο δέκτης δέχεται την κλήση στο παραδοσιακό τηλέφωνό του. Η κλήση ωστόσο περνά από το ip δίκτυο. 3. Ip τηλέφωνο με pstn:ο καλών χρησιμοποιεί το ιp τηλέφωνό του, η κλήση από το ip δίκτυο περνάει στο τηλεφωνικό δίκτυο μέσω πύλης(gateway) 4. Ip τηλέφωνο με Ip τηλέφωνο :η κλήση περνά αποκλειστικά πάνω από ip δίκτυο. 1.7 Πλεονεκτήματα του VoIP Μεγάλη απόδοση Η κλασική τεχνολογία μεταγωγής κυκλώματος που χρησιμοποιεί το δημόσιο τηλεφωνικό δίκτυο (PSTN) απαιτεί την εγκατάσταση και διατήρηση ενός φυσικού μονοπατιού (κύκλωμα) μεταξύ των τελικών χρηστών (endpoints) που επικοινωνούν, καθ όλη τη διάρκεια της συνδιάλεξης, ανεξάρτητα από την ποσότητα της πληροφορίας που ανταλλάσσεται κάθε χρονική στιγμή. Αντίθετα, στα IP δίκτυα, όλη η πληροφορία (voice, text, video, computer programs κ.τ.λ.) μεταφέρεται στο δίκτυο με τη μορφή πακέτων που έχουν προορισμό τον παραλήπτη της πληροφορίας, χωρίς να είναι απαραίτητη η δρομολόγησή τους από τον ίδιο φυσικό δρόμο. Χαμηλότερες δαπάνες μεταφοράς Οι εταιρίες μπορούν σημαντικά να ελαττώσουν τους μηνιαίους λογαριασμούς τηλεφώνου, κατευθύνοντας τις κλήσεις φωνής πάνω από τα εταιρικά δίκτυα δεδομένων, πάρα από έναν μεταφορέα. Η εξοικονόμηση αυτή εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Δύο από αυτούς είναι ο όγκος των κλήσεων εντός της εταιρίας και η μεγάλη γεωγραφική έκταση όπου είναι διασπαρμένες οι πληροφορίες προς επεξεργασία. Οι εταιρίες με γραφεία σε εκτεταμένες περιοχές, μπορούν να έχουν το μεγαλύτερο κέρδος καθώς μπορούν να ελαττώσουν κατά πολύ τις διεθνείς δαπάνες 18

19 κλήσεως σε μεγάλες αποστάσεις. Οι δαπάνες αυτές είναι συνήθως ιδιαίτερα υψηλές όταν η κλήση δημιουργείται σε μια ξένη χώρα στην οποία υπάρχει ακόμα μονοπώλιο στην αγορά τηλεπικοινωνιών. Σε μερικές περιπτώσεις το κέρδος αυτό μπορεί να επεκταθεί στις κλήσεις εκτός της εταιρίας με τη χρήση PSTN πυλών. Οικονομικοί παράγοντες Το οικονομικό όφελος της μετάδοσης κλήσεων φωνής πάνω από δίκτυα δεδομένων οφείλεται σε δύο τεχνικούς παράγοντες. Πρώτον, τα δίκτυα δεδομένων έχουν σχεδόν πάντα διαθέσιμη χωρητικότητα. Οι διαχειριστές δικτύων παρέχουν μεγάλες χωρητικότητες για να αποφύγουν τη συμφόρηση κατά τις ώρες αιχμής. Ταυτόχρονα, οι κλήσεις φωνής χρησιμοποιούν σχετικά λίγο εύρος ζώνης. Τα χαρακτηριστικά της ανθρώπινης φωνής, ιδιαίτερα τα μεγάλα διαστήματα παύσης που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια της συνομιλίας, επιτρέπουν μεγάλη συμπίεση στην ψηφιακή μεταφορά της κλήσης. Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατόν να προστεθούν στο τέλος κάθε πακέτου επιπλέον πληροφορίες στις υπάρχουσες συνδέσεις δικτύων δεδομένων χωρίς να απαιτείται επιπλέον χωρητικότητα σε αυτές τις συνδέσεις. Ακόμα και όταν τέτοιες αυξήσεις πρέπει να γίνουν στο υπάρχον δίκτυο λόγω του μεγάλου όγκου κλήσεων το κόστος παραμένει χαμηλό συγκρινόμενο με αυτό των μεταφορέων για τη μεταφορά του ίδιου αριθμού κλήσεων. Μειωμένο μακροπρόθεσμο κόστος κατοχής δικτύου Εκτός από τη μείωση των μηνιαίων λογαριασμών τηλεφώνου μιας εταιρίας, η συγκλίνουσα αρχιτεκτονική δικτύων επίσης, μειώνει το τρέχον κόστος αναγνώρισης δύο ξεχωριστών δικτύων, ένα για τη φωνή και ένα για τα δεδομένα. Το κόστος αυτό περιλαμβάνει : την ανάγκη αγοράς δύο ξεχωριστών συνόλων εξοπλισμού, το χρόνο που απαιτείται από το προσωπικό σε αυτή την εργασία και στη συντήρηση του εξοπλισμού, τη χορήγηση αδειών οποιουδήποτε λογισμικού σχετικά με τη διαχείριση του εξοπλισμού, και τον έλεγχο κίνησης στα δύο δίκτυα. Οι εταιρίες είναι σε θέση να ελαττώσουν τις ανάγκες τους σε τεχνικό προσωπικό οργανώνοντας πιο αποδοτικά τις εργασίες δικτύου. Με αυτό τον τρόπο μειώνουν κατά πολύ το ανθρώπινο δυναμικό. Μειωμένη πολυπλοκότητα και αυξημένη ευελιξία Το VoIP είναι μια ευκαιρία να ενοποιηθούν υπηρεσίες δεδομένων και υπηρεσίες φωνής, χωρίς όμως να αυξάνεται η πολυπλοκότητα του backbone δικτύου. Έτσι, οι απαιτήσεις σε εξοπλισμό και σε διαχείριση του δικτύου είναι μειωμένες, ενώ παρέχεται ευελιξία στις τροποποιήσεις του δικτύου, όπως η προσθήκη, η τροποποίηση και η διαγραφή κόμβων. Φορητότητα Ένα σημαντικό προτέρημα του voip είναι ότι αντίθετα από το pstn δεν επηρεάζεται από την απόσταση ή τη θέση που βρίσκεται κάποιος. Extra Υπηρεσίες Σε αντίθεση με την κλασική τηλεφωνία που χρεώνει επιπλέον υπηρεσίες όπως η αναγνώριση κλήσεων, το φωνητικό ταχυδρομείο κ.α το voip τα παρέχει χωρίς πρόσθετη χρέωση. Τα τηλέφωνα 19

20 voip μπορούν να ενσωματώσουν και άλλες λειτουργίες όπως η τηλεοπτική συνομιλία, η ανταλλαγή αρχείων κατά τη συνομιλία, η διαχείριση καταλόγων διευθύνσεων κ.α Χρειάζεται λοιπόν, να ενσωματωθούν οι ISPs με την IP τηλεφωνία. Ο μεγάλος ανταγωνισμός στις τηλεπικοινωνίες περιόρισε τα έσοδα στις βασικές υπηρεσίες φωνής και δεδομένων. Για να παραμείνουν επωφελημένοι οι προμηθευτές υπηρεσιών πρέπει να παρέχουν νέες υπηρεσίες ώστε να κρατήσουν τους πελάτες τους και ταυτόχρονα να περιορίσουν τα έξοδά τους. Μόνο μέσω της ενσωμάτωσης των δικτύων κυκλωμάτων και πακέτων μπορούν οι προμηθευτές υπηρεσιών να επωφεληθούν από την παγκοσμιοποίηση του τηλεφωνικού δικτύου μεταγωγής κυκλώματος (σημερινό PSTN), από τη δύναμη της εσωτερικής ευελιξίας στο βασικό λογισμικό και την ανοικτή αρχιτεκτονική των δικτύων πακέτων. Ο εξοπλισμός των δικτύων βασισμένα σε πακέτα (packetbased) είναι ευκολότερο να αναβαθμιστεί και να διαμορφωθεί, δίνοντας τη δυνατότητα γρήγορης εξέλιξης στην αγορά. Η βασισμένη στο λογισμικό αρχιτεκτονική των μηχανημάτων μπορεί να συμβάλλει στη γρήγορη ανάπτυξη των νέων υπηρεσιών. 1.8 Μειονεκτήματα της χρήσης του VoIP Απώλεια ποιότητας φωνής Είναι γνωστό πως τα δίκτυα δεδομένων είναι πολύ διαφορετικά από τα δίκτυα φωνής. Στα δίκτυα δεδομένων, κυρίως Ethernet που κυριαρχούν στα εταιρικά υπολογιστικά περιβάλλοντα, τα πακέτα μεταδίδονται συνεχώς με διαφορετικούς προορισμούς και χρησιμοποιώντας διαφορετικά μέσω διαφορετικών δρόμων. Μπορεί αυτά τα πακέτα να συγκρουσθούν και να καταστραφούν ακόμα και να χαθούν. Τόσο οι μηχανισμοί διόρθωσης σφάλματος σε Ethernet εξοπλισμό όσο και το ίδιο το IP πρωτόκολλο μπορούν εύκολα να αντισταθμίσουν την απώλεια των δεδομένων. Όμως η απώλεια πακέτων μπορεί να έχει και σημαντικές επιπτώσεις στις κλήσεις φωνής, που απαιτούν μια καλή ποιότητα, πραγματικού χρόνου ροή πακέτων από τη μία άκρη του δικτύου στην άλλη. Και ενώ ο ανθρώπινος νους μπορεί να κατανοήσει την ανθρώπινη ομιλία ακόμα και όταν υπάρχει μεγάλη παραμόρφωση, οι χρήστες έχουν εξοικειωθεί σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο ποιότητας κλήσεως. Απώλεια αξιοπιστίας Τα δίκτυα δεδομένων δεν είναι ακόμα τόσο αξιόπιστα όσο τα δίκτυα φωνής. Όσο και καλά να είναι ένα δίκτυο σχεδιασμένο και υλοποιημένο μπορεί να συμβούν λάθη και να τεθούν εξοπλισμός και χρήστες για κάποιο λόγο εκτός δικτύου. Αυτό όμως σπάνια συμβαίνει με τα κλασσικά τηλέφωνα ή με τους τηλεφωνικούς μεταφορείς. Η άμεση και συνεχής πρόσβαση στους άλλους χρήστες με τη χρήση τηλεφώνου είναι ο βασικότερος λόγος που λίγοι θέλουν να αντικαταστήσουν το τηλέφωνο με τη φωνητική επικοινωνία παρά τα μεγάλα οικονομικά οφέλη που παρέχει. Ταχεία εξέλιξη της τεχνολογίας Ο αλματώδης ρυθμός ανάπτυξης στην τεχνολογία των υπολογιστών, και των επικοινωνιών γενικότερα, κάνει σήμερα τους επιχειρηματίες να είναι διστακτικοί όσον αφορά την οποιαδήποτε αγορά νέου εξοπλισμού. Δύο είναι οι κύριοι λόγοι που συμβάλλουν στην αναποφασιστικότητα των 20

21 επιχειρηματιών για την επένδυση σε μια νέα υπηρεσία. Ένας, είναι η μεγάλη πιθανότητα ότι μια άλλη καλύτερη λύση για το VoIP θα έρθει σύντομα μετά από τη δέσμευση ενός προϊόντος σε έναν προμηθευτή. Εάν η επένδυση σε αυτό το προϊόν είναι σημαντική, είναι σχεδόν άσκοπο να το αχρηστεύσουν και να διαλέξουν την καινούρια καλύτερη λύση. Μια άλλη σημαντικότερη ανησυχία για τους υπεύθυνους, αποτελεί το γεγονός ότι η επιλογή ενός προϊόντος που οδηγεί στη σύγκλιση φωνής- δεδομένων μπορεί να οδηγήσει σε μια συμφωνία πέρα από την ίδια τη VoIP λύση, που αναγκάζει μια μακροπρόθεσμη υπόσχεση για τη δικτύωση της εταιρίας με αυτή την αρχιτεκτονική. Αυτή η ανησυχία επιδεινώνεται από την έλλειψη καθαρών προτύπων στην αγορά του VoIP. Στην απουσία τέτοιων προτύπων οι αρμόδιοι για τον εξοπλισμό της εταιρίας με τη σύγχρονη τεχνολογία στηρίζουν την ανησυχία τους που αφορά τη δέσμευση των εταιριών σε οποιαδήποτε ιδιόκτητη αρχιτεκτονική δομή. Έλλειψη εμπειρίας και πείρας Η VoIP τεχνολογία είναι καινούρια. Κάθε νέα υπηρεσία πρέπει να ελέγχεται και έπειτα να κυριαρχεί στην αγορά. Αυτό όμως παίρνει χρόνο. Χωρίς την κατάλληλη πείρα και το προσεκτικό σχεδιασμό η τεχνολογία μπορεί να είναι ενάντια στην εξέλιξη. 21

22 22

23 Κεφάλαιο 2 Πρωτόκολλα της τεχνολογίας VoIP 2.1 Πρωτόκολλα της τεχνολογίας VoIP Το VoIP όπως όλες οι εφαρμογές internet ακολουθούν τη διαστρωμάτωση του OSI των 7 επιπέδων, το 1 επίπεδο προσφέρει υπηρεσίες στο παραπάνω για να παραχθούν υπηρεσίες οι oποίες μπορούν να διαδοθούν και να διαχειριστούν από τη φυσική δομή του διαδικτύου. Παρακάτω παρατίθεται ένας πίνακας με τα συνήθη και τα διαδεδομένα πρωτόκολλα που χρησιμοποιεί το VoIP. Μοντέλο OSI (επίπεδα) VoIP Πρωτόκολλα ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ VoIP Appl.,SIP ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ H.323 ΣΥΝΟΔΟΥ RTP,RTCP ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ UDP ΔΙΚΤΥΟΥ IP ΖΕΥΞΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Data ΦΥΣΙΚΟ Φυσικό Πίνακας 2.1 Επίπεδα Πρωτοκόλλων voip Το VoIP, όπως υπονοεί το όνομά του, χρησιμοποιεί το Internet Protocol (IP) για τη μετάδοση φωνής. Αυτό σημαίνει πως χρησιμοποιεί ως μέσο μετάδοσης οποιοδήποτε IP δίκτυο, ανεξαρτήτως των πρωτοκόλλων επιπέδου σύνδεσης δεδομένων και φυσικού επιπέδου. Δηλαδή το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται στο επίπεδο δικτύου είναι πάντα το ΙP, και στα χαμηλότερα επίπεδα οποιοδήποτε πρωτόκολλο (Ethernet, WiFi κ.α.). Στο επίπεδο μεταφοράς και συνόδου μπορεί να υπάρχουν διαφοροποιήσεις ανάλογα με την υλοποίηση. Η λειτουργία ενός συστήματος VoIP σε μια σύνοδο θα μπορούσε να χωριστεί σε δύο μέρη: στην δημιουργία και μετάδοση πακέτων φωνής και στον έλεγχο της VoIP κλήσης. Για την μετάδοση πακέτων φωνής χρησιμοποιείται στο επίπεδο μεταφοράς, στην συντριπτική πλειοψηφία των εφαρμογών, το πρωτόκολλο RTP (Real time Transport Protocol) πάνω από το UDP (User Datagram Protocol). Για τον έλεγχο της κλήσης χρησιμοποιούνται πρωτόκολλα επιπέδου συνόδου τα οποία έχουν την ευθύνη για την αρχικοποίηση (call setup),την τροποποίηση και τον τερματισμό μιας VoIP κλήσης. Το πιο διαδεδομένα πρωτόκολλα συνόδου είναι το SIP ( Session Initiation Protocol) Τα χαμηλότερα επίπεδα αναλαμβάνουν τη φυσική μετάδοση, τη δρομολόγηση ενώ τα υψηλότερα αναλαμβάνουν πιο πολύπλοκες εργασίες όπως ο έλεγχος της επικοινωνίας. 23

24 Eπίσης το φυσικό και το ζεύξης δεδομένων επίπεδο είναι κοινά με άλλες εφαρμογές του internet όπως web,ftp. 2.2 Περιγραφή των επιπέδων του OSI για τη VoIP τεχνολογία Φυσικό Επίπεδο Το φυσικό επίπεδο καθορίζει τις ηλεκτρικές και φυσικές προδιαγραφές της επικοινωνίας. Καθορίζει την έναρξη και λήξη της ηλεκτρικής σύνδεσης μιας συσκευής. Στέλνει bits πληροφορίας ανάμεσα στους κόμβους. Αναλαμβάνει τη διαμόρφωση και την αποδιαμόρφωση των ψηφιακών δεδομένων κατά τη μετάδοση από συσκευή σε συσκευή. Για παράδειγμα, τα ψηφιακά ηλεκτρικά σήματα μπορεί να ταξιδέψουν ως αναλογικά σε χάλκινο καλώδιο, μετά σε οπτική ίνα, μετά να μεταδοθούν από ραδιοζεύξη ή δορυφορικά, να φθάσουν πάλι αναλογικά σε χάλκινο καλώδιο και να γίνουν ψηφιακά στον παραλήπτη. Επίπεδο Ζεύξης Δεδομένων Το επίπεδο ζεύξης δεδομένων χρησιμοποιείται προκειμένου να στείλει ένα δεδομενόγραμμα (datagram) επάνω σε μία ζεύξη. Ορίζει τη μορφή των πακέτων που ανταλλάσσονται ανάμεσα στους κόμβους, στα άκρα της ζεύξης καθώς και τις ενέργειες από αυτούς τους κόμβους όταν στέλνουν και λαμβάνουν αυτά τα πακέτα, όπως ανίχνευση σφάλματος,αναμετάδοση, έλεγχος ροής και τυχαία πρόσβαση. 2.3 Επίπεδο Δικτύου Ip Πρωτόκολλο Το επίπεδο δικτύου αναλαμβάνει τη δρομολόγηση σύμφωνα με γνωστούς αλγόριθμους που υπάρχουν στους δρομολογητές του δικτύου. Το IP πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται από το VoIP παρέχει λογική επικοινωνία ανάμεσα στους υπολογιστές και παρέχει μια υπηρεσία παράδοσης βέλτιστης παράδοσης. Αυτό σημαίνει ότι το ΙΡ κάνει την καλύτερη του προσπάθεια για να παραδώσει τα μηνύματα αλλά δεν παρέχει καμία εγγύηση. Ειδικά δεν παρέχει καμία εγγύηση για παράδοση τμημάτων με τη σωστή σειρά αλλά και την ακεραιότητα των δεδομένων μέσα στα τμήματα. Χειρίζεται την επικοινωνία μεταξύ δυο τερματικών. Δέχεται την αίτηση για αποστολή δεδομένων από το επίπεδο μεταφοράς μαζί με την διεύθυνση του παραλήπτη. Εδώ γίνεται η επεξεργασία των αυτοτελών πακέτων πληροφορίας και αποφασίζεται αν θα προωθηθούν σε επόμενο διακομιστή (server).όλα τα συστήματα ενδιάμεσα στα δυο άκρα της επικοινωνίας πρέπει να έχουν τα παρακάτω επίπεδα του IP. Τα πιο πάνω δεν είναι απαραίτητα γιατί το IP λαμβάνει τα πακέτα από αυτά και τους τοποθετηθεί μια επικεφαλίδα και τα στέλνει στα παρακάτω επίπεδα. Η επικεφαλίδα περιέχει όλες τις πληροφορίες για την δρομολόγηση ενός πακέτου για το επόμενο βήμα, (IP datagrams). Κάθε πακέτο μεταφέρεται μέσω του internet σαν ένα αυτόνομο πακέτο πληροφορίας, ανεξάρτητο από κάθε άλλο πακέτο πληροφορίας. Το πρωτόκολλο του ανώτερου επιπέδου είναι 24

25 υπεύθυνο για να βάζει στη σειρά τα πακέτα και για την εγγυημένη λήψη των πακέτων. Αν το πακέτο που φτάνει είναι μεγαλύτερο από αυτό που μπορεί να χειριστεί το IP διαιρείται σε μικρότερα πακέτα. Η επανασύνδεση γίνεται στο αντίστοιχο επίπεδο του δέκτη. Αυτό είναι ένα ΙΡ πακέτο: Σχήμα 2.3 Δομή ενός ip πακέτου 2.4 Επίπεδο Μεταφοράς Το επίπεδο μεταφοράς παρέχει τη δυνατότητα λογικής επικοινωνίας ανάμεσα σε διεργασίες εφαρμογών που εκτελούνται σε διαφορετικούς υπολογιστές. Οι διεργασίες εφαρμογής χρησιμοποιούν τη λογική επικοινωνία που τους παρέχει το επίπεδο μεταφοράς για να ανταλλάσσουν μηνύματα μεταξύ τους χωρίς να ασχολούνται με τις λεπτομέρειες της φυσικής υποδομής που χρησιμοποιείται. Σε αυτό το επίπεδο η ακολουθία των δεδομένων χωρίζεται σε μικρά τμήματα (πακέτα) και κάθε ένα από αυτά στέλνεται στο επόμενο επίπεδο για αποστολή μαζί με την διεύθυνση του παραλήπτη. Το VoIP συγκεκριμένα χρησιμοποιεί το UDP ( user daragram protocol) πρωτόκολλο, το οποίο παρέχει μια ασυνδεσμική, αναξιόπιστη επικοινωνία. Κύρια αρμοδιότητα του είναι να επεκτείνει την υπηρεσία παράδοσης ΙΡ ανάμεσα στα τερματικά. UDP Πρωτόκολλο Το udp πρωτόκολλο κάνει τα ελάχιστα που μπορεί να κάνει το πρωτόκολλο μεταφοράς. Εκτός της λειτουργίας πολύπλεξης και αποπολύπλεξης και κάποιου ελαφρού ελέγχου σφάλματος δεν προσθέτει τίποτα στο ΙΡ. Η εφαρμογή σχεδόν λοιπόν ομιλεί με το ΙΡ επίπεδο. Το udp πρωτόκολλο 25

26 παίρνει μηνύματα από τη διεργασία εφαρμογής προσαρτά πεδία αριθμών θυρών προέλευσης και προορισμού καθώς και δύο ακόμα μικρά επίπεδα και παραδίδει το πακέτο στο ΙΡ. To udp δεν προσδιορίζει εκ των προτέρων τη διαδρομή που θα ακολουθήσει το πακέτο (connectionless). Ο χαρακτηρισμός αυτός δεν είναι απαραίτητα άσχημος. Αντίθετα προσθέτει ευελιξία σε αυτή την οικογένεια πρωτοκόλλων. Αυτό σημάνει ότι αν η αξιοπιστία στη μετάδοση είναι απαραίτητη, κάποιο ανώτερο επίπεδο (π.χ. επίπεδο εφαρμογής) μπορεί να διαβεβαιώσει ότι τα μηνύματα παραδίδονται σωστά. Ένα δεύτερο χαρακτηριστικό του UDP είναι ότι δεν προσδιορίζει εκ των προτέρων τη διαδρομή που θα ακολουθήσει το πακέτο. Δηλαδή η επικοινωνία βασίζεται σε ένα μηχανισμό μετάδοσης πακέτων με την κατά το δυνατόν καλύτερη προσπάθεια όπως αναφέραμε (best effort protocol) και συνεπώς δεν χρησιμοποιούνται διαδικασίες έλεγχου ροής και δημιουργίας σύνδεσης. Η VοIP τηλεφωνία όπως και όλες εφαρμογές πραγματικού χρόνου συχνά απαιτούν ένα ελάχιστο ρυθμό αποστολής,δεν θέλουν να καθυστερούν πολύ τη μετάδοση και μπορούν να ανεχθούν κάποια απώλεια δεδομένων. Γι αυτό το λόγο το udp ενδείκνυται. H μορφή ενός UDP πακέτου : Σχήμα 2.4 Δομή ενός udp πακέτου 2.5 Επίπεδο Συνοδού RTP Πρωτόκολλο To επίπεδο συνοδού παρέχει τις υπηρεσίες έναρξης, διαχείρισης και λήξης εφαρμογών. Συγκεκριμένα για το RTP (Real Time Protocol) που χρησιμοποιείται στις voip εφαρμογές: Ο βασικός ρόλος του RTP είναι να δρα σαν ένα βελτιωμένο interface μεταξύ των εφαρμογών πραγματικού χρόνου (real time applications) και των πρωτοκόλλων του στρώματος μεταφοράς. Και αυτό γιατί το RTP δημιουργήθηκε για να παρέχει απλές υπηρεσίες ανεξάρτητες του στρώματος μεταφοράς, με τη μόνη προϋπόθεση την "σχετικά έγκυρη" μεταφορά των πακέτων, με κάποια αναμενόμενη καθυστέρηση και μερικώς χωρίς τη σωστή τους σειρά. Στην πραγματικότητα το RTP είναι και το ίδιο ένα πρωτόκολλο μεταφοράς που κάνει χρήση του UDP, και σε καμία περίπτωση δε διασφαλίζει το επιθυμητό QoS, απλά υποβοηθά τον έλεγχο της μεταγωγής των πακέτων φωνής από τον αποστολέα στον παραλήπτη. Προσθέτει όμως μηχανισμούς που θα επιτρέψουν την αποτελεσματική μετάδοση των χρονικά κρίσιμων δεδομένων. 26

27 Τέτοιοι μηχανισμοί είναι η χρονοσήμανση (timestamping) και η σειριακή αρίθμηση των πακέτων (sequence numbering).η χρονοσήμανση παρέχει σημαντικές πληροφορίες στις εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Ο αποστολέας βάζει σε κάθε πακέτο μια χρονοσήμανση (timestamp), την οποία χρησιμοποιεί ο παραλήπτης για να βρει τη χρονική στιγμή που πρέπει να παρουσιάσει τα δεδομένα του συγκεκριμένου πακέτου στον χρήστη. Δηλαδή, η χρονοσήμανση παρέχει την απαραίτητη πληροφορία ώστε να είναι δυνατό στους παραλήπτες να ανακατασκευάσουν τα αρχικά δεδομένα όπως αυτά μεταδόθηκαν από τον αποστολέα. Η χρονοσήμανση χρησιμοποιείται επίσης για το συγχρονισμό διαφορετικών ροών δεδομένων, όπως ροές δεδομένων βίντεο και ήχου. Χρησιμεύει επίσης στον υπολογισμό στατιστικών στοιχείων μιας ροής, όπως η διακύμανση της καθυστέρησης (jitter). Το UDP το οποίο συνήθως χρησιμοποιείται για την μετάδοση των RTP πακέτων, δεν παραδίδει τα πακέτα με τη σειρά με την οποία στάλθηκαν, για αυτό τα RTP πακέτα αριθμούνται τη στιγμή που στέλνονται (πεδίο sequence number) έτσι ώστε να μπορεί ο παραλήπτης να τα βάλει στη σωστή σειρά. Οι αριθμοί αυτοί χρησιμοποιούνται επίσης για να ανιχνεύονται απώλειες στη μετάδοση των πακέτων. Πέρα από αυτούς τους μηχανισμούς το RTP παρέχει και άλλους, όπως η πληροφόρηση για την ταυτότητα του αποστολέα και για το περιεχόμενο της πληροφορίας (payload type). Το payload type είναι σημαντικό για τον παραλήπτη ώστε να γνωρίζει το είδος της πληροφορίας που λαμβάνει και έτσι να μπορέσει να ανασυνθέσει και να παρουσιάσει την πληροφορία. Κάθε πολυμεσική κωδικοποίηση (π.χ. mpeg, G.711) καθορίζεται από έναν αριθμό (payload type) και σχετίζεται με κάποιο RTP profile. To RTP profile καθορίζει λεπτομέρειες για το πώς μια συγκεκριμένη πολυμεσική κωδικοποίηση μεταδίδεται μέσω του RTP (για παράδειγμα καθορίζει το τι ακριβώς σημαίνει η χρονοσήμανση για αυτή την κωδικοποίηση).έτσι ο παραλήπτης μέσω του payload type μπορεί να αναγνωρίσει το περιεχόμενο μιας ροής και με βάση το RTP profile της να μπορέσει να την χειριστεί. Τα RTP profile για αρκετές κωδικοποιήσεις καθορίζονται στο RFC Ένα RTP πακέτο αποτελείται από την RTP επικεφαλίδα (header) ακολουθούμενη από τα δεδομένα (payload). Το header ενός RTP πακέτου έχει μέγεθος 12 bytes και περιέχει πεδία με δομή όπως φαίνεται στην εικόνα. Κάποια από τα πεδία του RTP header περιγράφονται παρακάτω: Payload Type (PT) (7 bits): To payload type καθορίζει τον τύπο των δεδομένων που ακολουθούν το RTP header. To payload του rtp μπορεί να είναι είτε video είτε audio. Sequence Number (16 bits): To Sequence Number (αύξων αριθμός) μετρά τα πακέτα που στέλνει ο αποστολέας και αυξάνεται κατά ένα για κάθε πακέτο που μεταδίδεται. Επιτρέπει στον παραλήπτη να εντοπίσει κάποιο πακέτο που χάνεται και να αποκαθιστά την σωστή ακολουθία των πακέτων. 27

28 Timestamp (32 bits): Το timestamp (χρονοσήμανση) αντανακλά την στιγμή της δειγματοληψίας του πρώτου δείγματος που περιέχεται στο RTP πακέτο είτε σε μονάδες χρόνου είτε σε αριθμό δειγμάτων που έχουν μεταδοθεί. Η επικεφαλίδα του RTP : Σχήμα 2.5 Επικεφαλίδα ενός RTP πακέτου RTCP Πρωτόκολλο Το RTCP πρωτόκολλο χρησιμεύει στον έλεγχο των RTP ροών-συνόδων. Πιο συγκεκριμένα το RTCP παρέχει υπηρεσίες όπως παρακολούθηση ποιότητας υπηρεσίας (QoS monitoring), αναγνώριση αποστολέα (source identification), συγχρονισμός ανάμεσα σε διαφορετικά μέσα, τερματισμός συνόδου. Η παρακολούθηση ποιότητας υπηρεσίας (QoS monitoring) είναι μια από τις βασικές λειτουργίες του RTCP. Το RTCP παρέχει πληροφορίες ανάδρασης (feedback) στις εφαρμογές για την ποιότητα της μετάδοσης των δεδομένων. Οι κυριότερες από αυτές τις πληροφορίες είναι ο αριθμός των πακέτων δεδομένων που χάθηκαν, η διακύμανση της καθυστέρησης λήψης πακέτων (ιnterarrival jitter) καθώς και πληροφορίες χρόνου που επιτρέπουν τον υπολογισμό του round trip time. Το RTCP στηρίζει τις λειτουργίες του στην ανταλλαγή RTCP πακέτων, διαφόρων ειδών, πάνω από το UDP. Τα είδη των RTCP πακέτων είναι: Αναφορά αποστολέα (Sender Report - SR) και αναφορά παραλήπτη (Receiver Report - RR). Οι παραλήπτες πληροφορίας σε μία RTP / RTCP σύνοδο επιστρέφουν στον εκάστοτε αποστολέα δεδομένα που αφορούν την ποιότητα μετάδοσης. Αν ένα μέλος μιας συνόδου είναι μόνο παραλήπτης πληροφορίας αποστέλλει αναφορές παραλήπτη, ενώ αν είναι και αποστολέας πληροφορίας αποστέλλει και αναφορές αποστολέα. Περιγραφείς αποστολέα (Source Description - SDES). Είναι ο τύπος του πακέτου που χρησιμοποιείται για να παρέχουν τα μέλη μιας συνόδου πληροφορίες σχετικές με τον εαυτό τους, για παράδειγμα όνομα, διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου το όνομα της εφαρμογής που χρησιμοποιείται στη σύνοδο καθώς και άλλα στοιχεία. - BYE). Ο τύπος αυτός σηματοδοτεί την αποχώρηση από τη σύνοδο ενός ή περισσοτέρων μελών. 28

29 Συγκεκριμένες συναρτήσεις εφαρμογής (Application specific - APP). Είναι πακέτα που μπορεί να καθορίσει και χρησιμοποιήσει μια εφαρμογή για δικές της λειτουργίες. Το bandwidth που καταναλώνει η RTCP κίνηση μιας RTP ροής, δεν πρέπει να υπερβαίνει το 5% του συνολικού bandwidth που καταναλώνει η ροή. Επιπλέον το ελάχιστο χρονικό διάστημα ανάμεσα στην αποστολή δύο RTCP πακέτων πρέπει να είναι 5 δευτερόλεπτα. 2.6 Επίπεδο Παρουσίασης Το Η.323 πρωτόκολλο Πιο πάνω από το επίπεδο συνοδού βρίσκεται το επίπεδο παρουσίασης.η εισαγωγή του Η.323 ήρθε σαν αποτέλεσμα της ανάγκης για τη δημιουργία ενός πρωτοκόλλου που θα μπορούσε να υποστηρίξει ικανοποιητικά εφαρμογές πολυμέσων και υπηρεσίας φωνής, με δυνατότητα για εξουδετέρωση της ανεπιθύμητης καθυστέρησης που αποτελεί χαρακτηριστικό φαινόμενο στα κλασικά δίκτυα LAN, χωρίς ωστόσο υποχρέωση μεταβολής της υπάρχουσας υποδομής σε συσκευές και ενεργά στοιχεία δικτύου. Στοιχείο σημαντικό αποτέλεσε επίσης η ολοένα αυξανόμενη ικανότητα bandwidth των σύγχρονων δικτύων με τη μετάβαση πλέον σε ταχύτητες 10 Mbps switched ανά χρήστη, ή ακόμα και 100 Mbps με την εισαγωγή και ευρεία χρήση της Fast Ethernet τεχνολογίας. Οι ίδιες επίσης οι πλατφόρμες που χρησιμοποιεί ο χρήστης για τις εφαρμογές του έχουν αποκτήσει αξιοσημείωτη ταχύτητα τόσο αποθήκευσης, όσο και προβολής και επεξεργασίας στοιχείων. Το πρωτόκολλο έλαβε υπόψη του τα παραπάνω για να διαμορφώσει μία συμπεριφορά που περιλαμβάνει τα ακόλουθα: Καθορισμό τεχνικών συμπίεσης δεδομένων, ακόμα κι αν ο αποστολέας και ο παραλήπτης ανήκουν σε διαφορετικούς κατασκευαστές, Ανεξαρτησία από την ήδη εγκατεστημένη δικτυακή υποδομή αφού δρα στην κορυφή των πρωτοκόλλων που χρησιμοποιούνται από την υπάρχουσα αρχιτεκτονική, Ανεξαρτησία από το είδος των συσκευών χρήστη (PC, Workstations κτλ), Δυνατότητα υποστήριξης Μulticasting για ταυτόχρονη αποστολή πακέτων στους χρήστες ενός κοινού group, Διαχείριση bandwidth για έλεγχο των παράλληλων ενεργών Η.323 συνδέσεων. Η είσοδος του H.323 αποτέλεσε λοιπόν μία ολοκληρωμένη πρόταση για τη δημιουργία ενός δικτυακού περιβάλλοντος που ενσωματώνει πολλαπλές παλαιές και νέες τεχνολογίες από διαφορετικούς κατασκευαστές σε ένα ενιαίο πλαίσιο διαχείρισης πληροφορίας voice και video. Το H.323 καθορίζει 4 είδη συντελεστών για να μπορεί να παρέχει τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες pointto-point και point-to-multipoint τα οποία είναι: 29

30 1.Terminal Πρόκειται για τα τελικά σημεία χρηστών, που υποστηρίζουν αμφίδρομη επικοινωνία, υποχρεωτικά επικοινωνιών φωνής και προαιρετικά video και data. Το Η.323 καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο διαφορετικοί τερματικοί σταθμοί είναι δυνατό να επικοινωνήσουν. Τα τερματικά θα πρέπει συμπληρωματικά να υποστηρίζουν το Η.245 που κατευθύνει τη χρήση των καναλιών επικοινωνίας μεταξύ τερματικών σταθμών, το Q.931 για call και setup signaling, το Registration/Admission/Status (RAS) για επικοινωνία με το Gatekeeper καθώς επίσης και το Real Time Protocol (RTP)/Real-Time Control Protocol (RTCP) για την εν σειρά αποστολή και λήψη των voice πακέτων. Ειδικά για την περίπτωση της επικοινωνίας με φωνή, το πρότυπο G.711 για συμπίεση και απόδοση πακέτων με ρυθμούς 54 ή 64 kbps σε ένα τοπικό δίκτυο δεδομένων 2.Gateway Είναι το μοναδικό προαιρετικό στοιχείο του Η.323 και παρέχει τόσο το φυσικό όσο και το λογικό interface μεταξύ των τηλεφωνικών συσκευών και του επικοινωνιακού δικτύου. Χρησιμοποιείται συνήθως για τους παρακάτω λόγους: την επικοινωνία μεταξύ αναλογικών PSTN τερματικών, την επικοινωνία με απομακρυσμένους Η.320 σταθμούς ISDN δικτύων, την επικοινωνία με απομακρυσμένους Η.323 σταθμούς PSTN δικτύων. Παρέχει standard interfaces προς την PSTN υπηρεσία και χρησιμοποιεί CODECs για τη μετατροπή τηλεφωνικών κυκλωμάτων σε πακέτα δεδομένων. 3.Gatekeeper Μέσω του ras δρομολογεί στο ip based δίκτυο. Όπως προαναφέρθηκε, η ύπαρξη του Gateway δεν είναι υποχρεωτική στην περίπτωση που οι τερματικοί σταθμοί θέλουν να επικοινωνούν μεταξύ τους εντός του τοπικού και μόνο και δεν ενδιαφέρονται για επικοινωνία εκτός αυτού. Αν όμως είναι παρών τότε οι πύλες και τα τερματικά πρέπει να χρησιμοποιούν τις υπηρεσίες που προσφέρουν. Γενικά παρέχει υπηρεσίες έλεγχου κλήσης όπως μετάφραση διευθύνσεων και διαχείριση εύρους ζώνης (bandwidth) όπως έχει οριστεί στο RAS. Ο ελεγκτής πύλης δεν είναι υποχρεωτικό τμήμα του δικτύου. Αν όμως είναι παρών τότε οι πύλες και τα τερματικά πρέπει να χρησιμοποιούν τις υπηρεσίες που προσφέρουν. Το Η.323 ορίζει ότι ένας ελεγκτής πύλης (gatekeeper) πρέπει να προσφέρει υποχρεωτικά κάποιες υπηρεσίες οι οποίες παρατίθενται παρακάτω: Μετάφραση διευθύνσεων (address translation) Έλεγχος εισόδου (admission control) Έλεγχος εύρους ζώνης (bandwidth control) Διαχείριση ζωνών (zone management) Επιπλέον ορίζονται και κάποιες προαιρετικές δυνατότητες : 30

31 Σηματοδότηση έλεγχου κλήσης (call control signaling) Άδεια κλήσης (call authorization) Διαχείριση κλήσεων (call management) Δρομολόγηση σηματοδότησης κλήσης (call signaling routing) Δεν είναι απαραίτητο να υπάρχει ως αυτόνομη συσκευή. Μπορεί να υλοποιείται σαν μέρος της πύλης ή του MCU. 4.Multipoint Conference Unit (MCU) Καθορίζει και ελέγχει την ταυτόχρονη διασύνδεση (συνεδρία) περισσότερων των δύο τερματικών σταθμών. Αποτελείται από δύο διακριτά τμήματα, τον Multipoint Controller (MC), η ύπαρξη του οποίου είναι αναγκαστική και κανένα ή περισσότερους του ενός Multipoint Processors (MP). O MC ελέγχει την H.245 συνεννόηση μεταξύ των τερματικών προκειμένου να καθοριστούν οι κοινές τους δυνατότητες για επικοινωνία, ενώ συμπληρωματικά ανακαλύπτει τους αποστολείς multicast πακέτων. Ο MP από την άλλη πλευρά είναι αυτός που ασχολείται με το πραγματικό streaming της φωνής ή του βίντεο, υλοποιώντας τεχνικές για mixing και switching. Σχήμα 2.6 Αρχιτεκτονική Η

32 2.7 Το πρωτόκολλο σηματοδοσίας SIP Το SIP είναι το πρότυπο που προτείνει ο οργανισμός IETF(internet engineering task force) για τη δημιουργία συνδέσεων VoIP. Το πρωτόκολλο εκκίνησης συνόδου (session initiation protocol) χαρακτηρίζεται ως πρωτόκολλο ελέγχου επιπέδου εφαρμογής (application-layer control protocol) που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία, τροποποίηση και διακοπή συνόδων με ένα ή περισσότερους συμμετέχοντες. Όταν λέμε σύνοδο (session) εννοούμε τηλεφωνικές κλήσεις μέσω internet, διανομή πολυμέσων, τηλεδιασκέψεις κ.α. Το SIP είναι ένα πρωτόκολλο πελάτη-εξυπηρετητή (client-server) όπω. Ο πελάτης στέλνει αιτήματα (requests) στο διακομιστή-εξυπηρετητή που αφού τα επεξεργαστεί στέλνει την κατάλληλη απόκριση. Το κάθε αίτημα μαζί με τις αποκρίσεις που προκαλεί αποτελούν μια συναλλαγή (transaction). Υπάρχουν δυο μηνύματα, INVITE και ACK, που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία αξιόπιστων καναλιών για τη ροή των μηνυμάτων έλεγχου. Για τις συνεννοήσεις που αφορούν τους κωδικοποιητές-αποκωδικοποιητές (codec) που θα χρησιμοποιηθούν, το SIP παρέχει το πρωτόκολλο περιγραφής συνόδου (session description protocol, SDP). Οι περιγραφές συνόδου (session descriptions) επιτρέπουν στους συμμετέχοντες να συμφωνήσουν σε ένα σύνολο συμβατών μεσων. Οι υπηρεσίες που παρέχει το SIP είναι: Τοποθεσία χρήστη (User Location): προσδιορισμός του τέλους του συστήματος που χρησιμοποιείται για επικοινωνία. Δημιουργία κλήσης (Call Setup): ειδοποιίηση καλούμενου και εγκατάσταση των παραμέτρων κλήσης και στις δύο πλευρές, τόσο από τη μεριά του καλούντος όσο και από τη μεριά του καλούμενου. Διαθεσιμότητα χρήστη (User Availability): καθορισμός της προθυμίας αυτού που καλεί να ασχοληθεί με την επικοινωνία. Ικανότητες χρήστη (User Capabilities): καθορισμός του μέσου και των παραμέτρων του για να χρησιμοποιηθεί. Χειρισμός κλήσης (Call handling): η μεταφορά και ο τερματισμός της κλήσης. 32

33 Το SIP βασίζεται στην υποστήριξη και άλλων πρωτοκόλλων από το τερματικό-πομπό. Σχήμα 2.7 Συνεργασία sip με άλλα πρωτόκολλα Ορολογία sip Πελάτης (Client): Μια εφαρμογή που στέλνει αιτήματα SIP. Μπορεί να αλληλεπιδρά ή όχι με κάποιο χρήστη. Διακομιστής (Server): Μια εφαρμογή που λαμβάνει αιτήματα με σκοπό να τα εξυπηρετήσει και να στείλει πίσω τις κατάλληλες αποκρίσεις. Κλήση: Αποτελείται από όλους τους συμμετέχοντες σε μια διάσκεψη που έχουν κληθεί από την ίδια πηγή. Κάθε κλήση SIP αναγνωρίζεται από ένα μοναδικό call-id. Αυτό σημαίνει ότι αν ένας χρήστης κληθεί σε μια διάσκεψη από αρκετά άτομα, κάθε μια πρόσκληση θα έχει ξεχωριστό call-id. Σκέλος κλήσης: Αναγνωρίζεται από το συνδυασμό του call-id και των addr-spec, tag που βρίσκονται στα πεδία Το και From της επικεφαλίδας. Για το ίδιο call-id, τα μηνύματα από το Α στο Β ανήκουν στο ίδιο σκέλος όπως και τα μηνύματα με την αντίθετη φορά. Σύνοδος (Session): : Μια σύνοδος πολυμέσων αποτελείται από ένα σύνολο πομπών και δεκτών πολυμέσων και των ροών πακέτων (streams) που δημιουργούν. Όπως έχει αναφερθεί μπορεί το ίδιο άτομο να κληθεί πολλές φορές, μέσω διαφορετικών κλήσεων, στην ίδια σύνοδο. Αν χρησιμοποιείται το SDP τότε η σύνοδος ορίζεται από την αλληλουχία των εξής στοιχείων : user name, session id, τύπος δικτύου, τύπος διεύθυνσης και στοιχεία διεύθυνσης στο πεδίο προέλευσης. 33

34 (SIP) Συναλλαγή: Μια συναλλαγή SIP λαμβάνει χώρα μεταξύ ενός πελάτη και ενός διακομιστή και αποτελείται από όλα τα μηνύματα, από το πρώτο αίτημα που στέλνει ο πελάτης ως την απόκριση του διακομιστή. Αναγνωρίζεται από τον αριθμό ακολουθίας CSeq Συστατικά του sip User agent: Είναι μια εφαρμογή που περιλαμβάνει τόσο τον user agent client όσο και τον user agent server. Ο user agent client είναι το τμήμα που στέλνει μηνύματα ενώ ο user agent server τα δέχεται. Ενδιάμεσος διακομιστής (Proxy server): Είναι ένα ενδιάμεσο πρόγραμμα που δρα τόσο ως διακομιστής όσο και ως πελάτης. Ο σκοπός του είναι να κάνει ή να προωθεί μηνύματα άλλων πελατών. Διακομιστής επανακατεύθυνσης (Redirect server): Σε αντίθεση με τον ενδιάμεσο διακομιστή, δεν προωθεί τα μηνύματα που δέχεται αλλά στέλνει πίσω στον αποστολέα τους τη νέα διεύθυνση που πρέπει να ξαναστείλει το μήνυμα. Διακομιστής Θέσης (Location server): Χρησιμοποιείται από άλλους διακομιστές (ενδιάμεσους και επανακατευθυνόμενους) για να πάρουν πληροφορίες για τη θέση του παραλήπτη ενός μηνύματος. Outbound proxy: Έτσι ονομάζεται ο ενδιάμεσος διακομηστής (proxy) που είναι κοντά στον πελάτη που δημιουργεί τα μηνύματα. Δέχεται όλη την κίνηση που δημιουργεί ακόμα και αυτή που προορίζεται για κάποιο άλλο τερματικό-πομπό. Στην περίπτωση αυτή ο outbound server προωθεί τα μηνύματα στο κατάλληλο τερματικό-πομπό. Εγγραφέας (Registrar): Είναι ένας διακομιστής που δέχεται μηνύματα REGISTER Λειτουργία του sip Διευθυνσιοδότηση SIP και εύρεση διακομιστή (server) Το SIP χρησιμοποιεί διευθύνσεις σαν του με τη μορφή επειδή είναι η πιο κοινή μορφή διευθυνσιοδότησης στο internet. Με μια σειρά από DNS ελέγχους όπως αναζήτηση υπηρεσίας (searching of service, SRV) βρίσκεται ο διακομιστής στον οποίο «ανήκει» ο κληθής χρήστης. Ένα ακόμα πλεονέκτημα της μορφής αυτής είναι ότι εύκολα μπορεί να μετατραπεί σε URI (uniform resource identifier) όπως Το πλεονέκτημα είναι ότι με τον τρόπο αυτό μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί σε μια ιστοσελίδα έτσι ώστε ενεργοποιώντας μια σύνδεση (link) ξεκινάει η κλήση όπως γίνεται στο mailto:url. Ο διακομιστής μπορεί να είναι είτε ενδιάμεσος (proxy) είτε επανακατευθυνόμενος (redirect)ανακατευθύνοντας την κλήση. Η διαδικασία εύρεσης του επόμενου διακομιστή είναι 34

35 γνωστή σα δρομολόγηση επόμενου βήματος (next-hop routing). Υπάρχει περίπτωση κατά τη διαδικασία αυτή ένας διακομιστής να βρει ότι πολλοί διακομιστές σε απόσταση ενός βήματος (nexthop servers) μπορούν να επικοινωνήσουν με το χρήστη που καλείται. Το SIP δίνει τη δυνατότητα σε έναν ενδιάμεσο διακομιστή (proxy server) να στείλεί παράλληλα το ίδιο εισερχόμενο αίτημα σε πολλούς διακομιστές σε απόσταση ενός βήματος (next-hop servers). Συναλλαγές SIP Αφού βρεθεί ποιο είναι το τερματικό-πομπός του κληθέντος χρήστη όλα τα αιτήματα (requests) στέλνονται εκεί. Όπως είπαμε κάθε αίτημα μαζί με τις αποκρίσεις που προκαλεί σχηματίζουν μια συναλλαγή SIP. Τα αιτήματα μπορούν να σταλούν είτε μέσω TCP είτε μέσω UDP. Αν χρησιμοποιηθεί ένα αξιόπιστο πρωτόκολλο (TCP) τότε όλα τα μηνύματα της ίδιας συναλλαγής μεταφέρονται μέσω της ίδιας σύνδεσης. Αν όμως χρησιμοποιηθεί το UDP ο δέκτης user agent στέλνει την απόκριση με βάση τις πληροφορίες που περιέχει το πεδίο Via στην επικεφαλίδα του αιτήματος. Σε πρωτόκολλα με την τεχνική αυτοτελών πακέτων πληροφορίας (datagram) η αξιοπιστία επιτυγχάνεται μέσω της επαναμετάδοσης. Πρόσκληση SIP Μια πετυχημένη πρόσκληση (invitation) αποτελείται από δυο αιτήματα (requests), ένα INVITE ακολουθούμενο από ACK. To INVITE ζητά από το χρήστη που καλείται να πάρει μέρος σε μια διάσκεψη ή σε μια απλή συνομιλία. Αφού συμφωνήσει να λάβει μέρος, ο χρηστής που έκανε την κλήση επιβεβαιώνει ότι έλαβε την απάντηση στέλνοντας ένα μήνυμα ACK. Το μήνυμα INVITE περιέχει μια περιγραφή της συνόδου (session) ώστε να παρέχει τις απαραίτητες πληροφορίες στο χρήστη που καλείται για να συμμετάσχει στη σύνοδο. Αν ο καλούμενος χρήστης θέλει να δεχτεί την κλήση στέλνει ένα μήνυμα με μια παρόμοια περιγραφή. Εντοπισμός Χρηστή Η τοποθεσία του καλούμενου χρήστη μπορεί να αλλάζει με το χρόνο. Αυτές οι τοποθεσίες μπορούν να εγγράφονται δυναμικά σε ένα SIP διακομιστή. Όταν θα ερωτηθεί για κάποιο χρήστη επιστρέφει μια λίστα με όλες τις πιθανές τοποθεσίες. Το τμήμα που επιτελεί αυτή τη λειτουργία μέσα σε ένα διακομιστή (server) λέγεται διαχειριστής θέσης (location manager). Αλλαγή υπάρχουσας συνόδου (SESSION) Σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να χρειαστεί να αλλάξουν κάποιες παράμετροι μιας συνόδου. Αυτό γίνεται στέλνοντας ένα νέο μήνυμα INVITE με το ίδιο call-id και με περιεχόμενο τις νέες παραμέτρους. Το μήνυμα αυτό πρέπει να έχει μεγαλύτερο CSeq από κάθε προηγούμενο αίτημα (request) του πελάτη (client) στο διακομιστή (server). 35

36 2.7.4 Ιδιότητες SIP 1.Μια διάσκεψη ή κλήση περικλείει μια ή περισσότερες συναλλαγές. Κάθε συναλλαγή μπορεί να διανύει διαφορετική διαδρομή. Σε μια τυπική κλήση, το μήνυμα INVITE μπορεί να περάσει από πολλούς διακομιστές (servers). Η απόκριση στο INVITE είναι ένα μήνυμα που περιέχει μια διεύθυνση στην οποία θα χρησιμοποιεί ο user agent client (UAC) για να στείλει τις επακόλουθες συναλλαγές απ` ευθείας στον user agent server (UAS). Ένας διακομιστής (server) SIP δεν «θυμάται» αυτόν που έκανε την κλήση και αυτόν που τη δέχτηκε, όταν μια συναλλαγή τελειώσει. Αυτό αποδεικνύει την αξιοπιστία του συστήματος. Έτσι οι κλήσεις που γίνονται μέσω ενός διακομιστή δεν επηρεάζονται σε περίπτωση crash & recover του διακομιστή (server). Σε αντίθεση με το δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος που οι πόροι του δικτύου ελευθερώνονται μόνο με το τέλος κλήσης, εδώ η δέσμευση πόρων διαρκεί λίγο. Μπορεί όμως ένας ενδιάμεσος διακομιστής (proxy server) μέσω των πεδίων route και record-route να επιμείνει στο να γίνουν δια μέσω του όλες οι συναλλαγές της συνομιλίας (stateful server). Στο αντίθετο άκρο είναι οι stateless διακομιστές. Στην περίπτωση αυτή ο διακομιστής λαμβάνει ένα μήνυμα, το άπαντα ή το προωθεί και ξεχνάει τα πάντα. Αυτή η συμπεριφορά ταιριάζει με την τεχνική αποστολής αυτοτελών πακέτων (datagram), αρχιτεκτονική του internet που τα πακέτα περιέχουν αρκετές πληροφορίες για να δρομολογούνται ανεξάρτητα.ένας stateful διακομιστής μπορεί ανά πάσα στιγμή να αλλάξει σε stateless χωρίς αυτό να επηρεάσει τη λειτουργία του. Η απόφαση για κάτι τέτοιο είναι του διαχειριστή του συστήματος. Η δυνατότητα αυτή επιτρέπει τη χρήση κεντρικών διακομιστών ως stateless ενώ άλλοι μικρότεροι να είναι stateful. 2.To SIP δεν κάνει σχεδόν καμία εικασία για τα υποκείμενα πρωτόκολλα των επιπέδων μεταφοράς και δικτύου (transport and network layers). Το παρακάτω επίπεδο μπορεί να παρέχει υπηρεσίες ροής πακέτων ή byte. Στο internet το SIP είναι σε θέση να χρησιμοποιεί UDP και TCP σαν πρωτόκολλα μεταφοράς. Το UDP επιτρέπει καλύτερο έλεγχο του συγχρονισμού των μηνυμάτων και των επαναποστολών τους, να χρησιμοποιεί μετάδοση σε πολλούς αποδέκτες (multicast) κ.α. Οι διακομιστές μπορούν πιο εύκολα να αντιληφθούν SIP UDP πακέτα. Το TCP επιτρέπει πιο εύκολο πέρασμα από διακομιστές προστασίας (firewalls) αλλά και τη χρήση πολλαπλών συνδέσεων με τον ίδιο χρηστή. Διαφορετικά αιτήματα SIP μπορεί να χρησιμοποιούν διαφορετικές TCP συνδέσεις ή μια συνεχή. Γενικά τόσο οι user agents όσο και οι διακομιστές (ενδιάμεσοι, επανακατευθυντές, εγγραφείς) (proxy, redirect, registrar) πρέπει να παρέχουν UDP και TCP. 3.Το SIP βασίζεται σε κείμενο (text) με τη χρήση ISO σε κωδικοποίηση UTF-8. Αυτό επιτρέπει εύκολη υλοποίηση σε γλώσσες όπως java, tcl και perl, εύκολη έρευνα για λάθη και κυρίως κάνει το SIP εκτατό και ευέλικτο. 36

37 2.7.5 Μηνύματα SIP H σύνταξη ενός μηνύματος SIP και τα πεδία της επικεφαλίδας ακολουθούν την προδιαγραφή HTTP/1.1. Ένα μήνυμα SIP μπορεί να είναι ή αίτημα που δημιουργείται από έναν πελάτη ή απόκριση που δημιουργείται από ένα διακομιστή. Και οι δυο τύποι χρησιμοποιούν τη γενική μορφή μηνύματος που περιγράφεται στο RFC 822. Αποτελούνται από μια αρχική γραμμή (start line), ένα ή περισσότερα πεδία επικεφαλίδας, μια γραμμή που περιέχει μόνο ένα χαρακτήρα (carriage return line feed) που είναι ενδεικτική του τέλους της επικεφαλίδας και προαιρετικά το σώμα του μηνύματος. Η μορφή ενός μηνύματος αιτήματος (request) είναι η εξής : Request = Request-Line *( general-header request-header entity-header ) CRLF [ message-body ] Request-Line = Method SP Request-URI SP SIP-Version CRLF Request-URI = SIP-URL j absoluteuri SIP-Version = ''SIP/2.0'' SP= Method = ''INVITE'' ''ACK'' ''OPTIONS'' ''BYE'' ''CANCEL'' ''REGISTER'' extension-method extension-method = token HEADER Πεδία επικεφαλίδας (header fields) Τα πεδία της επικεφαλίδας περιέχουν πληροφορίες για τους συμμετέχοντες στη συνομιλία, τη διαδρομή του μηνύματος κ.α. Η σειρά των πεδίων γενικά δεν έχει σημασία με εξαίρεση τα πεδία που αλλάζουν από βήμα σε βήμα (hop-to-hop). Αυτά πρέπει να εμφανίζονται πριν από όλα τα αλλά πεδία που έχουν σταθερές τιμές σε όλη τη διαδρομή (end-to-end). Κάποια πεδία χρησιμοποιούνται σε όλα τα μηνύματα ενώ άλλα μόνο όταν είναι απαραίτητα. Μια εφαρμογή SIP δε χρειάζεται να μπορεί να ερμηνεύσει όλα τα πεδία της επικεφαλίδας αν και κάτι τέτοιο θα ήταν επιθυμητό. Αν η εφαρμογή δεν μπορεί να καταλάβει ένα πεδίο το αγνοεί. Συνολικά υπάρχουν 37 πεδία που χωρίζονται σε τέσσερις κατηγόριες. 1.Πεδία που χρησιμοποιούνται και στους δυο τύπους μηνύματος. 2.Πεδία που ορίζουν το περιεχόμενο του μηνύματος.(entity header fields) 3.Πεδία που μεταφέρουν επιπλέον πληροφορίες για το αίτημα και τον αποστολέα του (request header fields) 4.Πεδία που δίνουν πληροφορίες στον πελάτη για το διακομιστή και για την παραπέρα πρόσβαση στον πόρο που περιγράφεται στο request-uri. 37

38 Request-headers Accept Accept-Encoding Accept-Language Call-Id Contact Case Date Encryption Expires From Record-Route Timestamp To Via Entity-headers Content-Encoding Content-Length Content-Type Server Unsupported Warning WWW-Authenticate General-headers Authorization Contact Hide Max-Forwards Organization Priority Proxy-Authorization Proxy-Require Route Require Response-Key Subject User-Agent Response-headers Allow Proxy-Authenticate Retry-After. Πίνακας πίνακας πεδίων κεφαλίδων πρωτοκόλλου sip Μέθοδοι SIP Οι μέθοδοι (methods) που χρησιμοποιεί το SIP ορίζονται παρακάτω. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα ονόματα τους είναι case sensitive. INVITE: Προσκαλεί ένα χρήστη ή μια υπηρεσία σε μια σύνοδο. Το σώμα του μηνύματος περιέχει την περιγραφή της συνόδου. ACK: Επιβεβαιώνει ότι ο καλών χρήστης έχει λάβει την τελική απόκριση σε ένα αίτημα INVITE. OPTIONS: Χειρίζεται τις δυνατότητες του διακομιστή. BYE: Τερματίζει μια κλήση ή ένα αίτημα κλήσης. CANCEL: Τερματίζει κάθε ανολοκλήρωτο αίτημα. REGISTER: Καταγράφει την τωρινή θέση ενός χρηστή. INFO: Αναπαριστά πληροφορίες που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της κλήσης όπως ISUP και DTFM τόνοι. PRACK: Είναι μια προσωρινή επιβεβαίωση. Άλλες μέθοδοι είναι οι COMET, SUBSCRIBE & NOTIFY. Οι μέθοδοι που δεν υποστηρίζονται από ενδιάμεσο ή επανακατευθυνόμενο (redirect) διακομιστή χρησιμοποιούνται σαν OPTIONS και προωθούνται κατάλληλα. Αντίθετα οι μέθοδοι που δεν υποστηρίζονται από user agents και εγγραφείς (registrars) προκαλούν 501 server failure. 38

39 Απόκριση Ένας διακομιστής αφού λάβει και επεξεργαστεί ένα αίτημα στέλνει την κατάλληλη απάντηση. Το μήνυμα αυτό περιέχει μια γραμμή κατάστασης (status line), πεδία επικεφαλίδας και το σώμα του μηνύματος. Η γραμμή κατάστασης περιέχει την έκδοση του SIP, κώδικα κατάστασης (status-code) και μια περιγραφή του κώδικα κατάστασης βασισμένη σε κείμενο (reason- phrase). Response = Status-Line *( general-header response-header entity-header ) CRLF [ message-body] Status-Line = SIP-version SP Status-Code SP Reason-Phrase CRLF Status-Code = Informational Success Redirection Client-Error Server-Error Global-Failure extension-code extension-code = 3DIGIT Reason-Phrase = *<TEXT-UTF8, excluding CR, LF> Παράδειγμα Απόκρισης Ο κώδικας κατάστασης είναι τριψήφιος αριθμός. Υπάρχουν 6 τύποι αυτού του πεδίου. 1) 1xx: Το αίτημα ελήφθη και προωθείται για επεξεργασία Π.χ. 180 RINGING. 2) 2xx: Πετυχημένη παραλαβή Π.χ. 200 OK. 3) 3xx: Επιπλέον ενέργειες πρέπει να γίνουν για να ολοκληρωθεί το αίτημα. 302 MOVED TEMPORARILY. 4) 4xx: Το αίτημα έχει λάθος σύνταξη ή δεν μπορεί να εκπληρωθεί από αυτόν το διακομιστή. Π.χ. 404 NOT FOUND 5) 5xx: Το αίτημα δεν έχει λάθη αλλά ο διακομιστής δεν μπορεί να το εκπληρώσει. Π.χ. 501 NOT IMPLEMENTED. 6) 6xx: Το αίτημα δεν μπορεί να εκπληρωθεί από κανένα διακομιστή. Π.χ. 600 BUSY EVERYWHERE 2.8 Codecs Στον αποστολέα η φωνή του χρήστη (αναλογικό σήμα) αρχικά ψηφιοποιείται, τεμαχίζεται σε κομμάτια φωνής, μικρής χρονικής διάρκειας τα οποία μετά συμπιέζονται στον encoder (κωδικοποιητή). Η έξοδος του encoder είναι συμπιεσμένα κομμάτια φωνής που ονομάζονται πλαίσια (frames). Στη συνέχεια στον packetizer ένα ή περισσότερα frames πακετάρονται και σχηματίζουν το φορτίο (payload) ενός πακέτου (όπως RTP). Τέλος προστίθενται οι επικεφαλίδες των πρωτοκόλλων που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση (όπως RTP/UDP/IP ή DCCP/IP) και το πακέτο αποστέλλεται στον παραλήπτη μέσω ενός IP δικτύου. Στον παραλήπτη ο depacketizer ανακτά το payload των ΙP πακέτων που περιέχουν τα δεδομένα φωνής και τοποθετεί τα frames σε 39

40 ένα χώρο προσωρινής αποθήκευσης(buffer). Ο buffer αυτός παίζει σημαντικό ρόλο στην εξάλειψη της διακύμανσης της καθυστέρησης (jitter) των πακέτων που λαμβάνονται και ονομάζεται playout buffer ή jitter buffer.ένα frame παραμένει στον buffer μέχρι τη στιγμή που πρέπει να παρουσιαστεί, οπότε και αποσυμπιέζεται με τον κατάλληλο αποκωδικοποιητή (decoder), μετατρέπεται σε αναλογικό και τελικά σε ηχητικό σήμα. Προφανώς ο decoder και ο encoder πρέπει να αφορούν ίδιου τύπου συμπίεση. Το ζεύγος encoder/decoder ονομάζεται codec. Το ψηφιακό σήμα ομιλίας παρουσιάζει μια σειρά από πλεονεκτήματα έναντι του αναλογικού. Μερικοί από τους λόγους που οδήγησαν στην ψηφιοποίηση του σήματος ομιλίας είναι: Δυνατότητα εφαρμογής της πολυπλεξίας στο χρόνο. Μια τεχνική πολύ πιο φθηνή σε σχέση με την πολυπλεξία στη συχνότητα. Μειώνεται το κόστος των γραμμών μεταφοράς. Ευκολία ελέγχου και διαχείρισης του δικτύου, καθώς τα μηνύματα ελέγχου είναι από τη φύση τους ψηφιακά. Δυνατότητα χρήσης της φθηνής ψηφιακής τεχνολογίας των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Δυνατότητα αναγέννησης των ψηφιακών σημάτων και μείωση των επιδράσεων θορύβου. Κατά τη ψηφιακή επεξεργασία του αναλογικού σήματος φωνής διακρίνουμε τρία βασικά στάδια: 1. Δειγματοληψία του αναλογικού σήματος 2. Κωδικοποίηση των δειγμάτων 3. Μεταφορά του κωδικοποιημένου σήματος Σχήμα Διαδικασία κωδικοποίησης ενός αναλογικού σήματος Κάθε αναλογικό σήμα αποτελεί μία συνεχή συνάρτηση τάσης. Για να μπορέσουμε να το ψηφιοποιήσουμε εκτελούμε την διαδικασία της δειγματοληψίας, σύμφωνα με την οποία ανά τακτά χρονικά διαστήματα (ίσα με το αντίστροφο της συχνότητας δειγματοληψίας) λαμβάνουμε την στιγμιαία τιμή του πλάτους του σήματος. Σύμφωνα με το θεώρημα του Nyquist για να επιτύχουμε την ανακατασκευή του σήματος από το ψηφιοποιημένο πρέπει η συχνότητα δειγματοληψίας να είναι τουλάχιστον διπλάσια από τη μέγιστη συχνότητα που περιέχει το σήμα. Για μετάδοση φωνής έχει αποδειχθεί ότι οι κυριότερες συνιστώσες της βρίσκονται έως τα 4ΚΗz και το εύρος αυτό είναι ικανό να διατηρήσει τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της φωνής, ώστε αυτή να είναι αναγνωρίσιμη. Επομένως, θα έχουμε πλήρη αναπαράσταση με συχνότητα δειγματοληψίας 8ΚΗz.Η συχνότητα αυτή χρησιμοποιείται ευρέως για την δειγματοληψία λόγου και είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη στην τηλεφωνία. Σε περίπτωση που θέλουμε να καλύψουμε το πλήρες φάσμα των συχνοτήτων που αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο αυτί (20 Ηz έως 20ΚΗz) χρησιμοποιούμε συχνότητα άνω των 40KHz και συγκεκριμένα έχει τυποποιηθεί στα 44.1KHz. 40

41 Οι τιμές του πλάτους του σήματος (ήχου) που λαμβάνονται κατά την δειγματοληψία κωδικοποιούνται σε ένα διακριτό αριθμό σταθμών κωδικοποίησης των οποίων ο αριθμός εξαρτάται από τον αριθμό των bits που χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση της κάθε τιμής. Για τον ψηφιακό ήχο τα bits της λέξης κωδικοποίησης ποικίλουν από 8 (256 στάθμες) έως 16 (65536 στάθμες). Ο κβαντισμός των δειγμάτων του σήματος εισάγει σφάλμα στο κωδικοποιημένο σήμα αφού κάποια πληροφορία θα χαθεί κατά την στρογγυλοποίηση της δειγματοληπτούμενης τιμής. Όσο περισσότερα είναι τα bits για κάθε λέξη τόσο μικρότερο είναι το εισαγόμενο σφάλμα. Η ακρίβεια της μετατροπής από αναλογικό σε ψηφιακό είναι κρίσιμη για την αντιληπτή ποιότητα του ήχου από το χρήστη. Ο αριθμός των ψηφίων πρέπει να είναι αρκετά μεγάλος ώστε το αναλογικό σήμα (ομιλία) να μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς απώλειες. Ταυτόχρονα σκοπός μας είναι να ελαττώσουμε την ψηφιακή πληροφορία ώστε να χρησιμοποιούμε το δυνατόν καλύτερα τη διαθέσιμη χωρητικότητα του δικτύου. Codec όπως είπαμε ονομάζεται ο συνδυασμός encoder και decoder (encoder-decoder), που αφορούν κάποια συγκεκριμένη κωδικοποίηση. Οι codecs χρησιμοποιούνται για την συμπίεση ήχου, εικόνας και βίντεο. Σχήμα Αναπαράσταση ενός codec Για τις τηλεπικοινωνίες και το VoIP ειδικότερα, έχουν μεγάλη σημασία καθώς βοηθούν στη μετάδοση φωνής μέσα από ένα δίκτυο, μειώνοντας το απαιτούμενο εύρος ζώνης. Οι codec φωνής μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις κατηγορίες με βάση την αρχές λειτουργίας τους : Waveform coders (κυματομορφής): Είναι εξαιρετικά απλοί και εκμεταλλεύονται την αυτοσυσχέτιση των δεδομένων ήχου στο πεδίο του χρόνου και της συχνότητας για τη συμπίεση. Το εύρος της μεταβολής του αναλογικού σήματος (η καμπύλη της φωνής) περιγράφεται από ένα σύνολο μετρούμενων τιμών. Αυτές οι τιμές στη συνέχεια κωδικοποιούνται παλμικά και στέλνονται στον προορισμό. Το αναλογικό σήμα αναπαράγεται στο δέκτη με τη βοήθεια των λαμβανόμενων τιμών που ήδη έχουν μετρηθεί. Αυτή η μέθοδος είναι δυνατόν να πετύχει πολύ υψηλή ποιότητα φωνής, καθώς η καμπύλη της λαμβανόμενης φωνής είναι πιστό αντίγραφο αυτής που μεταδίδεται. Σε αυτή τη κατηγορία ανήκει ο G.711 PCM (64Kb/s) και ο G.726 ADPCM (40/32/24/16 Kb/s) 41

42 Parametric vocoders (voice coders): Βασίζονται στην μοντελοποίηση της ανθρώπινης ομιλίας. Αντί να μεταδίδει μια απευθείας περιγραφή της καμπύλης της φωνής, ένα σύνολο από μεταδιδόμενες παραμέτρους περιγράφει πώς η καμπύλη έχει παραχθεί. Στον παραμετρικό κωδικοποιητή απαιτείται ένα προκαθορισμένο μοντέλο που περιγράφει πως η καμπύλη της φωνής έχει δημιουργηθεί. Η ποιότητα φωνής μπορεί να είναι μέτρια (συνθετική φωνή) αλλά τα σήματα μπορούν να μεταδοθούν με έναν πολύ χαμηλό ρυθμό. Η έξοδος του decoder είναι συνθετική φωνή και δε βασίζεται καθόλου στην αρχική κυματομορφή. Hybrid coders (υβριδικοί): συνδυάζουν τις δύο παραπάνω τεχνικές και πετυχαίνουν πολύ καλή ποιότητα φωνής και μεγάλη συμπίεση. Ένας υβριδικός κωδικοποιητής στέλνει ένα σύνολο από παραμέτρους καθώς και ένα ορισμένο ποσό πληροφορίας που έχει κωδικοποιηθεί από ένα κωδικοποιητή κυματομορφής. Αυτός ο τύπος κωδικοποιητή φωνής, που παρέχει ένα λογικό συμβιβασμό μεταξύ της ποιότητας φωνής και της αποτελεσματικής κωδικοποίησης, χρησιμοποιείται σήμερα στα ψηφιακά κινητά τηλεφωνικά συστήματα Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν οι περισσότεροι σύγχρονοι codecs: G.729 CS-ACELP (8Kb/s), G MP-MLQ/ACELP (6.3/5.3 Kb/s), AMR (Adaptive Multi-Rate,ACELP),Speex και ilbc (Internet Low Bit Rate Codec). Σχήμα Ποιότητα φωνής και ρυθμός bits για τις τρεις κατηγόριες κωδικοποιητών Επιπλέον Λειτουργίες των codecs Μερικοί codec μπορεί να έχουν επιπλέον λειτουργίες-ιδιότητες όπως: Packet Loss concealment (PLC): Λειτουργία με την οποία μειώνεται η αρνητική επίδραση που έχει η απώλεια κάποιου πακέτου. Για την ανάκτηση των χαμένων πακέτων υπάρχουν δύο βασικές τεχνικές : η αυτόματη επανάληψη της μετάδοσης(automatic Repeat Request, ARQ) και η προωθούμενη διόρθωση λάθους (Forward 42

43 Error Correction, FEC). Με την τεχνική της αυτόματης επανάληψης της μετάδοσης όλα τα πακέτα που εκπέμπονται θα φτάσουν στον προορισμό τους χωρίς λάθη. Ο δέκτης επιβεβαιώνει τη λήψη των πακέτων. Αν ο πομπός μέσα σε κάποιο χρόνο δε λάβει την επιβεβαίωση ξαναστέλνει το πακέτο. Η από άκρη σε άκρη επιβεβαίωση λήψης πακέτου και η αναμετάδοση εγγυούνται την διανομή όλων των πακέτων. Όμως εισάγουν μια χρονική καθυστέρηση που μπορεί να είναι υπερβολική για τις ευαίσθητες στο χρόνο εφαρμογές όπως είναι η φωνή. Από την άλλη, αν χρησιμοποιήσουμε την τεχνική της προωθούμενης διόρθωσης λάθους για αναπαραγωγή του ήχου τα απολεσθέντα πακέτα αντικαθίστανται από άλλα με βάση τα ως τότε ληφθέντα, χωρίς επανεκπομπή των χαμένων πακέτων. Αυτή η τεχνική αυξάνει την ανθεκτικότητα του δικτύου στην απώλεια πακέτων εις βάρος όμως της πιστότητας αναπαραγωγής του αρχικού ηχητικού σήματος. Σε αντίθεση με την τεχνική της αυτόματης επανάληψης της μετάδοσης η τεχνική της προωθούμενης διόρθωσης λάθους δεν εισάγει επιπλέον χρονική καθυστέρηση λόγω αναμετάδοσης των χαμένων πακέτων. Για αυτό είναι καταλληλότερη για εφαρμογές ευαίσθητες στο χρόνο. Οι διάφορες μέθοδοι που έχουν αναπτυχθεί για ανάκτηση του ήχου χρησιμοποιώντας την τεχνική της προωθούμενης διόρθωσης λάθους ταξινομούνται σε τεχνικές που εφαρμόζονται μόνο στον δέκτη (receiver only) και τεχνικές που εφαρμόζονται στον πομπό και στο δέκτη (source and receiver). Στις τεχνικές που εφαρμόζονται μόνο στο δέκτη μόνο ο δέκτης είναι υπεύθυνος για την ανακατασκευή του χαμένου τμήματος του ήχου χρησιμοποιώντας ό,τι πληροφορία διαθέτει. Τέτοιες τεχνικές είναι η αντικατάσταση σιωπής, η αντικατάσταση κυματομορφής και η παρεμβολή δειγμάτων. Στις τεχνικές που εφαρμόζονται στο δέκτη και στο πομπό τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης είναι υπεύθυνοι για την ανάκτηση των χαμένων τμημάτων. Παράδειγμα τέτοιων τεχνικών είναι ο Xor μηχανισμός και η τεχνική ενσωματωμένης κωδικοποίησης λόγου (embedded speech coding technique). Αντικατάσταση κυματομορφής (Waveform Substitution) Σε αυτή τη μέθοδο, όταν ένα τμήμα φωνής δεν καταφέρει να φτάσει στον προορισμό του στην ώρα του, το προηγούμενο κομμάτι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το χαμένο τμήμα. Η λογική αυτής της τεχνικής είναι ότι τα χαρακτηριστικά λόγου δεν αλλάζουν. Έτσι είναι λογικό να χρησιμοποιείται το προηγούμενο κομμάτι της φωνής για την ανακατασκευή του τμήματος που έχει χαθεί. Αυτή η μέθοδος δεν είναι κατάλληλη για μεγάλου μήκους πακέτα καθώς τα χαρακτηριστικά της ομιλίας είναι πιθανότερο να αλλάξουν από το ένα τμήμα στο άλλο. Επιπλέον, δεν αντιμετωπίζει τα προβλήματα από τη απώλεια πολλαπλών πακέτων. Όπως και η αντικατάσταση σιωπής, δεν απαιτεί πολύ χρόνο επεξεργασίας. Για αυτό το λόγο χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές Παρεμβολή δειγμάτων (sample interpolation) Αυτή η τεχνική είναι όμοια με την αντικατάσταση κυματομορφής, ωστόσο, δεν αντικαθιστά απευθείας όλα τα χαμένα ηχητικά τμήματα με τα προηγούμενα αλλά τα μορφοποιεί πρώτα. Η μέθοδος υποθέτει ότι τα χαρακτηριστικά φωνής αλλάζουν λίγο σε μια μικρή χρονική περίοδο. Τα απολεσθέντα δείγματα εκτιμούνται σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά των προηγούμενων δειγμάτων. 43

44 Ένας απλός τρόπος μορφοποίησης των δειγμάτων είναι η γραμμική παρεμβολή του ήχου. Σε σύγκριση με τις άλλες δύο τεχνικές αυτή απαιτεί τον περισσότερο χρόνο επεξεργασίας αλλά παρέχει καλύτερη αντιμετώπιση της απώλειας πακέτων. Όπως και η αντικατάσταση κυματομορφής δεν χρησιμοποιείται για παρατεταμένη διάρκεια απώλειας πακέτων καθώς είναι πιθανόν τα χαρακτηριστικά της φωνής να αλλάξουν σημαντικά. Τεχνικές που εφαρμόζονται στο δέκτη και στον πομπό Xor Μηχανισμός Ο Xor μηχανισμός χρησιμοποιεί έναν Exclusive-Or μηχανισμό για να αντιμετωπίζει την απώλεια πακέτων. Για κάθε n πακέτα φωνής, δημιουργεί ένα πλαίσιο, από το Exclusive-Or των n πακέτων. Το πλαίσιο (frame) ενώνεται στο επόμενο ακουστό πακέτο. Όταν ένα μονό πακέτο από τα τμήματα φωνής χαθεί μπορεί να ανακτηθεί υπολογίζοντας το Exclusive-Or του πλαισίου (frame) με τα άλλα n-1 σωστά ληφθέντα πακέτα. Αυτός είναι σχετικά ένας απλός μηχανισμός και εφαρμόζεται στην περίπτωση που ένα μόνο πακέτο έχει χαθεί σε ένα μήνυμα n πακέτων. Όμως δεν είναι κατάλληλος για πολλαπλή και συνεχή απώλεια πακέτων. Επιπλέον, ένα επιπρόσθετο πλαίσιο (frame) ισότητας στέλνεται και αυξάνει το ρυθμό εκπομπής από την πηγή. Τεχνική κωδικοποίησης ενσωματωμένης ομιλίας Η τεχνική κωδικοποίησης ενσωματωμένης ομιλίας εφαρμόζει την ανάκτηση φωνής προσθέτοντας πλεονάζουσα πληροφορία στα πακέτα φωνής που στέλνονται από την πηγή. Η επιπλέον πληροφορία, για να μην χρησιμοποιηθεί υπερβολικό εύρος ζώνης κωδικοποιείται σε χαμηλότερη ποιότητα. Η χρήση διαφορετικών αλγορίθμων κωδικοποίησης είναι απαραίτητη, καθώς οι αλγόριθμοι κωδικοποίησης καλύτερης ποιότητας φωνής απαιτούν μεγαλύτερο εύρος ζώνης συχνοτήτων και περισσότερη χρόνο επεξεργασίας. Κατά αυτόν τον τρόπο η κυματομορφή εξόδου θα αποτελείται από περιόδους με υψηλή ποιότητα ομιλίας που αναμειγνύονται με περιόδους «συνθετικής» ποιότητας ομιλίας. Σχήμα Τοποθέτηση της πλεονάζουσας πληροφορίας στα πακέτα για χαμηλό ρυθμό απώλειας Σχήμα Τοποθέτηση της πλεονάζουσας πληροφορίας στα πακέτα για υψηλό ρυθμό απώλειας 44

45 Η τοποθέτηση της επιπλέον πληροφορίας εξαρτάται από το πόσο φορτωμένο είναι το δίκτυο. Σε ένα λίγο ή μέτρια φορτωμένο δίκτυο οι απώλειες είναι βασικά μη-συνεχείς. Για ένα πολύ φορτωμένο δίκτυο οι διαδοχικές απώλειες είναι εμφανέστερες. Για αυτό το λόγο προτείνεται η πλεονάζουσα πληροφορία να τοποθετείται αμέσως στο επόμενο πακέτο σε ένα μέτρια φορτωμένο δίκτυο. Ενώ η πλεονάζουσα πληροφορία τοποθετείται αργότερα, μετά από κάποια πακέτα, στα πολύ φορτωμένα δίκτυα. Οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση πλεονάζουσας πληροφορίας είναι ο Linear Predictive Coding (LPC),o Adaptive Delta Modulation (ADM) και ο Global System for Mobile communication (GSM).Επέκταση της τεχνικής αυτής είναι η τοποθέτηση επιπλέον πληροφορίας για περισσότερα από ένα πακέτα (πολλαπλός πλεονασμός). Με αυτό τον τρόπο αυξάνεται η ικανότητα να ανακτηθούν τα χαμένα πακέτα και όταν έχουμε υψηλό ρυθμό απωλειών. Η προσθήκη των επιπλέον τμημάτων φωνής αυξάνει το φορτίο του επεξεργαστή και τις απαιτήσεις για εύρος ζώνης συχνοτήτων. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιώντας πολλαπλό πλεονασμό πληροφορίας θα προκληθεί μια υψηλότερη καθυστέρηση αναπαραγωγής του ήχου και πιθανώς απώλεια εύρους ζώνης εάν η πλεονάζουσα πληροφορία δε χρησιμοποιείται. Ωστόσο, αυτή η τεχνική είναι πιο ελαστική στην απώλεια πακέτων σε σχέση με τις άλλες τεχνικές. Έχει προταθεί η χρήση ενός μηχανισμού ελέγχου ρυθμού και σφάλματος που συνδέει την τεχνική αυτή με ένα μηχανισμό ελέγχου ρυθμού. Σε αυτόν τον μηχανισμό το ποσό των επιπλέον τμημάτων φωνής που προστίθενται στα πακέτα βασίζεται στο ρυθμό απωλειών που μετριέται στο δέκτη. Ο μηχανισμός διαλέγει έναν από τους προκαθορισμένους συνδυασμούς που περιέχουν πληροφορίες σχετικές με το βασικό αλγόριθμο κωδικοποίησης, με τον αλγόριθμο κωδικοποίησης πλεονάζουσας πληροφορίας, με το κόστος επεξεργασίας, με τις απαιτήσεις του εύρους ζώνης, με την καθυστέρηση και με την ακουστική ποιότητα ανάλογα με την κατάσταση συμφόρησης του δικτύου. Αυτός ο μηχανισμός πετυχαίνει να διατηρεί τη συνέχεια και την ποιότητα της ομιλίας χρησιμοποιώντας πολλαπλή μετάδοση. Η ποιότητα της λαμβανόμενης φωνής μπορεί να μην είναι η βέλτιστη. Ο έλεγχος ρυθμού χρησιμοποιείται μόνο όταν στο δίκτυο υπάρχει συμφόρηση. Στην ανίχνευση της συμφόρησης, το ποσό της επιπλέον πληροφορίας που μεταφέρεται θα αυξηθεί χωρίς να ελαττωθεί ο ρυθμός εκπομπής. Αυτό, βέβαια, μπορεί να οδηγήσει στην κατάρρευση του δικτύου. Κατά τη διάρκεια συμφόρησης, η κατάρρευση συμβαίνει όταν μια εφαρμογή προσπαθεί να βελτιώσει την απόδοσή της χρησιμοποιώντας όλο και περισσότερο εύρος ζώνης χωρίς επιτυχία. Δυναμική αποκατάσταση φωνής (Dynamic Voice Recovery) Η δυναμική αποκατάσταση φωνής περιλαμβάνει τρία στάδια: α) ανάλυση του ρυθμού απωλειών πακέτων, β) ταξινόμηση της κατάστασης συμφόρησης του δικτύου, γ) προσδιορισμός της στρατηγικής μετάδοσης. Αρχικά αναλύει τα πακέτα δεδομένων που έχουν χαθεί και χρησιμοποιεί ένα χαμηλοπερατό φίλτρο για να εξομαλύνει το ρυθμό απωλειών. Έπειτα ο νέος ρυθμός χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό και την κατάταξη του δικτύου ανάλογα με την κατάσταση συμφόρησης. Τρεις καταστάσεις υπάρχουν: χωρίς φορτίο, με φορτίο και κορεσμένο. Η ταξινόμηση γίνεται με βάση ένα κατώτερο όριο που έχει ήδη ορισθεί. Στη συνέχεια ορίζεται ο αριθμός των 45

46 streams που θα μεταφερθούν. Για να μειωθεί η απώλεια πακέτων χρησιμοποιείται η πολλαπλή μετάδοση, δηλαδή η επανεκπομπή του ίδιου σήματος περισσότερες φορές από μία. Ο μέγιστος αριθμός επανεκπομπής είναι δύο. Ανάλογα με την κατάσταση συμφόρησης και το συνολικό αριθμό των streams (για την αρχική και τη πλεονάζουσα πληροφορία) που απαιτούνται για τη μεταφορά, ο εξομαλυσμένος ρυθμός χρησιμοποιείται για να υπολογίσει την ποιότητα της φωνής για τις διάφορες μεθόδους μετάδοσης. Η μέθοδος με την καλύτερη ποιότητα επιλέγεται για τη μετάδοση του σήματος ομιλίας. VAD/Silence suppression: Κάθε πακέτο χαρακτηρίζεται ανάλογα με την φωνητική δραστηριότητα που μεταφέρει σε πακέτο με φωνή (voiced), πακέτο χωρίς φωνή (unvoiced) και πακέτο ησυχίας (silence) Αυτή η κατηγοριοποίηση βοηθάει σε μετέπειτα επεξεργασία.. Η ταξινόμηση γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τους παράγοντες : 1. Την ενέργεια του σήματος 2. Τους μηδενισμούς του ρυθμού σήματος 3. Τον συντελεστή αυτοσυσχέτισης 4. Τον πρώτο προβλεπόμενο συντελεστή (First Predictor coefficient) 5. Την ενέργεια του προβλεπόμενου σφάλματος Τα κριτήρια αυτά αλληλοσυμπληρώνονται και συνήθως χρησιμοποιείται συνδυασμός αυτών. Οι codecs με βάση τα παραπάνω κριτήρια ανιχνεύουν τις περιόδους σιγής/ομιλίας (Voice Activity Detection VAD) και κατά την περίοδο σιγής είτε δεν δημιουργούν κανένα πακέτο είτε δημιουργούν μικρά πακέτα σε μικρότερη συχνότητα (DTX/CNG). Multi-Rate Iδιότητα ορισμένων codec να κωδικοποιούν σε διάφορους ρυθμούς. Ρυθμός κωδικοποίησης ή codec bit rate είναι ο ρυθμός παραγωγής συμπιεσμένων δεδομένων (bits/second) κατά την κωδικοποίηση. Οι περισσότεροι codec έχουν σταθερό ρυθμό κωδικοποίησης ή αλλιώς σταθερό βαθμό συμπίεσης. Οι codecs AMR και Speex όμως, μπορούν οποιαδήποτε στιγμή να αλλάξουν τον ρυθμό κωδικοποίησης (multi-rate codecs) ανάμεσα σε συγκεκριμένους επιτρεπόμενους ρυθμούς κωδικοποίησης. Echo cancellation Λειτουργία με την οποία ακυρώνεται τυχόν ηχώ. Ηχώ μπορεί να προκληθεί μόνο στην περίπτωση που η κλήση διέρχεται και από PSTN δίκτυο (PSTN προς IP κλήση). Επίσης ηχώ μπορεί να δημιουργηθεί από την ανάδραση ηχείου μικροφώνου ενός VoIP τερματικού. 46

47 Σχήμα Αναπαράσταση διαδρομής σήματος από τον πομπό στο δέκτη Κάθε αλγόριθμος έχει διαφορετικές ανάγκες εύρους ζώνης και διαφορετικές ικανότητες συμπίεσής. Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται μερικά από τα σημαντικότερα πρότυπα κωδικοποίησης που καλύπτονται από το International Telecommunications Union (ITU). Πίνακας απαιτούμενο εύρος ζώνης και αναφορικό mos για διάφορους κώδικες 2.9 Δημοφιλή πρότυπα κωδικοποίησης φωνής Tα δημοφιλέστερα πρότυπα κωδικοποίησης φωνής για την τηλεφωνία και τη φωνή πακέτων περιλαμβάνουν: G.711 (Παλμοκωδική Διαμόρφωση) Η παλμοκωδική διαμόρφωση είναι μια τεχνική κωδικοποίησης κυματομορφής. Είναι κατάλληλη να διαμορφώσει οποιοδήποτε είδος σήματος (ήχο, μουσική ή fax) καθώς έχει υψηλό ρυθμό bits και τη μικρότερη καθυστέρηση. Χρησιμοποιείται κυρίως στα τηλεφωνικά δίκτυα αλλά και σε voip υλοποιήσεις. Το σήμα του ήχου είναι ένα καθαρό αναλογικό σήμα. Μπορούμε να απεικονίσουμε την γραφική παράσταση που δείχνει τη μεταβολή του ήχου στο χρόνο. Τα παρακάτω σχήμα, αρκετά απλοποιημένο, παρουσιάζει μια τέτοια καμπύλη φωνής. 47

48 Γραφική παράσταση του σήματος φωνής στο χρόνο Έστω ότι χωρίζουμε το σήμα σε κανονικά διαστήματα και καταγράφουμε τις τιμές. Καθώς δεν υπάρχουν τιμές ανάμεσα στα διαστήματα δεν μπορούμε να έχουμε πιστή απεικόνιση του αρχικού σήματος. Είναι φανερό πως όσο μικρότερο είναι το διάστημα ανάμεσα στις ενδείξεις που έχουμε λάβει τόσο καλύτερη είναι η απεικόνιση του αρχικού σήματος. Οι παραπάνω ενδεικτικές τιμές ονομάζονται δείγματα. Είναι σημαντικό να λαμβάνουμε τα δείγματα φωνής σε κατάλληλα διαστήματα, τέτοια ώστε η ποιότητα φωνής που λαμβάνουμε να είναι καλή και να μας επιτρέπει να ξεχωρίζουμε τη μία φωνή από την άλλη. Το να παίρνουμε πάρα πολλά δείγματα είναι ασύμφορο, είναι αντιοικονομικό. Η κατάλληλη συχνότητα για δειγματοληψία είναι 8 KHz, καθώς το εύρος ζώνης του σήματος ομιλίας καθορίζεται στα 4 KHz. Η διαδικασία της δειγματοληψίας δίνει σαν έξοδο ένα σήμα διαμορφωμένο κατά πλάτος (Pulse Amplitude Modulation, PAM), όπως φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα Σήμα διαμορφωμένο κατά πλάτος PAM Στην ομοιόμορφη παλμοκωδική διαμόρφωση το εύρος των τιμών των παλμών που λαμβάνονται από τη δειγματοληψία χωρίζεται σε κατάλληλο αριθμό ίσων διαστημάτων. Κάθε δείγμα που λαμβάνει τιμή σε κάποιο διάστημα προσεγγίζεται με τη μέση τιμή του διαστήματος. Στη συνέχεια η τιμή αυτή μετατρέπεται σε δυαδικό κώδικα. 48

49 Γραμμική παλμοκωδική διαμόρφωση Παρατηρούμε ότι η χαρακτηριστική των σημάτων εισόδου-εξόδου είναι γραμμική. Στην έξοδο του κωδικοποιητή έχουμε πλέον ψηφιακό σήμα. Η προσέγγιση του πλάτους των δειγμάτων με τη μέση τιμή των διαστημάτων εισάγει κάποιο σφάλμα στην αναπαράσταση του σήματος. Το σφάλμα αυτό ονομάζεται θόρυβος κβάντισης (quantising distortion). Σχήμα Θόρυβος κβάντισης Το σφάλμα ελαττώνεται όσο μεγαλώνει ο αριθμός των επιπέδων κβάντισης. Επειδή ο αριθμός των bits εξαρτάται από τον αριθμό των επιπέδων κβάντισης Q (Q=2 n ) αναζητείται στην πράξη μια οικονομική και αξιόπιστη επιλογή του αριθμού αυτού. Για να μπορέσουμε να μετρήσουμε ποσοτικά το σφάλμα που εισάγει η κβάντιση της φωνής και να υπολογίσουμε την επίδρασή του στην αναπαράσταση του σήματος ομιλίας προσδιορίζουμε ένα μετρήσιμο μέγεθος, το λόγο της ισχύος του σήματος προς την ισχύ του θορύβου κβάντισης (signal to quantizing noise ratio SQR) που εκφράζεται ως εξής: SQR =E [v 2 (t)]/e{[s(t) v(t)] 2 } 49

50 Όπου : v(t) είναι το σήμα ομιλίας s(t) είναι το κωδικοποιημένο ψηφιακό σήμα E[ ]= η μέση τιμή των μεγεθών αυτών Για τον υπολογισμό του λόγου αυτού κάνουμε ορισμένες παραδοχές σχετικά με τα μετρήσιμα μεγέθη: 1. Το σφάλμα [s(t) v(t)] δε μπορεί να υπερβεί το μισό του διαστήματος κβάντισης q, δηλαδή [s(t) v(t)] q/2 2. Ένα δείγμα μπορεί να λάβει οποιαδήποτε τιμή στο διάστημα κβάντισης q με την ίδια πιθανότητα, δηλαδή τα εισαγόμενα από τον κωδικοποιητή σφάλματα θεωρούνται τυχαία, ασυσχέτιστα μεταξύ τους και ακολουθούν ομοιόμορφη κατανομή πλάτους 1/q μέσα στο διάστημα κβάντισης [-q/2, q/2]. 3. Τα πλάτη των σημάτων δε ξεπερνούν το μέγιστο πλάτος που μπορεί να δεχθεί ο κωδικοποιητής διότι τότε εισάγεται άλλου είδους παραμόρφωση, overload distortion. Δεν πρέπει να έχουμε ψαλιδισμό. Αποδεικνύεται ότι η μέση ισχύς του θορύβου κβάντισης δίνεται από : Ε{[ s(t) v(t)] 2 } =q 2 /12 Για ομοιόμορφη κβάντιση, δηλαδή για ίσα διαστήματα και τάση σήματος v rms έχουμε : SQR(dB) = 10log 10 (v 2 rms/(q 2 /12)) = log 10 (v rms /q) Και για ημιτονοειδές σήμα πλάτους Α έχουμε : SQR = log 10 (A/q) Για να προσδιορίσουμε κάποιο κριτήριο επιλογής του βέλτιστου τεχνικά και οικονομικά αριθμού επιπέδων κβάντισης λαμβάνουμε υπόψη μας ότι για μια καλή ποιότητα σήματος φωνής το SQR πρέπει να ξεπερνά τα 26 db, όπως προκύπτει από μετρήσεις ποιότητας της φωνής. Για ένα ομοιόμορφο PCM σύστημα και θεωρώντας ημιτονική είσοδο η παραπάνω εξίσωση δίνει q = 0.123A που αντιστοιχεί σε 16 διαστήματα (θετικά και αρνητικά) και μήκος λέξης 4 bit ανά δείγμα. Για το ψηφιακό ήχο χρησιμοποιείται μια τιμή από 8 bits ανά δείγμα (256 διαστήματα) ως 16 bits ανά δείγμα (65536 διαστήματα). Εάν λάβουμε υπόψη μας και τη δυναμική περιοχή (dynamic range 50

51 DR) των τηλεπικοινωνιακών διατάξεων (δηλαδή τη μέγιστη παραδεκτή μεταβολή του εύρους εισόδου για αξιόπιστη λειτουργία), που μια τυπική τιμή της για την τηλεφωνία είναι 30dB, τότε τα απαιτούμενα διαστήματα προκύπτουν ίσα με 496 και το μήκος λέξης 9 bits. Το αποτέλεσμα αυτό προέκυψε ως εξής: Είναι γνωστό πως για ομοιόμορφη παλμοκωδική διαμόρφωση τόνου πλάτους A max και μήκος λέξης n ισχύει: q= 2 A max / 2 n και από την προηγούμενη σχέση έχουμε : SQR = n + 20log 10 (A/ A max ) Οι πρώτοι δύο όροι της εξίσωσης εκφράζουν το λόγο σήματος προς θόρυβο όταν κωδικοποιείται σήμα μέγιστου πλάτους. Ο τελευταίος όρος δηλώνει τη μείωση του SQR όταν κωδικοποιούνται χαμηλότερα πλάτη. Σχήμα SQR γραμμικής παλμοκωδικής διαμόρφωσης Το σύστημα της ομοιόμορφης παλμοκωδικής διαμόρφωσης που περιγράψαμε ως τώρα παρουσιάζει ορισμένες εγγενείς αδυναμίες. Εφόσον όλα τα σήματα προσεγγίζονται με τη μέση τιμή του διαστήματος που αντιστοιχούν, ανεπιθύμητα μικρά σήματα (θόρυβος) του κατώτερου επιπέδου κωδικοποιούνται και αυτά στη μέση τιμή του και αλλοιώνουν έτσι το αναδημιουργούμενο σήμα. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται θόρυβος κενού καναλιού (idle channel noise) και είναι ιδιαίτερα ενοχλητικό. Μια τεχνική για να μειώσουμε το θόρυβο κενού καναλιού είναι η δημιουργία ενός επιπέδου που επικαλύπτει την αρχή των αξόνων (ακόλουθο σχήμα) οπότε τα μικρά σήματα προσεγγίζονται με τη μέση τιμή του διαστήματος αυτού και μηδενίζονται. Η τεχνική αυτή δίνει περιττό αριθμό επιπέδων κβάντισης : Q = 2 n 1. 51

52 Σχήμα Αντιμετώπιση του θορύβου κενού καναλιού Σε ένα γραμμικό PCM σύστημα το μέγεθος των διαστημάτων κβάντισης καθορίζεται από το λόγο SQR που επιθυμούμε να δίνει το μικρότερο πλάτος σήματος που πρόκειται να κωδικοποιηθεί. Εφόσον ορίσουμε τα διαστήματα κβάντισης τότε όλα τα πλάτη σήματος κωδικοποιούνται με βάση τα διαστήματα αυτά. Ο λόγος σήματος προς θόρυβο μεγαλώνει όσο μεγαλώνει το πλάτος του σήματος. Επομένως το γραμμικό σύστημα PCM δίνει υπερβολικά καλό λόγο για μεγάλα πλάτη. Το σήμα ομιλίας όμως κυμαίνεται συνήθως σε χαμηλά πλάτη. Για αυτό η γραμμική κωδικοποίηση αποδεικνύεται μη αποδοτική τεχνική. Επιπλέον η αίσθηση της έντασης του ήχου από το αυτί μας δεν ακολουθεί γραμμική σχέση αλλά λογαριθμική. Επομένως θεωρήθηκε σκόπιμο να εφαρμοσθούν μη γραμμικές τεχνικές κωδικοποίησης της φωνής, όπου η απόσταση των επιπέδων κβάντισης να είναι μικρή για μικρά πλάτη και μεγαλύτερη για τα μεγαλύτερα. Τα μεγάλα πλάτη συμπιέζονται (compression) στον πομπό ενώ στη διάταξη αναπαραγωγής του σήματος εκτείνονται πάλι στην κανονική τους μορφή (expansion). Η τεχνική αυτή ονομάζεται companding. Το παρακάτω σχήμα δείχνει όλη τη διαδικασία συμπίεσης - επέκτασης. Σχήμα Σύστημα μη γραμμικής κωδικοποίησης Το σήμα πρώτα συμπιέζεται σε μη γραμμικό στοιχείο και κατόπιν διέρχεται μέσω γραμμικού κωδικοποιητή. Τώρα τα διαστήματα κβάντισης είναι περίπου ανάλογα του πλάτους του σήματος και ο λόγος σήματος προς θόρυβο διατηρείται σταθερός για όλα τα πλάτη σήματος. Διάφορες χαρακτηριστικές συμπίεσης-επέκτασης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υλοποίηση μη 52

53 γραμμικών κωδικοποιητών. Οι πιο γνωστές είναι ο μ-κανόνας (μ-law) και ο κανόνας Α (A-law). Η διαφορά της λογαριθμικής αντιστοίχησης από την ομοιόμορφη, έγκειται στο πλεονέκτημα της πρώτης να αντιστοιχεί περισσότερες στάθμες στις χαμηλές συχνότητες και λιγότερες στις υψηλές. Στις χαμηλές συχνότητες περιέχεται το μεγαλύτερο ποσοστό της πληροφορίας που μας ενδιαφέρει ενώ στις υψηλότερες παρουσιάζεται το πρόβλημα του υψίσυχνου θορύβου. Χρησιμοποιώντας την λογαριθμική κωδικοποίηση έχουμε καλύτερη αναπαράσταση του σήματος και ταυτόχρονα επιτυγχάνουμε συμπίεση. Χρησιμοποιώντας 8 bits και λογαριθμική κωδικοποίηση καλύπτουμε το ίδιο εύρος τιμών με ομοιόμορφη PCM κωδικοποίηση 14 bits. Πρόκειται για μία συμπίεση της τάξης του 1,75 προς 1. Για την κωδικοποίηση φωνής με δειγματοληψία 8 bits και για την μετάδοση ενός μόνο καναλιού απαιτείται εύρος ζώνης 64Kbps. Ο μ-κανόνας και ο α-κανόνας έχουν τυποποιηθεί από το διεθνή τηλεπικοινωνιακό φορέα ITU-Τ (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector) στο πρότυπο G.711, "Pulse Code Modulation (PCM) of voice frequencies." Το πρότυπο αυτό είναι μέρος των γενικής σύστασης H.320, H.321, H.322, H323 του ίδιου οργανισμού για την τυποποίηση της τηλεδιάσκεψης. Ο μ-κανόνας χρησιμοποιείται κυρίως σε δίκτυα ISDN (Integrated Services Digital Network) κυρίως στην Βόρεια Αμερική και την Ιαπωνία ενώ ο α-κανόνας χρησιμοποιείται στα ΙSDN στις υπόλοιπες χώρες. Μαζί ο PCMU και ο PCMΑ κώδικας αναφέρονται ως G.711 κώδικες συμπίεσης. Οι βασικές διαφορές ανάμεσα στους δύο κώδικες είναι η δειγματοληψία και το δυναμικό εύρος. Στα πλεονεκτήματα του κώδικα στμπεριλαμβάνονται η ακριβής μετάδοση της φωνής και το μικρό κόστος σε επεξεργασία (processing). Τα μειονεκτήματα που υπάρχουν όμως είναι η κακή απόδοση του δικτύου και η απαίτηση για μεγάλο εύρος ζώνης. Ωστόσο η διαφορά στην ποιότητα ομιλίας είναι πολύ μικρή. Και οι δύο παρέχουν υψηλή ποιότητα. Η PCMA κάνει καλύτερη και ακριβέστερη κωδικοποίηση αλλά η ποιότητα σήματος PCMU είναι καλύτερη. Ο ιδανικός θόρυβος στο κανάλι κωδικοποιείται καλύτερα στην PCMU κωδικοποίηση G.722 O G.722 είναι wideband κώδικας. Η wideband κωδικοποίηση χρησιμοποιείται μόνο αν η κλήση είναι αποκλειστικά ανάμεσα σε voip τερματικά και δεν δρομολογείται η κλήση μέσα από pstn. Στην wideband oμιλία η επεξεργασία του σήματος μπορεί να γίνει για συχνότητες από Hz και η κωδικοποίηση στα 16 ΚΗz. H κλασική pstn ομιλία περιορίζει το εύρος του αναλογικού σήματος στα Hz. H διεύρυνση σε μικρότερες συχνότητες Hz παρέχει φυσικότητα και άνεση στην ομιλία ενώ η διεύρυνση από τα 3400 Ηz στα 7000 Hz κατανοητή και συνεχή διαφοροποίηση στην ομιλία. Ο κώδικας αυτός χωρίζει το εύρος συχνοτήτων σε 2 μπάντες. Από και από Hz και εφαρμόζει ADPCM (adaptive differential pulse code modulation) σε κάθε ζώνη. Ο ADPCM εκμεταλλεύεται τον συσχετισμό ανάμεσα στα δείγματα ομιλίας επιτυγχάνοντας καλύτερη ποιότητα. Ειδικότερα για την ADPCM κωδικοποίηση: 53

54 Κατά την ADPCM κωδικοποίηση υπολογίζεται η διαφορά μεταξύ της πραγματικής τιμής του δείγματος και της τιμής που είχε προβλεφτεί και κωδικοποιείται. Η διαφορά απαιτεί λιγότερα bits (συνήθως 4) για να αναπαρασταθεί και με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται συμπίεση. Η συμπίεση αυτή είναι 2:1 σε σύγκριση με αυτή που δίνει ο μ-κανόνας και ο α-κανόνας. Υπάρχουν διάφοροι αλγόριθμοι πρόβλεψης της γειτονικής τιμής. Η κωδικοποίηση αυτή έχει τυποποιηθεί από τον ITU σε μια σειρά συστάσεων των οποίων η διαφορά έγκειται στον τρόπο πρόβλεψης της τιμής καθώς και στα bits που χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση της διαφοράς. Ο κώδικας λειτουργεί με 3 ρυθμούς κωδικοποίησης:στα 64 kbps (που δίνει και τη μέγιστη ποιότητα σαν του g.711),στα 56 και 48 kbps με χρήση 8 και 16 kbps αντίστοιχα για κανάλι βοηθητικών δεδομένων. Είναι ένα χρήσιμος κώδικας σε σταθερά δίκτυα φωνής ip εφαρμογών όπου το απαιτούμενο εύρος ζώνης τυπικά δεν είναι απαγορευτικό. Επίσης ο G.722 παρουσιάζει βελτίωση στην ποιότητα ομιλίας συγκριτικά με άλλους narrow band codecs όπως ο G G.729 H G.729 οικογένεια κωδίκων είναι πολύ δημοφιλής στις περισσότερες voip υλοποιήσεις. Χρησιμοποιεί ανθρώπινα φωνητικά μοντέλα κατάλληλα για φωνητικά σήματα και δεν κωδικοποιεί κατευθείαν πάνω στο αναλογικό σήμα όπως κάνουν άλλοι κώδικες. Το CELP μοντέλο (code excited linear prediction) συγκρίνει τα σήματα φωνής που λαμβάνει με ένα αναλυτικό μοντέλο φωνής που έχει αποθηκευμένο. Τα χαρακτηριστικά που ταιριάζουν καλύτερα στο αναλυτικό μοντέλο μεταδίδονται. Ο αποκωδικοποιητής χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά αυτά για να ανασυνθέσει τα φωνητικά σήματα,εξάγει τα σημαντικά στοιχεία για την πληροφορία που μεταφέρει το σήμα ομιλίας από τη κυματομορφή χρόνου του σήματος και όχι από το φάσμα ισχύος, όπως οι άλλοι κωδικοποιητές. Επίσης υπολογίζει το σφάλμα μεταξύ των παραμέτρων του πραγματικού φωνητικού σήματος και των παραμέτρων του αναλυτικού μοντέλου φωνής που χρησιμοποιεί. Εκτός από τις βέλτιστες παραμέτρους μεταδίδει και το σφάλμα κωδικοποιημένο. Για κάθε πλαίσιο 10 ms εξάγει αυτές τις παραμέτρους ώστε στο τέλος να παραχθεί το καλύτερο αποκωδικοποιημένο σήμα. Αυτές οι παράμετροι κωδικοποιούνται και μεταδίδονται σαν δεδομένα στη voip εφαρμογή. Στα πλεονεκτήματα του κώδικα συγκαταλέγονται η χαμηλή καθυστέρηση της συμπίεσης των δεδομένων ομιλίας και η απαίτηση για χαμηλό εύρος ζώνης. Μειονέκτημα του κώδικα είναι ότι οριακά παρατηρείται μείωση στην ποιότητα ομιλίας και ότι για την χρήση του κώδικα απαιτείται άδεια χρήσης. 54

55 55

56 Κεφάλαιο 3 Ποιότητα Υπηρεσίας VoIP & Πειραματική Διάταξη 3.1 Ποιότητα υπηρεσίας VoIP (QoS-Quality of Service) Η παραδοσιακή PSTN τηλεφωνία προσέφερε και προσφέρει στους χρήστες υψηλή ποιότητα επικοινωνίας. Είναι λοιπόν επόμενο να περιμένουν και από τη σχετικά νέα μέθοδο επικοινωνίας να παρέχει αν όχι καλύτερη την ίδια ποιότητα με αυτή που χρόνια είχαν συνηθίσει. Στα PSTN συστήματα η φωνή είναι κατανοητή, αναγνωρίσιμη, φυσική με λίγες ενοχλητικές διακοπές. Χρησιμοποιεί για συμπίεση τον G.711 μ-law και A-law κώδικα και στη συνέχεια τα συμπιεσμένα bits στέλνονται πάνω σε ένα καταμερισμού χρόνου πολυπλεγμένο (TDMA) interface. Στη voip τηλεφωνία χρησιμοποιείται επίσης ο G.711 κώδικας ανάμεσα σε άλλους κώδικες αλλά αντί για tdm bits στέλνονται πακέτα ip στο δίκτυο. Με αυτό τον κώδικα οι ποιότητες των 2 συστημάτων μπορεί να είναι συκρίσιμες. Αλλά το VoIP χρησιμοποιεί και άλλους κώδικες υψηλής συμπίεσης όπως οι G.729 ΑΒ, G Α που ρίχνουν την ποιότητα. Γι αυτό θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει πρόσθετες υλοποιήσεις προκειμένου να παρέχει συγκρίσιμη PSTN ποιότητα. Στις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες που βασίζονται στη μετάδοση φωνής, ο πιο σημαντικός παράγοντας αξιολόγησης της υπηρεσίας είναι η προσλαμβανόμενη ποιότητα ομιλίας (perceived speech quality), καθώς είναι αυτό που τελικά αντιλαμβάνεται ο χρήστης (mouth to ear quality). Όταν η επικοινωνία είναι αμφίδρομη, όπως συμβαίνει με μια VoIP συνδιάλεξη, τότε κριτήριο αξιολόγησης είναι η ποιότητα της συνομιλίας. Η ποιότητα της συνομιλίας εξαρτάται όχι μόνο από την προσλαμβανόμενη ποιότητα φωνής αλλά και από άλλους παράγοντες που επηρεάζουν την διαδραστικότητα μιας συνομιλίας 3.2 Παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα ομιλίας VoIP Τα πέντε κύρια στοιχεία που επηρεάζουν την ποιότητα του VoIP είναι : 1. Delay 2. Jitter 3. Echo 4. Packet loss 5. Voice compression 3.2.1Delay Ως καθυστέρηση (delay) ορίζουμε τον παραπάνω χρόνο από τον κανονικό που παίρνει ένα πακέτο για να μεταδοθεί μέσα στο δίκτυο και να φτάσει τον προορισμό του. 56

57 Η ITU (International Telecommunication Union) καθορίζει τα όρια της καθυστέρησης για one way μετάδοση και πιο συγκεκριμένα με χρήση echo canceller ( ακυρωτή ηχούς). Οι συστάσεις γίνονται για επικοινωνία σε εθνικό και διεθνές επίπεδο που η χρήση echo canceller είναι απαραίτητη και όχι π.χ για ένα τοπικό εταιρικό δίκτυο. Η χρήση echo canceller επιβάλλεται όταν η one way καθυστέρηση ξεπερνά τα 25 ms. Ο πίνακας των συστάσεων δίνεται παρακάτω: ms : αποδεκτή καθυστέρηση ms : αποδεκτή αλλά με επίδραση στην ποιότητα συνομιλίας 400 ms- : μη αποδεκτή για την εφαρμογή του voip Η καθυστέρηση χωρίζεται σε ένα σταθερό μέρος που προστίθεται κατευθείαν στην επικοινωνία και ένα μεταβαλλόμενο που επηρεάζεται από τις συνθήκες του δικτύου και τις ενδιάμεσα ενεργές συσκευές που παρεμβάλλονται από την εκκίνηση στον προορισμό. To σταθερό μέρος αποδίδεται στα χαρακτηριστικά του μέσου μετάδοσης (propagation delay). Η συνολική καθυστέρηση φαίνεται στα σχήματα που ακολουθούν: Σχήμα Αναπαράσταση συνολικής καθυστέρησης στο δίκτυο 57

58 Καθυστέρηση στο σημείο εκκίνησης. Στο σημείο αυτό παρατηρούμε δύο είδη καθυστερήσεων. 1. Το πρώτο είδος καθυστέρησης το εισάγει ο codec (codec delay). Ο codec εκτελεί διάφορες πράξεις με πιο σημαντικές, την κωδικοποίηση της φωνής, την συμπίεση και την τοποθέτηση των δεδομένων φωνής σε πακέτα συγκεκριμένου μήκους(packetization). Συνολικά ο (codec) μπορεί να προκαλέσει καθυστέρηση ως και 35 msec (ανάλογα το είδος του codec). Ακολουθεί ενδεικτικός Πίνακας με είδη codecs και την αντίστοιχη καθυστέρηση που εισάγουν. Το μέγεθος της καθυστέρησης που αναφέρεται, αντιστοιχεί στην παραγωγή ενός δείγματος φωνής. Τώρα εξαρτάται από το αν τα δείγματα φωνής αυτά αποτελούν και ξεχωριστά πακέτα για το δίκτυο μας, για να αντιληφθούμε πλήρως την καθυστέρηση. Αναλυτικά, Πίνακας Eνδεικτική τιμή εισαγωγής καθυστέρησης(ms) για κάθε κώδικα Αναλυτικά, για παράδειγμα, μελετώντας τον codec G.729 (που θεωρείται αυτή τη στιγμή σαν ο πιο ισορροπημένος σε σχέση ποιότητας / απόδοσης και χρησιμοποιείται ευρέως) μπορούμε να αναφέρουμε ότι παράγει κάθε 20 msec 2 δείγματα φωνής των 10 bytes έκαστο, τα οποία συνθέτονται σε ένα πακέτο δεδομένων. Άρα για κάθε πακέτο φωνής που θα εκπέμψουμε στο δίκτυο (ωφέλιμου μεγέθους 20 bytes), η καθυστέρηση θα είναι 20 msec. Στα 20 bytes αυτά αργότερα θα προστεθούν οι headers των ΙΡ/UTP/RTP για να δημιουργηθεί ολοκληρωμένο το πακέτο. Συν το γεγονός ότι ο codec απαιτεί 5 msec ακόμη για look-ahead, δημιουργείται συνολικά μία καθυστέρηση 25 msec για κάθε πακέτο φωνής. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η καθυστέρηση είναι σταθερή. 2.Το δεύτερο είδος καθυστέρησης που παρατηρούμε στο σημείο εκκίνησης προέρχεται από την καθυστέρησή των (ΙΡ πια) πακέτων στην ουρά εξόδου (Output Queuing Delay) του δρομολογητή μας (για παράδειγμα, στην ουρά εξόδου μιας σειριακής σύνδεσης). Αυτό το είδος καθυστέρησης είναι μεταβλητό και πολύ πιο δύσκολο να προσδιοριστεί. Εξαρτάται από πολλούς παράγοντες μεταξύ των οποίων και τα ίδια τα χαρακτηριστικά του δρομολογητή. Πρέπει γενικά να διατηρείται σε επίπεδα κάτω των 10 msec. 3.Καθυστέρηση επεξεργασίας μέσα στο δίκτυο. Σαν καθυστέρηση επεξεργασίας μέσα στο δίκτυο ορίζουμε το χρόνο που θα χρειαστεί το πακέτο να φτάσει από τον δρομολογητή εκκίνησης (αφού 58

59 έχει γίνει η κατάλληλη επεξεργασία και το πακέτο είναι έτοιμο για εκπομπή) στον δρομολογητή προορισμού (μόλις το πακέτο εισαχθεί στην ουρά εισόδου ). Σε αυτό το είδος της καθυστέρησης παίζουν ρόλο 3 παράγοντες: Ο ρυθμός μετάδοσης των δεδομένων μας από το σημείο εκκίνησης προς το δίκτυο (serialization Up-link delay). Ο ρυθμός μετάδοσης από το δίκτυο προς το σημείο προορισμού (serialization Down-link delay). Οι εσωτερικές καθυστερήσεις του ίδιου του δικτύου κορμού (General Network Delay) Είναι φανερό ότι τις καθυστερήσεις αυτές οι οποίες είναι εσωτερικές στο δίκτυο κορμού δεν μπορεί να τις ελέγξει ο απλός χρήστης. Είναι ευθύνη του παροχέα υπηρεσιών, αν πρόκειται για δημόσιο δίκτυο ή του administrator αν πρόκειται για κάποιο μεγάλο ιδιωτικό δίκτυο. Είναι μεταβλητό είδος καθυστέρησης και δύσκολα μετρήσιμο. Φυσικά υπάρχουν πολλοί τρόποι να ελεγχθεί αυτή η καθυστέρηση. Εξαρτάται άμεσα από το είδος του πρωτοκόλλου που χρησιμοποιούμε για το δίκτυο κορμού (π.χ ΙΡ, ΑΤΜ, κλπ), καθώς και από τις ίδιες τις δυνατότητες των συσκευών μας. Είναι το σημείο όπου πρέπει να γίνει πρόβλεψη ώστε το δίκτυο να μπορεί να εξυπηρετεί όλες τις ανάγκες κίνησης τόσο ποιοτικά όσο και ποσοτικά. Όσον αφορά τους δύο πρώτους παράγοντες (ταχύτητα των γραμμών πρόσβασης), ο χρήστης μπορεί να επηρεάσει άμεσα τις καθυστερήσεις αυτές, αφού η ταχύτητα πρόσβασης είναι επιλογή του χρήστη. Αυτό το είδος της καθυστέρησης το ονομάζουμε serialization delay και δεν είναι τίποτε άλλο από το χρόνο που χρειάζεται ένα πακέτο για να εξυπηρετηθεί από έναν δεδομένο ρυθμό μετάδοσης. Το serialization delay μπορεί να γίνει πηγή πολύ μεγάλων καθυστερήσεων, αλλά επειδή είναι σταθερό και προβλέψιμο μπορούμε να το προϋπολογίσουμε. Η καθυστέρηση αυτή είναι συνάρτηση τόσο της ταχύτητας της γραμμής όσο και του μεγέθους του πακέτου. Αν χρησιμοποιήσουμε σαν οδηγό τον παρακάτω πίνακα τότε κατανοούμε το πιθανό μέγεθος του προβλήματος. Πίνακας Αναμενόμενη καθυστέρηση εξαρτημένη από το μέγεθος του πακέτου και το εύρος ζώνης της γραμμής μετάδοσης Παρατηρούμε λοιπόν ότι ένα πακέτο 1500 bytes (σε μία γραμμή ΤΙ (1536 kbps) χρειάζεται 7.5 msec για να φτάσει στον προορισμό του (απέναντι ενεργή συσκευή). 59