Σχεδιασµός και Ανάπτυξη Υπηρεσίας Τηλεφωνίας VoIP στο Ασύρµατο ίκτυο Φοιτητών και ιασύνδεση. µε το Τηλεφωνικό ίκτυο του Πανεπιστηµίου Αιγαίου

Transcript

1 Σχεδιασµός και Ανάπτυξη Υπηρεσίας Τηλεφωνίας VoIP στο Ασύρµατο ίκτυο Φοιτητών και ιασύνδεση µε το Τηλεφωνικό ίκτυο του Πανεπιστηµίου Αιγαίου Η ιπλωµατική Εργασία παρουσιάστηκε ενώπιον του ιδακτικού Προσωπικού του Πανεπιστηµίου Αιγαίου Σε Μερική Εκπλήρωση των Απαιτήσεων για το ίπλωµα του Μηχανικού Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστηµάτων Των ΑΝΤΩΝΟΠΟΥΛΟΥ ΑΓΓΕΛΟΥ ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΙ Η ΠΕΤΡΟΥ ΕΑΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ 2007 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

2 Η ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Ι ΑΣΚΟΝΤΩΝ ΕΓΚΡΙΝΕΙ ΤΗ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΑΝΤΩΝΟΠΟΥΛΟΥ ΑΓΓΕΛΟΥ ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΙ Η ΠΕΤΡΟΥ ΡΟΥΣΚΑΣ ΑΓΓΕΛΟΣ, Επιβλέπων 21/09/2007 Τµήµα Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστηµάτων ΑΝΑΓΝΩΣΤΟΠΟΥΛΟΣ ΙΩΑΝΝΗΣ, Μέλος Τµήµα Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστηµάτων ΜΑΓΚΛΟΓΙΑΝΝΗΣ ΗΛΙΑΣ, Μέλος Τµήµα Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστηµάτων ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΕΑΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ 2007

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Οι ασύρµατες επικοινωνίες αποτελούν ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια έναν από τους πλέον γοργά αναπτυσσόµενους τοµείς της τεχνολογίας. Μία σειρά από συστήµατα ασυρµάτων επικοινωνιών, µε πιο χαρακτηριστικά παραδείγµατα την κυψελωτή τηλεφωνία και τα ασύρµατα τοπικά δίκτυα, έχουν ήδη επιδράσει καθοριστικά στον τρόπο που επικοινωνούµε και συνδιαλεγόµαστε, ενώ στο προσεχές µέλλον καινούργια συστήµατα, όπως για παράδειγµα τα ασύρµατα αδόµητα δίκτυα και τα ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων, αναµένεται να αλλάξουν ακόµα περισσότερο την καθηµερινότητά µας. Η υπηρεσία Voice over IP (VoIP) χρησιµοποιεί το πρωτόκολλο του ιαδικτύου (Internet Protocol) για να µεταφέρει τηλεφωνικές συνοµιλίες, µετατρέποντας τη φωνή σε πακέτα δεδοµένων. Παράλληλα, η υπηρεσία Voice over IP αποτελεί µέρος των υπηρεσιών µετάδοσης σε πραγµατικό χρόνο, η οποία τείνει να αντικαταστήσει τη συµβατική τεχνολογία του τηλεφώνου ανατρέποντας τα δεδοµένα και τις τιµές των τηλεφωνικών υπηρεσιών παγκοσµίως. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωµατικής εργασίας, σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε υπηρεσία Voice over Internet Protocol στο Ασύρµατο ίκτυο Φοιτητών Πανεπιστηµίου Αιγαίου (ASWN), η οποία εξυπηρετεί τους χρήστες του Ασύρµατου ικτύου, καθώς και όλους τους χρήστες του Πανεπιστηµίου Αιγαίου συµπεριλαµβανοµένου ιοικητικού και ιδακτικού Προσωπικού. Η υπηρεσία διασυνδέεται µε το τηλεφωνικό κέντρο του Πανεπιστηµίου µέσω ειδικής πύλης, ούτως ώστε να παρέχεται η δυνατότητα στους χρήστες να επικοινωνούν χωρίς κόστος µε το κτίριο του Πανεπιστηµίου και υπό προϋποθέσεις µε το ηµόσιο Τηλεφωνικό ίκτυο Μεταγωγής (PSTN) του ΟΤΕ. Στο παρόν κείµενο καταγράφονται και αναλύονται όλα τα θέµατα που σχετίζονται µε τη µελέτη, το σχεδιασµό και την ανάπτυξη της VoIP υπηρεσίας και περιγράφονται λεπτοµερώς οι λύσεις που υιοθετήθηκαν και υλοποιήθηκαν. Αρχικά, γίνεται µία αναφορά στα πρότυπα ασύρµατης µετάδοσης που χρησιµοποιούνται σε ασύρµατα τοπικά και µητροπολιτικά δίκτυα. Στην συνέχεια γίνεται αναφορά στα σηµαντικότερα πρωτόκολλα που χρησιµοποιούνται στις υπηρεσίες VoIP µε έµφαση στο πρωτόκολλο SIP, καθώς και οι περισσότερο διαδεδοµένοι codecs. Ακολούθως, γίνεται µία εκτενής αναφορά στα στοιχεία και την αρχιτεκτονική του Ασύρµατου Φοιτητικού ικτύου Πανεπιστηµίου Αιγαίου και αναλύεται η αρχιτεκτονική και τα τεχνικά χαρακτηριστικά της υπηρεσίας VoIP που υλοποιήθηκε. Έπειτα, παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα από διάφορες µετρήσεις απόδοσης που πραγµατοποιήθηκαν και αφορούν στην ποιότητα υπηρεσίας (QoS) και στην χρησιµοποίηση των πόρων του συστήµατος. Τέλος, παρουσιάζονται όλες οι ρυθµίσεις που έλαβαν χώρα στον εξυπηρετητή και στην πύλη µε την οποία γίνεται η διασύνδεση µε το κτίριο του Πανεπιστηµίου, καθώς και ένας οδηγός εγκατάστασης λογισµικού για τους χρήστες που επιθυµούν να συµµετάσχουν στην υπηρεσία. ΑΝΤΩΝΟΠΟΥΛΟΣ ΑΓΓΕΛΟΣ ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΙ ΗΣ ΠΕΤΡΟΣ Τµήµα Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστηµάτων ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ 2007 ii

4 ABSTRACT During the last two decades, wireless communications have become one of the most growing technological sectors of our society. A series of wireless communication technologies, e.g. cellular telephony and wireless local networks, have already altered the way we communicate and work, while in the not so far future, new wireless systems, like mesh networks and sensor networks, are expected to even further change our everyday life. VolP service transfers voice over internet protocol by transforming analog signals into IP packets. Furthermore, it is a real-time service which tends to replace the traditional telephony. A VoIP service over ASWN was designed and deployed during the diploma work, in order to cover the communication needs of the WLAN s users. There is also an interconnection between the VoIP server and the Aegean University s call center via an FXO Gateway, so that users are able to communicate with the University s building and under special circumstances with PSTN. In this diploma thesis, all subjects related to the design and development of VoIP service are outlined and analysed. Initially, we present the wireless transmission models used in wireless local and metropolitan networks, emphasizing in protocols which leads in wireless communications. In the sequel, we present the most widespread protocols and codecs in the VoIP technology, focusing on SIP protocol, which is the present and the future of VoIP protocols. After that, there is a presentation of the Aegean Student Wireless Network and a brief description of its contents. Next, we present the architecture of the VoIP service that was deployed and some performance measurements related to Quality of Service and Server Utilization. Finally, there are three appendices with all the adjustments that took place in the SIP server and in the FXO Gateway, and a guide of VoIP client software to facilitate users to enjoy the benefits of VoIP service. ANTONOPOULOS ANGELOS KARAGIANNIDIS PETROS Department of Information and Communication Systems Engineering UNIVERSITY OF THE AEGEAN 2007 iii

5 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΑΦΙΕΡΩΣΕΙΣ Ευχαριστούµε ιδιαίτερα τον επιβλέποντα της διπλωµατικής µας εργασίας κ. Ρούσκα Άγγελο, Επίκουρο Καθηγητή του Τµήµατος Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστηµάτων του Πανεπιστηµίου Αιγαίου για την υποστήριξη, την καθοδήγηση και τη συνεχή συνεργασία κατά τη διάρκεια της εκπόνησης της διπλωµατικής εργασίας. Ευχαριστίες οφείλονται στον καλό µας συνάδελφο κ. Μουγκρά Αντώνη ο οποίος µας προσέφερε τη βοήθειά του σε τµήµατα της εργασίας στα οποία είχε εξειδικευµένες γνώσεις, καθώς και στο κέντρο Πληροφορικής του Πανεπιστηµίου για την αρωγή του σε τεχνικά ζητήµατα που προέκυψαν κατά τη διάρκεια της εργασίας. Τέλος, θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε τους γονείς µας για την καθοδήγηση, την υποµονή και την συµπαράστασή τους, καθ όλη την διάρκεια των σπουδών µας. Το µεγαλύτερο µερίδιο της επιτυχούς ολοκλήρωσης της φοίτησης µας, οφείλεται σε εκείνους. iv

6 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ...ii ABSTRACT... iii ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΑΦΙΕΡΩΣΕΙΣ...iv ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ...v ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ... vii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ... viii ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 - Εισαγωγικά για Wi-Fi Πρότυπα Ασύρµατης ικτύωσης Τι είναι το ΙΕΕΕ ; Συµπληρωµατικά Πρωτόκολλα Μη τυποποιηµένα πρωτόκολλα ασύρµατης µετάδοσης Χαρακτηριστικά εφαρµογές προτύπων... 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 - Voice οver Internet Protocol (VoIP) Εισαγωγή στο VοIP VοIP Πρωτόκολλα Η Ανάγκη για VoIP Πρωτόκολλα VοIP Πρωτόκολλα Η SIP Η ιστορία του SIP Το SIP στο ίκτυο Θέση στα Πρωτόκολλα ικτύου Στοιχεία του ικτύου SIP SIP User Agent Πύλες SIP (SIP Gateways) Εξυπηρετητές SIP (SIP Servers) Σύγκριση SIP H MGCP Βασικά χαρακτηριστικά IAX (Inter-Asterisk exchange Protocol) Ιστορία Ασφάλεια ΙΑΧ και ΝΑΤ VoIP Codecs Εισαγωγή Τύποι Codecs VoIP και WiFi Μέγιστος αριθµός ταυτόχρονων κλήσεων στο b Επίδραση Εύρους Ζώνης στο Μέγιστο Αριθµό VoIP Συνδέσεων στο b ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 - Ασύρµατο Φοιτητικό ίκτυο Πανεπιστηµίου Αιγαίου (ASWN) Εισαγωγή στο ΑΦ ΠΑ (ASWN) Αρχιτεκτονική Υλικού Κεντρικός ροµολογητής Εξυπηρετητής Σύστηµα Λειτουργικό Σύστηµα v

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 - Υπηρεσία VoIP στο ASWN Εισαγωγή Αρχιτεκτονική και Στοιχεία ικτύου Χρήστες και Αριθµοδότηση υνατότητες Τρόποι Κλήσης Πρόσθετες Υπηρεσίες VoIP Υπηρεσία Αυτόµατου Τηλεφωνητή (Voic ) Ιστοσελίδα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 - Μετρήσεις Απόδοσης και Ποιότητας Υπηρεσίας VoIP στο ΑSWN Παράγοντες που Επηρεάζουν την Ποιότητα Συνοµιλίας Στατιστικά Στοιχεία Ποιότητας Υπηρεσίας VoIP στο ΑΦ ΠΑ (ASWN) Επίδραση Πλήθους Κλήσεων στην Απόδοση της CPU του SIP Server Εισαγωγή στο SIPp Χρησιµοποιώντας το SIPp ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ I - Asterisk SIP Server Π1.1 Extensions.conf Π1.1.1 Πλαίσια (Contexts) Π1.1.2 Προεκτάσεις (Extensions) Π1.2 Asterisk.conf Π1.3 Cdr_custom.conf Π1.4 Sip.conf ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ Gateway Grandstream Π2.1 Πύλες VOIP Π2.2 FXO / FXS Π2.2.1 Πύλη FXO Π2.2.2 Πύλη FXS Π2.3 Παραµετροποίηση πύλης Grandstream ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙΙ Παραµετροποίηση Softphone (X-Lite) ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙV Ιστοσελίδα Υπηρεσίας ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ / ΠΗΓΕΣ ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ vi

8 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1-1 Συνοπτικός πίνακας ασύρµατων τεχνολογιών... 4 Πίνακας 2-1 Πρωτόκολλα που σχετίζονται µε το Η Πίνακας 2-2 Συνοπτική σύγκριση των πρωτοκόλλων Η.323 και SIP Πίνακας 2-3 Μέγιστος αριθµός VoIP συνδέσεων για διαφορετικούς codecs Πίνακας 4-1 Χαρακτηριστικά Ψηφία Τµηµάτων Πίνακας 4-2 Παραδείγµατα Κλήσεων Πίνακας 5-1 Επικοινωνία δύο χρηστών του ασύρµατου δικτύου υπό καλές καιρικές συνθήκες Πίνακας 5-2 Επικοινωνία δύο χρηστών του ασύρµατου δικτύου υπό άσχηµες καιρικές συνθήκες Πίνακας 5-3 Επικοινωνία χρήστη του κτιρίου Λυµπέρη µε χρήστη του ασύρµατου δικτύου Πίνακας 5-4 Επικοινωνία χρήστη ασύρµατου δικτύου µε χρήστη DSL (768/192 Kbps) Πίνακας 5-5 Στατιστικά στοιχεία επικοινωνίας µε δεσµευµένο εύρος ζώνης Πίνακας 5-6 Παράµετροι εφαρµογής SIPp Πίνακας 5-7 Αποτελέσµατα Προσοµοίωσης SIPp Πίνακας Π1-1 Προεκτάσεις VoIP τηλεφωνικού κέντρου Πίνακας Π2-1 Παράδειγµα ηχοσηµάτων ψηφιακών κέντρων του Σ Τ Μ του ΟΤΕ. 92 vii

9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήµα 1-1 υναµική προσαρµογή ρυθµού µετάδοσης δεδοµένων... 3 Σχήµα 2-1 Στοιχεία του δικτύου H Σχήµα 2-2 Η στοίβα πρωτοκόλλων Η Σχήµα 2-3 Η στοίβα πρωτοκόλλων πολυµέσων διαδικτύου Σχήµα 2-4 Ανταλλαγή SIP µηνυµάτων Σχήµα 2-5 Η θέση του SIP στο δίκτυο Σχήµα 2-6 Τα στοιχεία ενός δικτύου SIP Σχήµα 2-7 Το απλούστερο µοντέλο επικοινωνίας µεταξύ δύο UA Σχήµα 2-8 ίκτυο SIP µε Πύλες Σχήµα 2-9 Αλληλεπίδραση µεταξύ UA, εξυπηρετητών και location service Σχήµα 2-10 ίκτυο SIP που χρησιµοποιεί proxy server Σχήµα 2-11 Παράδειγµα επικοινωνίας µε χρήση redirect server Σχήµα 2-12 Βασική αρχή λειτουργίας του registration server Σχήµα 2-13 Φιλοσοφία του MGCP Σχήµα 2-14 έσµευση εύρους ζώνης από την εφαρµογή x-lite µε τη χρήση του codec G.711 (8 KB/sec, δηλαδή 64Kbps για κάθε ροή της συνοµιλίας) Σχήµα 2-15 Επίδραση του Εύρους Ζώνης στο πλήθος των συνδέσεων Σχήµα 3-1 ιάγραµµα Αρχιτεκτονικής ικτύου Σχήµα 3-2 Φορτίο Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας (Μέτρηση Εβδοµάδας) Σχήµα 3-3 Ελεύθερη Μνήµη (Μέτρηση Εβδοµάδας) Σχήµα 4-1 Αρχιτεκτονική VoIP συστήµατος Σχήµα 5-1 ιασπορά Χρόνου Άφιξης Πακέτων (Jitter) Σχήµα 5-2 Στατιστικά στοιχεία που προκύπτουν από το Wireshark στα δύο άκρα µίας συνοµιλίας. Υπάρχουν 2 ροές σε κάθε χρήστη, όµως αυτή που µας ενδιαφέρει είναι η εισερχόµενη, η οποία παρουσιάζει τα πραγµατικά αποτελέσµατα για το Jitter και την απώλεια πακέτων. Μελετώντας τις 2 εισερχόµενες ροές, αναλύουµε ουσιαστικά ολόκληρη τη συνοµιλία, αφού η εισερχόµενη ροή του χρήστη 1 είναι η εξερχόµενη ροή του χρήστη 2 και το αντίστροφο Σχήµα 5-3 Συγκριτικό διάγραµµα απώλειας πακέτων στις 4 περιπτώσεις που µελετήθηκαν Σχήµα 5-4 Συγκριτικό διάγραµµα Μέσου Jitter στις 4 περιπτώσεις που µελετήθηκαν Σχήµα 5-5 Απώλεια Πακέτων για διαφορετική δέσµευση εύρους ζώνης Σχήµα 5-6 Μέσο Jitter για διαφορετική δέσµευση εύρους ζώνης viii

10 Σχήµα 5-7 Βασική οθόνη SIPp Σχήµα 5-8 ιάγραµµα χρησιµοποίησης Server για διαφορετικό αριθµό κλήσεων Σχήµα Π2-1 Θύρες FXO FXS χωρίς PBX Σχήµα Π2-2 Θύρες FXO FXS µε PBX Σχήµα Π2-3 ιασύνδεση FXO gateway Σχήµα Π2-4 ιασύνδεση FXS gateway Σχήµα Π2-5 Κατάσταση Πύλης Grandstream Σχήµα Π2-6 Βασικές ρυθµίσεις Grandstream Σχήµα Π2-7 Προχωρηµένες ρυθµίσεις Grandstream Σχήµα Π2-8 Ρυθµίσεις FXO γραµµών της πύλης Grandstream Σχήµα Π2-9 Ρυθµίσεις Server µε τον οποίο γίνεται η διασύνδεση Σχήµα Π2-10 Ρυθµίσεις καναλιών επικοινωνίας της Πύλης Grandstream Σχήµα Π3-1 Μενού επιλογών X-Lite Σχήµα Π3-2 Λογαριασµοί SIP Σχήµα Π3-3 Ιδιότητες λογαριασµού SIP Σχήµα Π3-4 Εφαρµογή X-Lite εγγεγραµένη σε κάποιον Server Σχήµα Π3-5 Μενού κλήσεων και επαφών X-Lite Σχήµα Π4-1 Κεντρική Ιστοσελίδα Υπηρεσίας VoIP Σχήµα Π4-2 Ιστοσελίδα µε τις απαραίτητες οδηγίες σύνδεσης Σχήµα Π4-3 Στατιστικά στοιχεία κλήσεων στον SIP εξυπηρετητή Σχήµα Π4-4 Στατιστικά στοιχεία κλήσεων κάθε µήνα Σχήµα Π4-5 Στατιστικά στοιχεία κλήσεων ανά ώρα Σχήµα Π4-6 Λεπτοµέρειες κλήσεων για τα εγγεγραµένα µέλη της υπηρεσίας ix

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 - Εισαγωγικά για Wi-Fi 1.1 Πρότυπα Ασύρµατης ικτύωσης Έως σήµερα έχει αναπτυχθεί ένας αριθµός από ασύρµατες τεχνολογίες. Οι πιο διαδεδοµένες είναι: Bluetooth HomeRF Openair IEEE IEEE HyperLan I & II Κάθε µία έχει διαφορετική εφαρµογή, οπότε µπορούµε να πούµε ότι είναι περισσότερο συµπληρωµατικές µεταξύ τους παρά ανταγωνιστικές. Το Bluetooth και το HomeRF για παράδειγµα είναι σχεδιασµένα για ζεύξεις µικρών αποστάσεων, για σύνδεση µεταξύ συσκευών και των περιφερειακών τους, τα ΙΕΕΕ για την υλοποίηση ασύρµατων τοπικών δικτύων, ενώ το ΙΕΕΕ για την υλοποίηση ευρύτερων ασύρµατων µητροπολιτικών δικτύων. Στον παρόν κείµενο επικεντρωνόµαστε στο και στις διάφορες τεχνολογίες υλοποίησης ασύρµατων δικτύων. 1.2 Τι είναι το ΙΕΕΕ ; Το IEEE είναι µία οικογένεια προτύπων που περιγράφουν τη λειτουργία ασύρµατων τοπικών δικτύων (WLAN, Wireless Local Access Network). Περιγράφονται τα δύο πρώτα επίπεδα του OSI, δηλαδή το φυσικό επίπεδο (PHY, Physical Layer) και το επίπεδο σύνδεσης δεδοµένων (MAC, Medium Access Control). Τα πρωτόκολλα αυτά δηµοσιεύονται από την ΙΕΕΕ γεγονός που είναι σηµαντικό για την διαλειτουργικότητα, δηλαδή την ικανότητα συνεργασίας των συσκευών που ακολουθούν το συγκεκριµένο πρότυπο. Το ΙΕΕΕ περιγράφει µόνο τα δύο κατώτερα επίπεδα του OSI, επιτρέποντας έτσι σε οποιαδήποτε εφαρµογή να εργάζεται πάνω σε συσκευή όπως ακριβώς θα εργαζόταν πάνω 1

12 από Ethernet. Οι συσκευές δηλαδή µεταφέρουν διαφανώς την πληροφορία από τα ανώτερα επίπεδα του OSI. ΙΕΕΕ Εκδόθηκε το 1997 και αποτελεί την πρώτη έκδοση του προτύπου IEEE Καθορίζει δύο µόνο ρυθµούς µετάδοσης δεδοµένων, 1 Mbps και 2 Mbps, για αποστολή µέσω υπέρυθρων σηµάτων ή µέσω τεχνικών FHSS και DSSS στην ISM µπάντα των 2.4 GHz. Η χρήση υπέρυθρης τεχνολογίας αποτελεί τµήµα του προτύπου αλλά δεν έχει υλοποιηθεί. Το αρχικό πρότυπο ορίζει επίσης ως µέθοδο ελέγχου πρόσβασης την χρήση CSMA/CA αλλά αυτό έχει ως αποτέλεσµα την µείωση του συνολικού διαθέσιµου εύρους ζώνης ώστε να επιτευχθεί αξιοπιστία στην εκποµπή δεδοµένων πάνω από εχθρικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Το πρότυπο συµπληρώθηκε πολύ σύντοµα από το b και το γεγονός του ότι τα δίκτυα παρουσιάστηκαν µετά το πρότυπο b είχε ως αποτέλεσµα να µη χρησιµοποιηθεί ευρέως το αρχικό πρότυπο. Ένας ακόµα παράγοντας αποτυχίας ήταν η χαµηλοί προσφερόµενοι ρυθµοί µετάδοσης. ΙΕΕΕ b Το πρότυπο ΙΕΕΕ b που παρουσιάστηκε το 1999 αποτελεί µία επέκταση του αρχικού προτύπου IEEE Παρέχει µέγιστο αριθµό µετάδοσης 11 Mbps και χρησιµοποιεί και αυτό τεχνική CSMA/CA. Λόγω της χρήσης CSMA/CA ο πραγµατικός ρυθµός µετάδοσης που µπορεί να επιτευχθεί είναι 5.9 Mbps πάνω από TCP και 7.1 Mbps πάνω από UDP. Με χρήση κωδικοποίησης CCK υποστηρίζει 5.5 και 11Mbps ενώ µε χρήση µίας προαιρετικής κωδικοποίησης PBCC υποστηρίζει τον ίδιο ρυθµό µετάδοσης µε µία ελαφρώς καλύτερη ευαισθησία δέκτη µε αντίτιµο την πολυπλοκότητα. Η µετάδοση γίνεται στο εύρος συχνοτήτων των 2.4GHz. Είναι το πιο δηµοφιλές από όλα τα πρότυπα και παρουσιάζει την µεγαλύτερη διαλειτουργικότητα, όντας ένα στιβαρό, αποτελεσµατικό και δοκιµασµένο πρότυπο. Οι προσθήκες της τυποποίησης b σε σχέση µε την αφορούν µόνο τον φυσικό τρόπο µετάδοσης, ενώ ο τρόπος πρόσβασης των συσκευών και οι τρόποι λειτουργίας µένουν οι ίδιοι. Μία συσκευή που εργάζεται ακολουθώντας το b, υλοποιεί και τους τρόπους µετάδοσης του και έτσι είναι συµβατή µε αυτό, επιτρέποντας στις συσκευές που υποστηρίζουν το παλαιότερο πρότυπο να λειτουργήσουν στην νέα υποδοµή. 2

13 Σχήµα 1-1 υναµική προσαρµογή ρυθµού µετάδοσης δεδοµένων Οι ασύρµατες κάρτες b υποστηρίζουν ρυθµό µετάδοσης 11 Mbps αλλά µέσω της τεχνολογίας δυναµικής προσαρµογής ρυθµού µετάδοσης µπορούν να µειώσουν τον ρυθµό σε 5.5 Mbps ή ακόµα και σε 2 Mbps ή 1 Mbps ανάλογα µε την ποιότητα της ζεύξης (Σχήµα 1-1). Η λειτουργία αυτή ονοµάζεται Adaptive Rate Selection και βασίζεται στο ότι χαµηλότεροι ρυθµοί µετάδοσης χρειάζονται λιγότερο πολύπλοκες µεθόδους κωδικοποίησης οι οποίες είναι περισσότερο ανεκτικές σε παρεµβολές και εξασθένηση σήµατος. ΙΕΕΕ a Το πρότυπο IEEE a δηµιουργήθηκε το 1999 και αποτελεί µία τροποποίηση - επέκταση του αρχικού προτύπου. Το a χρησιµοποιεί τα ίδια βασικά πρωτόκολλα µε το αρχικό, αλλά λειτουργεί στην µπάντα των 5 GHz, και έχει την δυνατότητα χρήσης διαµόρφωσης OFDM παρέχοντας ρυθµούς µετάδοσης 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 έως 54 Mbps δίνοντας ένα πραγµατικό µέγιστο ρυθµό µετάδοσης περίπου 20 Mbps. Η µετάβαση από υψηλότερους ρυθµούς µετάδοσης σε χαµηλότερους γίνεται µε την ίδια τεχνολογία δυναµικής προσαρµογής ρυθµού µετάδοσης που χρησιµοποιείται και στο πρότυπο b. Λόγω του γεγονότος ότι η µπάντα των 2.4 GHz είναι υπερπλήρης, η χρήση της µπάντας των 5 Ghz δίνει στο a το πλεονέκτηµα των λιγότερων παρεµβολών. Από την άλλη πλευρά όµως, η χρήση υψηλότερων συχνοτήτων έχει το µειονέκτηµα της υψηλότερης απορρόφησης από το περιβάλλον και έτσι καλύπτει µικρότερες αποστάσεις και απαιτεί καθαρότερη οπτική επαφή. 3

14 IEEE g Το g αποτελεί επέκταση στο b ώστε να υποστηρίζει µεγαλύτερους ρυθµούς. Έτσι εκτός από τους ρυθµούς µετάδοσης του b, µε CCK διαµόρφωση, υποστηρίζει και ρυθµούς µέχρι 54Mbps χρησιµοποιώντας OFDM διαµόρφωση. Οι αντίστοιχες συσκευές λειτουργούν στη ζώνη συχνοτήτων των 2.4GHz, διατηρώντας συµβατότητα προς τα πίσω µε το b b a g Μέγιστος ρυθµός µετάδοσης (Mbps) ιαµόρφωση CCK OFDM CCK & OFDM Υποστηριζόµενοι 1,2,5.5,11 6,9,12,18,24,36,48,54 OFDM: ρυθµοί µετάδοσης (Mbps) 6,9,12,18,24,36,48,54 CCK: 1,2,5.5, Συχνότητες (MHz) Πίνακας 1-1 Συνοπτικός πίνακας ασύρµατων τεχνολογιών 1.3 Συµπληρωµατικά Πρωτόκολλα Πέρα των βασικών πρωτοκόλλων η οικογένεια προτύπων περιλαµβάνει έναν αριθµό συµπληρωµατικών προτύπων που προσθέτουν επιπλέον λειτουργικότητα στα ασύρµατα δίκτυα: IEEE c Είναι ένα πρότυπο υποστήριξης της δικτυακής διαλειτουργικότητας και ασχολείται µε την γεφύρωση (bridging) στις συσκευές ασύρµατης δικτύωσης. Η εργασία πάνω στο πρότυπο αυτό έχει ολοκληρωθεί και ενσωµατωθεί στο IEEE d. Το IEEE 4

15 802.11c είναι ένα υποστηρικτικό εργαλείο του IEEE d. Σκοπός του είναι να προσθέσει το βασικό πρότυπο LAN στην εξυπηρέτηση των πλαισίων IEEE d Είναι σύνολο προτύπων ελέγχου των µεθόδων ασύρµατης µετάδοσης. Σήµερα χρησιµοποιούνται στα a, b και g για την παροχή ασύρµατης σύνδεσης. Το πρότυπο d χαρακτηρίζεται ως «πρότυπο παγκόσµιας αρµονίας» αφού χρησιµοποιείται σε χώρες όπου τα συστήµατα ασύρµατης µετάδοσης δεν υποστηρίζουν το πρότυπο ΙΕΕΕ Το πρότυπο περιγράφει τις αναγκαίες απαιτήσεις που πρέπει να περιλαµβάνει το φυσικό επίπεδο ώστε να ικανοποιεί τους ρυθµιστικούς κανόνες που δεν καλύπτονται από τα υπάρχοντα πρότυπα. Με τον τρόπο αυτό διευκολύνεται ο σχεδιασµός και η κατασκευή προϊόντων αφού δεν χρειάζεται να είναι στοχευόµενα σε συγκεκριµένες χώρες. Όταν το πρότυπο d είναι ενεργοποιηµένο σε µία συσκευή ασύρµατης µετάδοσης, τότε αυτή ρυθµίζει την συχνότητα, την ισχύ σήµατος και το µέγιστο ρυθµό µετάδοσης ανάλογα µε τοπικούς ρυθµιστικούς κανόνες που είναι σε ισχύ στην περιοχή. IEEE e Εγκρίθηκε ως πρότυπο το 2005 και ορίζει ένα σύνολο επιπλέον λειτουργιών που έχουν να κάνουν µε την ποιότητα υπηρεσίας (QoS) στο πρότυπο Το πρότυπο e θεωρείται υψηλής σηµασίας για εφαρµογές ευαίσθητες στην καθυστέρηση, όπως το VoIP και το Streaming. Το πρότυπο αυτό εµπλουτίζει το επίπεδο MAC του ΙΕΕΕ IEEE f Ονοµάζεται και IAPP (Inter-Access Point Protocol). Είναι µια συνιστώµενη πρακτική η οποία περιγράφει προαιρετικές επεκτάσεις στο IEEE και παρέχει επικοινωνία µεταξύ σηµείων πρόσβασης διαφορετικών κατασκευαστών. IEEE h Αποτελεί πρότυπο των επεκτάσεων διαχείρισης φάσµατος και ισχύος εκποµπής. Λύνει προβλήµατα όπως παρεµβολές µε δορυφορικά συστήµατα και συστήµατα radar τα οποία χρησιµοποιούν την ίδια συχνότητα των 5 GHz. Αρχικά σχεδιάστηκε 5

16 για την ικανοποίηση των Ευρωπαϊκών κανόνων αλλά τώρα χρησιµοποιείται από πολλές άλλες χώρες. Το πρότυπο αυτό παρέχει δυναµικών επιλογή συχνοτήτων (DFS) και έλεγχο ισχύος εκποµπής (TPC) στο επίπεδο MAC του ΙΕΕΕ 80211a. Το DFS εγγυάται ότι κανάλια τα οποία χρησιµοποιούνται την εκάστοτε χρονική στιγµή από radar θα αποφεύγονται. Το TPC εγγυάται πως η µέση ισχύς είναι µικρότερη από την µέγιστη επιτρεπόµενη για την µείωση των παρεµβολών σε δορυφορικά συστήµατα. IEEE i Ονοµάζεται και WPA2 και αποτελεί επέκταση του MAC επίπεδου του IEEE ώστε να παρέχει ενισχυµένη ασφάλεια. Σχεδιάστηκε για να καλύψει τις αδυναµίες του WEP και χρησιµοποιεί τον αλγόριθµο AES για την κρυπτογράφηση, αυθεντικοποίηση και τον έλεγχο της ακεραιότητας των δεδοµένων. 1.4 Μη τυποποιηµένα πρωτόκολλα ασύρµατης µετάδοσης Εκτός από τους ρυθµούς που υποστηρίζουν τα πρωτόκολλα της IEEE, υπάρχουν αρκετές διαµορφώσεις από αρκετούς κατασκευαστές, οι οποίες υπόσχονται µεγαλύτερους ρυθµούς µετάδοσης. Για παράδειγµα η Texas Instruments υποστηρίζει στα προϊόντα της b ένα τρόπο µετάδοσης που υποστηρίζει 22Mbps, µάλιστα ονοµάζει τα προϊόντα αυτά b+. Επίσης υπάρχουν άλλες επεκτάσεις στο g που υποστηρίζουν ρυθµούς 70 ή και 108Mbps. Οι κατασκευαστές έχουν αυτές τις υλοποιήσεις, έτσι ώστε να οδηγήσουν τον καταναλωτή στην αγορά των δικών τους προϊόντων ή έχουν την προσδοκία ότι η δική τους υλοποίηση µπορεί να γίνει επίσηµο πρότυπο από την IEEE. Εκείνο που πρέπει να θυµάται κανείς είναι ότι οι τρόποι µετάδοσης αυτοί δουλεύουν µόνο µεταξύ αντίστοιχων προϊόντων και ότι δεν υπάρχει καµιά εγγύηση για την διαλειτουργικότητα (όσον αφορά σ αυτούς τους τρόπους λειτουργίας) από τη στιγµή που αυτοί δεν περιλαµβάνονται στα πρότυπα της ΙΕΕΕ. Ταυτόχρονα, η λειτουργία τους πολλές φορές δηµιουργεί πρόβληµα στις υπόλοιπες συσκευές που ακολουθούν τα πιστοποιηµένα πρότυπα της ΙΕΕΕ. Τέλος, η αυξηµένη ταχύτητα που υπόσχονται επιτυγχάνεται σε µικρές αποστάσεις, ενώ όσο αυξάνεται η απόσταση τόσο ελαττώνεται ο ρυθµός µετάδοσης. 6

17 1.5 Χαρακτηριστικά εφαρµογές προτύπων Το αρχικό πρότυπο υποστηρίζοντας χαµηλό ρυθµό µετάδοσης, ανεπαρκή για αρκετές εφαρµογές και έχοντας να ανταγωνιστεί τις λύσεις ενσύρµατης δικτύωσης (ethernet 10/100Mbps) γνώρισε περιορισµένη επιτυχία. Ελάχιστες συσκευές υποστηρίζουν πλέον αποκλειστικά αυτό το πρότυπο. Το b έδωσε µεγαλύτερο ρυθµό µετάδοσης σε σχέση µε το , επαρκή για τον µεγαλύτερο αριθµό εφαρµογών, ενώ είναι παράλληλα συµβατό µε το , προστατεύοντας έτσι την επένδυση σε εξοπλισµό. Η εµβέλεια του είναι ικανοποιητική για τις περισσότερες εφαρµογές. Το g αυξάνει περαιτέρω τους ρυθµούς µετάδοσης, µένοντας συµβατό προς τα πίσω µε το b. Με αυτό το τρόπο ο χρήστης µπορεί σταδιακά να επενδύει σε καινούριο εξοπλισµό, χωρίς να αναγκάζεται να αντικαταστήσει εξ ολοκλήρου τον παλιότερο. Η εµβέλεια του είναι µικρότερη από αυτή του b. Το a υποστηρίζει µεγάλους ρυθµούς µετάδοσης, αλλά εργάζεται στην ζώνη των 5GHz. Λόγω της µεγαλύτερης συχνότητας λειτουργίας η απόσβεση του σήµατος είναι µεγαλύτερη και ως εκ τούτου η εµβέλεια είναι µικρότερη. 7

18 8

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 - Voice οver Internet Protocol (VoIP) 2.1 Εισαγωγή στο VοIP Ο όρος VoIP σηµαίνει ότι η φωνή, ή οποιοδήποτε άλλο είδος ηχητικών δεδοµένων, µεταφέρεται µέσω του Internet Protocol (IP). Το VoIP µπορεί να πραγµατοποιηθεί χρησιµοποιώντας ποικίλα πρωτόκολλα σηµατοδοσίας, ποικίλους αλγόριθµους κωδικοποίησης φωνής και ποικίλα εξαρτήµατα και τηλεφωνικές συσκευές. Στην πραγµατικότητα, ακόµα και η µεταφορά video µέσω IP µπορεί να θεωρηθεί VoIP γιατί από τεχνικής απόψεως δεν είναι πολύ διαφορετική από µια κανονική κλήση VoIP εκτός από τις αυξηµένες απαιτήσεις σε εύρος ζώνης και CPU. Μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα add-on στο VoIP. Το VoIP δεν είναι τόσο καλά καθορισµένο όσο η τηλεφωνία µέσω του δικτύου PSTN. εν έχει καθοριστεί ακόµα ένα παγκόσµιο πρότυπο σηµατοδοσίας και είναι πολύ πιθανή η χρήση περισσότερων του ενός προτύπων τα επόµενα χρόνια. Απλές εφαρµογές VoIP υπάρχουν εδώ και χρόνια και υλοποιήθηκαν σε διαφορετικά εργαλεία άµεσων µηνυµάτων όπως τα ICQ, MSN Messenger, AOL Messenger. Συνήθως, το κάθε εργαλείο χρησιµοποιεί την δική του, ιδιωτική, λύση σηµατοδοσίας. Οι λειτουργίες άµεσων µηνυµάτων και φωνητικής συζήτησης δεν µπορούν να θεωρηθούν ως αντικατάσταση για µια επαγγελµατική σύνδεση PSTN και δεν είναι κατάλληλες για ευρεία χρήση. Παρόλ αυτά, το VoIP έχει ξεπεράσει τα περισσότερα προβλήµατα που παρουσιάστηκαν αρχικά και η χρήση του γίνεται όλο και πιο ευρεία τα τελευταία χρόνια, ενώ αναµένεται να αντικαταστήσει εξολοκλήρου το δίκτυο PSTN τις επόµενες δεκαετίες. Ο ρυθµός µε τον οποίο θα γίνει η µεταφορά αυτή, εξαρτάται από έναν αριθµό παραγόντων. Ο πιο σηµαντικός είναι ίσως ο κύκλος αντικατάστασης προϊόντων των µεγάλων τηλεπικοινωνιακών εταιριών οι οποίες θα υιοθετήσουν αυτή τη νέα τεχνολογία µόνο όταν θα είναι πιο φθηνή από την συντήρηση της υπάρχουσας υποδοµής PSTN. Το VoIP πρέπει να φτάσει ή καλύτερα να ξεπεράσει τα πρότυπα και την άνεση που παρέχονται στο PSTN. Το PSTN υπάρχει εδώ και δεκαετίες και η χρήση του είναι πολύ φυσιολογική και απαραίτητη για τον µέσο καταναλωτή. Το VoIP είναι πολύ 9

20 νεότερο από το PSTN. Η ιδέα υλοποίησής του υπάρχει εδώ και κάποιο χρονικό διάστηµα, αλλά η ευρεία χρήση και ολοκληρωµένη υλοποίησή του έχει µόλις αρχίσει. Αν και είναι πιο λειτουργικό από το PSTN, έχει ακόµα ελλείψεις σε συγκεκριµένους τοµείς όπως στην ευκολία χρήσης. Η ποιότητα της υπηρεσίας (Quality of Service) είναι επίσης ένα άλλο θέµα. Τεχνικά µια κλήση VoIP εκτελείται ως εξής: 1. Ο Analog Digital Converter (ADC) µετατρέπει την αναλογική φωνή σε ψηφιακά σήµατα (bits). 2. Τα bit συµπιέζονται σε µορφή κατάλληλη για την µετάδοση της φωνής, δηλαδή σε πακέτα φωνής (voice packet). 3. Τα πακέτα φωνής ενθυλακώνονται σε πακέτα δεδοµένων χρησιµοποιώντας ένα πρωτόκολλο πραγµατικού χρόνου (συνήθως το RTP). 4. Η πραγµατοποίηση της κλήσης γίνεται µε την χρήση κάποιου πρωτοκόλλου σηµατοδοσίας όπως το Η.323 ή το SIP. 5. Ο παραλήπτης αποσυνθέτει τα πακέτα, εξάγει τα δεδοµένα και τα µετατρέπει σε σήµατα αναλογικής φωνής, τα οποία αποστέλλονται σε κάποιο είδος ηχείου (ηχητικό σύστηµα προσωπικού υπολογιστή, ακουστικά, τηλέφωνο, κτλ). Για να γίνει το VoIP αποδεκτό και επιτυχηµένο πρέπει να παρέχει ισότιµες υπηρεσίες µε αυτές του PSTN. Η ποιότητα της οµιλίας του PSTN µπορεί εύκολα να επιτευχθεί γιατί οι codecs που χρησιµοποιούνται για συµπίεση και µετάδοση µιας τηλεφωνικής κλήσης του PSTN είναι ξεπερασµένα. Όµως, η καθυστέρηση των κλήσεων IP µπορεί να δηµιουργήσει ένα σοβαρό πρόβληµα. Η καθυστέρηση που υπάρχει κατά την εκτέλεση µιας τηλεφωνικής κλήσης VoIP πρέπει να είναι µικρότερη από 0.3 δευτερόλεπτα γιατί σε διαφορετική περίπτωση δεν µπορεί να υπάρξει αποδεκτή συνοµιλία. Λόγω του γεγονότος ότι δεν υπάρχουν παγκόσµιες υλοποιήσεις QoS, δεν µπορεί να εξασφαλισθεί µια µέγιστη καθυστέρηση από τους παρόχους υπηρεσιών VoIP. Ένα άλλο σηµαντικό θέµα είναι η νοµοθεσία στην οποία υπόκεινται οι υπηρεσίες VoIP αφού δεν υπάρχει κανένα σχετικό ευρωπαϊκό ή παγκόσµιο νοµοθετικό πλαίσιο. 10

21 Στην περίπτωση που το VoIP υλοποιηθεί σωστά, µπορεί να έχει πολλαπλά πλεονεκτήµατα ώστε να υπερτερήσει τελικά της τηλεφωνίας PSTN: Μειωµένο κόστος αποµακρυσµένων επικοινωνιών Μείωση του χρόνου για την προσθήκη νέων χρηστών στο δίκτυο µέσα από απλοποιηµένες ρουτίνες, κινήσεις και αλλαγές Οι χρήστες έχουν πρόσβαση σε όλες τις υπηρεσίες του δικτύου, οποιαδήποτε στιγµή έχουν πρόσβαση στο ίδιο το δίκτυο Αντιστάθµιση της αρχικής επένδυσης, καθώς οι επεκτάσεις γίνονται κυρίως µε την προσθήκη τηλεφώνων και µόνο Κεντρική διαχείριση Χρήση των IP τηλεφώνων για εµφάνιση πληροφοριών και µηνυµάτων Εύκολη ενσωµάτωση και χρήση νέων εφαρµογών όπως: Unified Messaging, Call Centres, Web/Mail Collaboration Servers, Personal Assistant Σηµαντική µείωση των δαπανών για τηλεφωνικές συνδιαλέξεις και διαχείριση των λογαριασµών Περιορισµός του συνολικού κόστους λόγω της απουσίας πάγιων τελών και τελών σύνδεσης Απλότητα στη χρήση Όπως είναι φυσικό το κυριότερο επιχείρηµα για την χρήση του VoIP είναι η µείωση του κόστους, που µπορεί να επιτευχθεί στις υπεραστικές κλήσεις και στις κλήσεις προς το εξωτερικό. Οι πολυεθνικές εταιρίες χρησιµοποιούν ήδη IP δίκτυα για µεταφορά διεθνών κλήσεων χωρίς µεγάλο κόστος. Η απλοποίηση θα επιτευχθεί µαζί µε την επίτευξη προτυποποίησης σε έναν ικανοποιητικό βαθµό και θα έχει ως αποτέλεσµα µειωµένες απαιτήσεις σε εξοπλισµό. Για παράδειγµα, µπορεί πολύ εύκολα να σχεδιαστεί ένα κέντρο κλήσεων µε VoIP soft phones στους υπολογιστές των πελατών ώστε να µην είναι απαραίτητες πλέον οι τηλεφωνικές συσκευές. Με την παγιοποίηση διαφορετικών δοµών συστηµάτων είναι πιο εύκολη η διαχείριση και ο εντοπισµός των σφαλµάτων. Είναι επίσης σηµαντικό να σηµειωθεί ότι για την χρήση του VoIP χρειάζεται µόνο ένα δίκτυο και εποµένως ενοποιούνται τα δίκτυα PSTN και IP. Τέλος, το VoIP µπορεί να προσφέρει πολύ περισσότερες εφαρµογές από το τηλεφωνικό σύστηµα PSTN, γεγονός το οποίο θα µπορούσε να είναι ένα καλό επιχείρηµα ώστε οι τελικοί χρήστες να µεταπηδήσουν σε ένα σύστηµα VoIP. Οι εφαρµογές αυτές εµπεριέχουν υποστήριξη για πολυµεσικές εφαρµογές όπως η τηλεφωνία video που αναφέρθηκε παραπάνω και άλλες µορφές υπηρεσιών δεδοµένων όπως η διαχείριση παρουσίας (presence management). 11

22 2.2 VοIP Πρωτόκολλα Στο παρόν κεφάλαιο ερευνούµε την ανάγκη για τα VoIP πρωτόκολλα, αναφέροντας την ιστορία τους καθώς και τις µελλοντικές προοπτικές του καθενός. Θα συζητηθούν τα παρακάτω πρωτόκολλα: H.323 SIP MGCP IAX Μέσω των codecs η αναλογική φωνή µπορεί να µετατραπεί σε ψηφιακό σήµα και να µεταφερθεί µέσω του Internet. Το εύρος ζώνης (bandwidth) σε κάθε τοποθεσία είναι περιορισµένο και το πλήθος των ταυτόχρονων συνοµιλιών που µπορεί να υποστηρίξει µία συγκεκριµένη σύνδεση σχετίζεται άµεσα µε τον τύπο του codec που χρησιµοποιείται. Στη συνέχεια θα εξετάσουµε τις διαφορές των παρακάτω codecs σχετικά µε τις απαιτήσεις του εύρους ζώνης (επίπεδο συµπίεσης) και της ποιότητας: G.711 G.726 G G.729A GSM ilbc Speex MP Η Ανάγκη για VoIP Πρωτόκολλα Η βασική πρόταση του VoIP είναι η ενθυλάκωση των ηχητικών ροών (audio streams) σε κατάλληλα πακέτα για µεταφορά πάνω από δίκτυα βασισµένα στο Πρωτόκολλο ιαδικτύου (Internet Protocol, IP). Οι προκλήσεις για να επιτευχθεί κάτι τέτοιο σχετίζονται µε τον τρόπο που επικοινωνούν οι άνθρωποι. Το σήµα πρέπει να φτάνει στον προορισµό του στην ίδια µορφή µε την οποία µεταδόθηκε και επιπλέον δεν πρέπει να καθυστερεί περισσότερο από 300 milliseconds. Στην περίπτωση που τα 12

23 πακέτα χαθούν ή καθυστερήσουν θα υπάρξει υποβάθµιση στην ποιότητα υπηρεσίας (QoS) της επικοινωνίας. Τα πρωτόκολλα µεταφοράς που χρησιµοποιούνται στο ιαδίκτυο δεν έχουν σχεδιαστεί εξ αρχής µε βάση τις ροές πολυµέσων. Τα τερµατικά σηµεία είτε περιµένουν τα χαµένα πακέτα και απαιτούν την επαναµετάδοσή τους είτε σε ορισµένες περιπτώσεις συνεχίζουν τη λειτουργία τους, αγνοώντας τα χαµένα πακέτα. Σε µία τυπική συνοµιλία φωνής οι συγκεκριµένοι µηχανισµοί δεν εξυπηρετούν καθώς οι συνοµιλίες δεν προσαρµόζονται στην απώλεια λέξεων ούτε στην καθυστέρηση µεταξύ ποµπού και δέκτη. Το παραδοσιακό PSTN σχεδιάστηκε συγκεκριµένα για µετάδοση φωνής και από τεχνικής άποψης ανταποκρίνεται τέλεια στο ρόλο του. Αντίθετα, από άποψη ευελιξίας τα ελαττώµατά του είναι εµφανή ακόµα και σε άτοµα µε περιορισµένη γνώση της τεχνολογίας. Το VoIP υπόσχεται να ενσωµατώσει τις επικοινωνίες φωνής σε όλα τα πρωτόκολλα που χρησιµοποιούνται στα δίκτυα, αφού αρχικά τα προσαρµόσει στις ειδικές απαιτήσεις των συνοµιλιών. Το πρόβληµα µε τη συνοµιλία βασισµένη σε πακέτα προκύπτει από το γεγονός οτι ο τρόπος που µιλάµε είναι τελείως ασύµβατος µε τον τρόπο που το IP µεταδίδει δεδοµένα. Η συνοµιλία αποτελείται από αναµετάδοση µιας ροής φωνής, ενώ τα πρωτόκολλα του Internet σχεδιάζονται ώστε να τεµαχίζουν τα δεδοµένα, να τα ενθυλακώνουν σε πακέτα και στη συνέχεια να τα παραδίδουν στον παραλήπτη µε κάθε πιθανό τρόπο. Έτσι, γίνεται φανερό οτι απαιτείται ένα είδος γεφύρωσης των τεχνολογιών VοIP Πρωτόκολλα Για να µεταδοθούν τα δεδοµένα φωνής πάνω από ένα IP δίκτυο µπορούν να χρησιµοποιηθεί ένας αριθµός πρωτοκόλλων. Στις επόµενες ενότητες περιγράφονται τα πιο διαδεδοµένα πρωτόκολλα του VoIP. 13

24 Η.323 Ένα τυπικό δίκτυο Η.323 αποτελείται από ζώνες που είναι ουσιαστικά τοπικά δίκτυα (LAN s). Αυτά µπορούν να διασυνδεθούν µεταξύ τους σε ένα δίκτυο ευρείας περιοχής (WAN). Κάθε ζώνη περιέχει τις ακόλουθες λειτουργικές οντότητες: Gatekeeper (GK): Κάθε Η.323 LAN έχει ένα µοναδικό GK. Το στοιχείο αυτό διαχειρίζεται τις τερµατικές οντότητες του τοπικού δικτύου. Κάθε τερµατική οντότητα πρέπει να έχει εγγραφεί στον GK ώστε να αναγνωρίζεται ως µέλος του δικτύου. Έτσι µια βασική λειτουργία του είναι η εξακρίβωση / µεταγλώττιση διευθύνσεων (address resolution/translation). Με βάση τις διευθύνσεις αυτές το GK είναι υπεύθυνο και για την αποδοχή ή απόρριψη κλήσεων (call admission / rejection). Επίσης το GK µπορεί να προσφέρει και άλλες διαχειριστικές λειτουργίες όπως διαχείριση του εύρους ζώνης, εντοπισµό των gateways κ.τ.λ. Το GK είναι προαιρετικό στοιχείο σε ένα Η.323 δίκτυο. Gateway (GW): Το GW είναι ένα τερµατικό λειτουργικό στοιχείο που προσφέρει έλεγχο κλήσης (call control) και έλεγχο φέροντος (bear control). Έτσι οι βασικές λειτουργίες που επιτελεί είναι η µεταγλώττιση σηµατοδοσίας (signaling translation), η κωδικοποίηση της πληροφορίας (encoding) και ο σχηµατισµός της σε πακέτα (packetization) έτοιµα να µεταδοθούν πάνω από το IP δίκτυο. Kάθε GW πρέπει να εγγράφεται στον τοπικό GK έαν αυτός είναι διαθέσιµος. Έτσι µέσω αυτού η διεύθυνση του γίνεται γνωστή σε όλα τα στοιχεία του τοπικού δικτύου αλλά και σε GK άλλων τοπικών δικτύων (µέσω της επικοινωνίας των δύο GK s). Multipoint Control Units (MCU): Είναι στοιχεία του δικτύου που επιτρέπουν τη συµµετοχή τριών ή περισσοτέρων τερµατικών στοιχείων σε µία σύνοδο. H.323 Terminals (ΤΕ): Tα Η.323 τερµατικά είναι στοιχεία του δικτύου τα οποία προσφέρουν επικοινωνία πραγµατικού χρόνου µε gateways ή µε MCU s. Κάθε Η.323 τερµατικό πρέπει να έχει εγγραφεί στο τοπικό gatekeeper αν αυτός είναι διαθέσιµος. Κάθε τερµατικό µπορεί να εγκαταστήσει µία κλήση απευθείας σε ένα άλλο τερµατικό ή µε τη βοήθεια ενός gatekeeper. 14

25 Σχήµα 2-1 Στοιχεία του δικτύου H.323 To πρωτόκολλο Η.323 έχει δυαδική µορφή (σε αντίθεση µε άλλα πρωτόκολλα που συναντούµε στον κόσµο του διαδικτύου) και είναι βασισµένο στο Abstract Syntax Notation One (ASN.1) και στο Packet Encoding Rules (PER). Το Η.323 βασίζεται σε επιµέρους πρωτόκολλα για να επιτελέσει τις διάφορες λειτουργίες του. Για το λόγο αυτό συχνά ανάφερεται και ως στοίβα πρωτοκόλλων Η.323. Αυτά είναι: Registration Admission and Status (RAS ή Η.225 ): To RAS είναι ένα πρωτόκολλο που χρησιµεύει στην αλληλεπίδραση µεταξύ ενός gatekeeper και ενός τερµατικού στοιχείου (TE ή GW). Χρησιµοποιείται από τις τερµατικές οντότητες του Η.323 προκειµένου αυτές να εκτελέσουν εργασίες εγγραφής / διαγραφής (register / unregister) στο gatekeeper, να αιτηθούν / απολύσουν µια νέα / εγκατεστηµένη κλήση ή να δεσµεύσουν εύρος ζώνης. Επίσης ένα GK µπορεί να χρησιµοποιήσει το RAS προκειµένου να διαπιστώσει την κατάσταση ενός εγγεγραµµένου σε αυτό τερµατικό στοιχείο, ή ακόµα και για να επικοινωνήσει µε άλλα GK σε άλλες ζώνες προκειµένου να εντοπίσει διευθύνσεις (address resolution) τερµατικών στοιχείων που δεν ανήκουν στο LAN. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η επικοινωνία Η.323 ΤΕ µε άλλα που δε βρίσκονται στο ίδιο τοπικό δίκτυο. Το RAS χρησιµοποιείται σε ένα τοπικό Η.323 µόνο όταν υπάρχει gatekeeper σε αυτό. 15

26 Q.931 ή Q.2931: Tο πρωτόκολλο Q.931 χρησιµοποιείται για την εγκατάσταση µιας κλήσης µεταξύ δύο H.323 τερµατικών. To Q.931 εξασφαλίζει τη διαλειτουργικότητα µε τα δίκτυα PSTN / ISDN αφού ήδη χρησιµοποιείται σε αυτά. Μόνο ένα υποσύνολο του Q.931 χρησιµοποείται από το Η.323. H.245: Αυτό το πρωτόκολλο της σειράς Η χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της σύνδεσης. Μέσω αυτού τα τερµατικά ανταλλάσουν πληροφορίες σχετικά µε τα είδη των πολυµέσων που θα χρησιµοποιηθούν και τις δυνατότητες αυτών. Real Time Transport Protocol (RTP) Real Time Control Protocol (RTCP) : Χρησιµοποιείται από το Η.323 για τη µεταφορά των πακέτων δεδοµένων VoIP. Το RTP είναι χτισµένο πάνω από το User Datagram Protocol (UDP) λόγω του γεγονότος ότι η ταχύτητα και οι απώλειες µετάδοσης είναι ένα σηµαντικό στοιχείο για τις H.323 εφαρµογές. To RTCP χρησιµοποιείται για το άνοιγµα, τον έλεγχο και την απελευθέρωση των λογικών καναλιών µέσω των οποίων θα µεταδοθούν τα πακέτα δεδοµένων. Η.450: Η οικογένεια πρωτοκόλλων Η.450 προσδιορίζει τις υπηρεσίες που µπορούν να προσφέρουν τα Η.323 δίκτυα. Η πρώτη έκδοση του Η.323 προσδιόριζε µόνο το βασικό έλεγχο κλήσης και τη σηµατοδοσία για την εγκατάσταση συνόδων τριών ή περισοτέρων µελών µέσω MCU s. Στη δεύτερη έκδοση (Η.323v.2) χρησιµοποιείται η οικογένεια πρωτοκόλλων Η.450 για να προσδιορίσει επιπρόσθετες λειτουργίες των Η.323 δικτύων. Έτσι για παράδειγµα στην δεύτερη έκδοση το Η προδιαγράφει γενικές λειτουργικές διαδικασίες, το Η τη µεταφορά κλήσης, το Η την εκτροπή κλήσης. Στην τρίτη έκδοση (Η.323v.3) προστέθηκαν τα Η για κράτηση κλήσης, Η για παύση κλήσης, Η για αναµονή κλήσης κ.ο.κ. Η τέταρτη έκδοση του Η.323 περιέχει και άλλες επιπροσθετες υπηρεσίες που προκαθορίζονται απο αντίστοιχα Η.450 πρωτόκολλα. Η.235: To H.235 είναι ένα πρωτόκολλο της σειράς Η που προδιαγράφει θέµατα ασφάλειας (security) σε συνόδους πολυµέσων. 16

27 Σχήµα 2-2 Η στοίβα πρωτοκόλλων Η.323 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Η.225 Εγγραφή, πρόσβαση, κατάσταση (RAS) και σηµατοδοσία κλήσεων Η.245 Σηµατοδοσία ελέγχου (έλεγχος πολυµέσων) Τ.120 Γραφική επικοινωνία πολλαπλών σηµείων G.7xx H.26x Codec ήχου Codec βίντεο RTP Πρωτόκολλο Μεταφορά σε Πραγµατικό Χρόνο (RFC 3550) RTCP Πρωτόκολλο Ελέγχου RTP H.235 Ιδιωτικότητα και κρυπτογράφηση H.450 Συµπληρωµατικές υπηρεσίες Πίνακας 2-1 Πρωτόκολλα που σχετίζονται µε το Η SIP Το SIP (Session Initiation Protocol Πρωτόκολλο Έναρξης Περιόδου Εργασίας) είναι ένα πρωτόκολλο ελέγχου του επιπέδου εφαρµογής το οποίο αναπτύχθηκε και σχεδιάστηκε από την IETF. Το πρωτόκολλο σχεδιάστηκε έχοντας ως στόχο την εύκολη υλοποίηση, την καλή εξελιξιµότητα και την ευελιξία. 17

28 Οι προδιαγραφές περιγράφονται στο RFC Το πρωτόκολλο χρησιµοποιείται για τη δηµιουργία, την τροποποίηση και τον τερµατισµό συνόδων µεταξύ των συµµετεχόντων. Στην περίπτωση του SIP η σύνοδος περιλαµβάνει ένα ζευγάρι αποστολέα και παραλήπτη που επικοινωνούν µεταξύ τους και τις καταστάσεις στις οποίες µπορούν να βρεθεί το παραπάνω ζεύγος κατά τη διάρκεια της επικοινωνίας. Παραδείγµατα τέτοιων συνόδων αποτελούν οι τηλεφωνικές κλήσεις µέσω Internet, η διανοµή πολυµέσων, οι πολυµεσικές διασκέψεις, τα κατανεµηµένα ηλεκτρονικά παιχνίδια κ.ά. Σχήµα 2-3 Η στοίβα πρωτοκόλλων πολυµέσων διαδικτύου Η ιστορία του SIP Το SIP αναπτύχθηκε αρχικά από το Multi-Party Multimedia Session Control Working Group της IETF, γνωστό και ως MMUSIC. Η έκδοση 1.0 υποβλήθηκε ως internetdraft το Οι σηµαντικές αλλαγές που έγιναν στο πρωτόκολλο οδήγησαν στην έκδοση 2.0, η οποία υποβλήθηκε ως internet-draft το Το πρωτόκολλο πέτυχε το επιθυµητό επίπεδο προτυποποίησης τον Μάρτιο του 1999 και δηµοσιεύτηκε ως RFC 2543 τον Απρίλιο του Το Σεπτέµβριο του 1999, ιδρύθηκε η οµάδα εργασίας του SIP από την IETF για να ανταποκριθεί στο αυξανόµενο ενδιαφέρον για το πρωτόκολλο. Τον Ιούλιο του 2000 δηµοσιεύτηκε ένα internet-draft που περιείχε επιδιορθώσεις σφαλµάτων και επεξηγήσεις το οποίο αναφέρεται ως RFC 2543 bis. 18

29 Το έγγραφο δηµοσιεύτηκε τελικά ως RFC 3261, το οποίο αντικαθιστά την αρχική προδιαγραφή RFC Επιπλέον, δηµοσιεύτηκαν αρκετά έγγραφα RFC που επεκτείνουν το SIP. Η δηµοτικότητα του SIP στην IETF οδήγησε στο σχηµατισµό άλλων οµάδων εργασίας σχετικές µε το SIP. Η οµάδα εργασίας Session Initiation Protocol INvestiGation (SIPING) δηµιουργήθηκε για να ερευνήσει τις εφαρµογές του SIP, να αναπτύξει τις απαιτήσεις των επεκτάσεών του και να εκδώσει τα έγγραφα των βέλτιστων τρεχουσών πρακτικών (BCP Best Current Practices) σχετικά µε τη χρήση του SIP. Η οµάδα εργασίας SIP for Instant Messaging and Presence Leveraging Extensions (SIMPLE) συστάθηκε για να προτυποποιήσει πρωτόκολλα που αφορούν εφαρµογές παρουσίας και άµεσων µηνυµάτων. Άλλες οµάδες που χρησιµοποιούν το SIP είναι οι οµάδες εργασίας PSTN and Internet Internetworking (PINT) και Service in the PSTN / IN Requesting InTernet Services (SPIRITS). Το SIP ενσωµατώνει στοιχεία από δύο ευρέως χρησιµοποιούµενα διαδικτυακά πρωτόκολλα: το Πρωτόκολλο Μεταφοράς Υπερκειµένου (Hypertext Transfer Protocol - HTTP) που χρησιµοποιείται για την πλοήγηση στο δίκτυο και το SMTP που χρησιµοποιείται για την υπηρεσία ηλεκτρονικού ταχυδροµείου. Από το HTTP, το SIP δανείστηκε την αρχιτεκτονική πελάτη εξυπηρετητή καθώς και τη χρήση των Ενιαίων Εντοπιστών Πόρων (Uniform Resource Locator - URL) και των Ενιαίων Αναγνωριστικών Πόρων (Uniform Resource Identifier URI). Από το SMTP, το SIP δανείστηκε ένα σχήµα κωδικοποίησης κειµένου και τη χρήση των κεφαλίδων. Για παράδειγµα, το SIP χρησιµοποιεί κεφαλίδες του SMTP όπως τις To, From, Date και Subject Το SIP στο ίκτυο Το SIP είναι πρωτόκολλο ελέγχου επιπέδου εφαρµογής που µπορεί να εγκαταστήσει, να τροποποιήσει και να τερµατίσει πολυµεσικές συνόδους, όπως για παράδειγµα τηλεφωνικές κλήσεις µέσω Internet. Το SIP προσφέρει επίσης την δυνατότητα συµµετοχής επιπλέον χρηστών σε µια ήδη υπάρχουσα κλήση, όπως για παράδειγµα σε συνόδους multicast. Ένα ακόµα χαρακτηριστικό είναι η τροποποίηση 19

30 των παραµέτρων της επικοινωνίας και η προσθήκη ή αφαίρεση πολυµέσων. Όπως ορίζεται στο RFC 3261, το SIP προσφέρει τέσσερις βασικές λειτουργίες: Εντοπισµός χρήστη: Αυτή η λειτουργία είναι υπεύθυνη για την µετάφραση του ονόµατος του χρήστη στην τρέχουσα διεύθυνση δικτύου. Για παράδειγµα, η µετάφραση µιας διεύθυνσης παρόµοιας µε αυτές που χρησιµοποιούνται στο , σε µια IP διεύθυνση. Αυτή η λειτουργία περιλαµβάνει και κάποια χαρακτηριστικά µεταφερσιµότητας, που βοηθούν στον εντοπισµό της διεύθυνσης του χρήστη κατά τη διάρκεια της µετακίνησής του σε διαφορετικές τοποθεσίες του SIP δικτύου. Για παράδειγµα, όταν ο χρήστης µετακινείται σε διαφορετικό υποδίκτυο, το SIP URI (IP διεύθυνση) θα πρέπει να αλλάξει ανάλογα µε το υποδίκτυο στο οποίο βρίσκεται. Αυτή η λειτουργία βρίσκει την πιο πρόσφατη διεύθυνση του χρήστη. ιαπραγµάτευση χαρακτηριστικών: Η λειτουργία αυτή διασφαλίζει ότι όλοι οι συµµετέχοντες σε µία συνεδρία θα συµφωνήσουν µεταξύ τους για τα χαρακτηριστικά που θα υποστηρίζονται πριν την εγκατάσταση της. Εφόσον όλοι οι χρήστες δεν έχουν τις ίδιες δυνατότητες, ανταλλάσουν πληροφορίες µέχρι να επιτευχθεί κοινή συµφωνία µεταξύ τους. ιαχείριση κλήσεων: Η λειτουργία αυτή έχει την ευθύνη για τη διαχείριση των συµµετεχόντων σε µια σύνοδο. Αυτό περιλαµβάνει την προσθήκη, την αφαίρεση, την µεταφορά των συµµετεχόντων καθώς και την ενεργοποίηση της λειτουργίας αναµονής. Για παράδειγµα, επιτρέπει σε ένα νέο χρήστη να λαµβάνει την ροή των δεδοµένων βίντεο κατά τη διάρκεια µιας τηλεδιάσκεψης. Τροποποίηση χαρακτηριστικών: Αυτή η λειτουργία είναι επιφορτισµένη µε την ευθύνη της αλλαγής των παραµέτρων µιας συνόδου κατά τη διάρκεια της διεξαγωγής της. Για παράδειγµα, η πρόσθεση ενός καναλιού βίντεο σε µια σύνοδο που καταλαµβάνει µόνο ένα κανάλι ήχου. 20

31 Σχήµα 2-4 Ανταλλαγή SIP µηνυµάτων Θέση στα Πρωτόκολλα ικτύου Το SIP µπορεί να χρησιµοποιήσει είτε UDP είτε TCP για τη µεταφορά των δεδοµένων. Όταν γίνεται αποστολή δεδοµένων µε TCP ή UDP, πολλαπλές SIP συναλλαγές µπορούν να µεταφερθούν από µια µοναδική σύνδεση TCP ή από τα πλαίσια UDP αντίστοιχα. Να σηµειωθεί ότι τα πλαίσια UDP, συµπεριλαµβανοµένων και των επικεφαλίδων, δεν µπορούν να είναι µεγαλύτερα από τη µέγιστη µονάδα µεταφοράς (MTU Maximum Transfer Unit). Από τις προδιαγραφές του RFC 2543, η MTU είναι συνήθως 1500 bytes, αλλά αυτή δεν είναι η µοναδική επιλογή. Το Σχήµα 2-4 απεικονίζει τη θέση του SIP στα επίπεδα του Internet και την επικοινωνία µεταξύ δύο χρηστών του SIP. Το SIP είναι ένα πρωτόκολλο επιπέδου εφαρµογής που βρίσκεται στην κορυφή του OSI (Open Systems Interconnection ιασύνδεση Ανοιχτών Συστηµάτων). 21

32 Σχήµα 2-5 Η θέση του SIP στο δίκτυο Στοιχεία του ικτύου SIP Σε αυτή την παράγραφο, παρουσιάζονται οι ορισµοί των στοιχείων που αποτελούν το SIP δίκτυο. Τα βασικά στοιχεία είναι οι user agents, οι proxy, οι registrar και οι redirect server. Αν και η απλούστερη επικοινωνία µπορεί να εγκατασταθεί µόνο µε την παρουσία δύο user agent, τα τυπικά δίκτυα SIP περιλαµβάνουν συνήθως περισσότερα στοιχεία SIP. 22

33 Σχήµα 2-6 Τα στοιχεία ενός δικτύου SIP Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι τα στοιχεία SIP που αναφέρονται παραπάνω είναι συχνά λογικές οντότητες 1. Αυτό σηµαίνει ότι διαφορετικά στοιχεία µπορούν να υλοποιηθούν µαζί, για παράδειγµα, ένας υπολογιστής θα µπορούσε να λειτουργεί ταυτόχρονα ως proxy server και ως registrar. Σε έναν σωστό σχεδιασµό, η αλληλεπίδραση των στοιχείων SIP µπορεί να µειώσει το κόστος της υλοποίησης και να αυξήσει την ταχύτητα επεξεργασίας µεταξύ των στοιχείων του δικτύου. Στο προηγούµενο παράδειγµα, ο proxy server δεν χρειάζεται να επικοινωνεί µε άλλα µηχανήµατα όταν χρειάζεται πληροφορίες από τον registar SIP User Agent Κάθε τερµατική συσκευή που χρησιµοποιεί το πρωτόκολλο SIP ονοµάζεται SIP user agent (UA). Ένας από τους σκοπούς του SIP είναι η εγκατάσταση συνόδων µεταξύ user agents. Όπως υπονοεί και το όνοµά του, ένας user agent, λαµβάνει οδηγίες ή παραµέτρους από τον χρήστη και δρα σαν ένας πράκτορας για λογαριασµό του µε σκοπό την εγκατάσταση και τον τερµατισµό πολυµεσικών συνόδων µε άλλους user agents. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο χρήστης θα είναι ένας άνθρωπος, αλλά ο χρήστης θα µπορούσε να είναι και ένα άλλο πρωτόκολλο, όπως στην περίπτωση των πυλών (οι οποίες περιγράφονται στις παρακάτω παραγράφους). Ο user agent θα πρέπει να έχει την ικανότητα να εγκαταστήσει µια πολυµεσική σύνοδο µε έναν άλλον user agent. Ένας UA πρέπει να καταγράφει την κατάσταση των κλήσεων που εκκινεί ή συµµετέχει. Ένα ελάχιστο σύνολο πληροφοριών για την κλήση περιλαµβάνει τις 1 Οντότητα που ορίζεται µε λογικές λειτουργίες και όχι από υλικά χαρακτηριστικά. 23

34 τοπικές και αποµακρυσµένες ετικέτες, το Call-ID, την τοπική και την αποµακρυσµένη κεφαλίδα Cseq, το route set και οποιαδήποτε πληροφορία κατάστασης για τα πολυµέσα που χρησιµοποιούνται. Αυτές οι πληροφορίες χρησιµοποιούνται για την αποθήκευση των πληροφοριών του διαλόγου και για λόγους αξιοπιστίας. Η αποθήκευση του αποµακρυσµένου Cseq είναι απαραίτητη για το διαχωρισµό µεταξύ ενός re-invite και µιας αναµετάδοσης. Το re- INVITE χρησιµοποιείται για να αλλάξει τις παραµέτρους συνεδρίας µιας υπάρχουσας κλήσης ή µιας κλήσης που βρίσκεται σε αναµονή. Χρησιµοποιεί το ίδιο Call-ID, αλλά το Cseq αυξάνεται γιατί είναι ένα νέο αίτηµα. Ακόµα και µετά τον τερµατισµό µιας κλήσης, οι πληροφορίες που την αφορούν θα πρέπει να µείνουν αποθηκευµένες από τον UA για τουλάχιστον 32 δευτερόλεπτα σε περίπτωση που υπάρχουν χαµένα µηνύµατα κατά τον τερµατισµό της κλήσης. Οι UA απορρίπτουν ένα ACK που προέρχεται από έναν άγνωστο διάλογο. Τα αιτήµατα προς ένα άγνωστο URI λαµβάνουν ένα 404 Not Found Response. Ένας UA που λαµβάνει ένα αίτηµα για έναν άγνωστο διάλογο απαντάει µε ένα 481 Dialog / Transaction Does Not Exist. Οι αποκρίσεις από έναν άγνωστο διάλογο απορρίπτονται παρόµοια, µε διαφανή τρόπο. Αυτές οι σιωπηλές απορρίψεις είναι απαραίτητες για λόγους ασφάλειας. ιαφορετικά, ένας κακόβουλος UA θα µπορούσε να λάβει γνώση κάποιων πληροφοριών σχετικών µε άλλους UA αποστέλλοντας πλαστά αιτήµατα ή αποκρίσεις. Αν και δεν είναι απαραίτητο κάθε κωδικός απόκρισης που έχει οριστεί να είναι κατανοητός, µία ελάχιστη υλοποίηση πρέπει να είναι σε θέση να µεταφράσει κάθε άγνωστη απόκριση από την κλάση της (πρώτο ψηφίο του αριθµού). Έτσι για παράδειγµα αν γίνει λήψη µιας άγνωστης απόκρισης 498 Wrong Phase of the Moon, αυτή θα πρέπει να αντιµετωπιστεί σαν µια τυπική 400 Client Error απόκριση. Ένας UA απαντά σε ένα αίτηµα που δεν υποστηρίζεται µε µια απάντηση 501 Not Implemented. Ένας SIP UA πρέπει να υποστηρίζει µεταφορά µε χρήση UDP αλλά και µεταφορά µε TCP για µηνύµατα που είναι µεγαλύτερα από οκτάδες σε µέγεθος. 24

35 Ένας UA υποστηρίζει τόσο λειτουργίες πελάτη, όσο και λειτουργίες εξυπηρετητή. Τα δύο αυτά µέρη είναι ο user agent client (UAC) και ο user agent server (UAS) αντίστοιχα. Ο UAC εκκινεί αιτήµατα και ο UAS παράγει αποκρίσεις. Κατά τη διάρκεια µιας συνόδου, ένας UA δρα τόσο ως UAC όσο και ως UAS. Για παράδειγµα, στο Σχήµα 2-6, όταν ένας UA παραλαµβάνει ένα αίτηµα και αποστέλλει µία απάντηση δρα ως UAS. Ενώ όταν ένας UA στέλνει ένα αίτηµα και παραλαµβάνει την απόκριση δρα ως UAC. Σχήµα 2-7 Το απλούστερο µοντέλο επικοινωνίας µεταξύ δύο UA Ένας SIP UA θα πρέπει επίσης να υποστηρίζει το πρωτόκολλο SDP για την περιγραφή των πολυµέσων. Για την περιγραφή αυτή µπορούν να χρησιµοποιηθούν και άλλοι τύποι πρωτοκόλλων περιγραφής πολυµέσων, αλλά η υποστήριξη του SDP είναι υποχρεωτική. Ο UA πρέπει να µπορεί να καταλάβει κάθε επέκταση που περιλαµβάνεται στην κεφαλίδα Require ενός αιτήµατος. Έχει επίσης τη δυνατότητα να αγνοήσει άγνωστες κεφαλίδες. Οι UA πρέπει να ανακοινώνουν τα χαρακτηριστικά που υποστηρίζουν σε κάθε αίτηµα που αποστέλλουν. Αυτό επιτρέπει στους άλλους UA να λαµβάνουν γνώση αυτών χωρίς να χρειάζεται να υποβάλουν κάποιο ιδιαίτερο ερώτηµα. Για παράδειγµα, οι µέθοδοι που υποστηρίζει ένας UA θα πρέπει να απαριθµούνται σε µια κεφαλίδα Allow. Οι επεκτάσεις SIP θα πρέπει να απαριθµούνται σε µια κεφαλίδα Supported. Οι αποδεκτοί τύποι για το σώµα του µηνύµατος θα πρέπει να απαριθµούνται σε µια κεφαλίδα Accept. 25

36 Πύλες SIP (SIP Gateways) Η πύλη SIP είναι µία εφαρµογή που διασυνδέει ένα δίκτυο SIP µε ένα δίκτυο που χρησιµοποιεί ένα άλλο πρωτόκολλο σηµατοδοσίας. Από την άποψη του πρωτοκόλλου SIP, µια πύλη είναι απλώς ένας ειδικός τύπος UA, όπου ο UA δρα εκ µέρους ενός άλλου πρωτοκόλλου αντί ενός ανθρώπου. Μια πύλη τερµατίζει τη διαδροµή σηµατοδοσίας και µπορεί επίσης να τερµατίσει και τη διαδροµή των πολυµέσων, αν και αυτός δεν είναι πάντα ο κανόνας. Για παράδειγµα, µια πύλη από το SIP στο H.323 τερµατίζει τη διαδροµή σηµατοδοσίας SIP και µετατρέπει τη σηµατοδοσία στο H.323, αλλά ο SIP UA και το τερµατικό Η323 µπορούν να ανταλλάξουν άµεσα πληροφορίες πολυµέσων RTP χωρίς η πύλη να παρεµβάλλεται ανάµεσά τους. Μια πύλη από το SIP στο PSTN τερµατίζει τόσο τη διαδροµή σηµατοδοσίας όσο και τη διαδροµή πολυµέσων. Το SIP µπορεί να µεταφραστεί, ή να αλληλεπιδράσει µε τα πρωτόκολλα του PSTN όπως το ψηφιακό δίκτυο ολοκληρωµένων υπηρεσιών (Integrated Services Digital Network - ISDN), το ISDN User Part (ISUP), και άλλα πρωτόκολλα σηµατοδοσίας που αφορούν δίκτυα µεταγωγής κυκλωµάτων. Μια πύλη PSTN µετατρέπει επίσης τη ροή δεδοµένων RTP του δικτύου IP ώστε να είναι συµβατή µε µια συνηθισµένη τηλεφωνική γραµµή. Η µετατροπή της σηµατοδοσίας και της διαδροµής δεδοµένων επιτρέπει τις κλήσεις από και προς το PSTN χρησιµοποιώντας το SIP. Το Σχήµα 2-7 απεικονίζει ένα δίκτυο SIP που συνδέεται µέσω πυλών µε το PSTN και µε ένα δίκτυο H.323. Πρέπει να σηµειωθεί ότι υπάρχει εργασία εν εξελίξει για την προτυποποίηση της λειτουργίας αλληλεπίδρασης SIP / H.323. Στο Σχήµα 2-7, τα δίκτυα SIP, PSTN και H.323 αναπαριστώνται ως σύννεφα, τα οποία αποκρύπτουν τις περαιτέρω λεπτοµέρειες. Στο δίκτυο SIP υπάρχουν συνδεδεµένα SIP τηλέφωνα, προσωπικοί υπολογιστές που χρησιµοποιούν το SIP και εταιρικές πύλες SIP µε τηλέφωνα συνδεδεµένα σε αυτές. Τα δίκτυα ενώνονται µεταξύ τους µε πύλες. Στο δίκτυο H.323 υπάρχουν συνδεδεµένα τερµατικά Η.323 και υπολογιστές που χρησιµοποιούν το πρωτόκολλο H.323. Το δίκτυο PSTN συνδέεται µε αναλογικές τηλεφωνικές συσκευές, ψηφιακά ISDN τηλέφωνα και εταιρικά PBX (Private Branch Exchange). Τα PBX συνδέονται στο PSTN µε διαµοιραζόµενες ζεύξεις και παρέχουν διεπαφές γραµµών για αναλογικά ή ψηφιακά τηλέφωνα. 26

37 Μερικές φορές οι πύλες διαχωρίζονται µε µια πύλη πολυµέσων (media gateway MG) και έναν ελεγκτή πολυµέσων πύλης (media gateway controller MGC). Ο MGC αποκαλείται µερικές φορές πράκτορας κλήσεων γιατί διαχειρίζεται τα πρωτόκολλα ελέγχου κλήσεων (σηµατοδοσία), ενώ ο MG διαχειρίζεται την πολυµεσική σύνδεση. Αυτός ο διαχωρισµός είναι διαφανής για το SIP και τα πρωτόκολλα που χρησιµοποιούνται για τον σκοπό αυτό δεν θα περιγραφούν εδώ. Μια άλλη διαφορά µεταξύ ενός UA και µιας πύλης είναι ο αριθµός των χρηστών που µπορούν να υποστηρίξουν. Ενώ ένας UA τυπικά υποστηρίζει έναν µόνο χρήστη (αν και µπορεί να υπάρχουν πολλαπλές γραµµές), µια πύλη µπορεί να υποστηρίξει εκατοντάδες ή χιλιάδες χρηστών. Μια πύλη PSTN µπορεί να υποστηρίξει έναν µεγάλο εταιρικό πελάτη, ή µια ολόκληρη γεωγραφική περιοχή. Σαν αποτέλεσµα µια πύλη και ένας UA δεν κάνoυν REGISTER µε τον ίδιο τρόπο για κάθε χρήστη που υποστηρίζουν. Αντίθετα ένα πρωτόκολλο (όχι το SIP) µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να ενηµερώσει τους proxy για τις πύλες και να βοηθήσει στη δροµολόγηση. Ένα πρωτόκολλο που έχει προταθεί γι αυτόν τον λόγο είναι το πρωτόκολλο Telephony Routing over IP (TRIP), το οποίο επιτρέπει να δηµιουργηθεί ένας πίνακας δροµολόγησης για ένα συγκεκριµένο domain. Ένα άλλο πρωτόκολλο που ονοµάζεται Telephony Gateway REgistration Protocol (TGREP), έχει αναπτυχθεί για να επιτρέπει σε µια πύλη να κάνει register σε έναν proxy server του ίδιου domain. 27

38 Σχήµα 2-8 ίκτυο SIP µε Πύλες Εξυπηρετητές SIP (SIP Servers) Οι εξυπηρετητές SIP είναι εφαρµογές που δέχονται αιτήµατα SIP και απαντούν σε αυτά. Οι εξυπηρετητές SIP δεν πρέπει να συγχέονται µε τους UAS ή µε τη φύση του πελάτη - εξυπηρετητή του πρωτοκόλλου, η οποία περιγράφει τη διαδικασία σε όρους πελατών (αποστολέων αιτηµάτων) και εξυπηρετητών (αποστολέων απαντήσεων στα αιτήµατα). Ένας εξυπηρετητής SIP είναι ένας διαφορετικός τύπος οντότητας. Οι τύποι των εξυπηρετητών SIP που περιγράφονται σε αυτήν την παράγραφο είναι λογικές οντότητες. Οι πραγµατικές υλοποιήσεις των εξυπηρετητών SIP µπορεί να περιέχουν έναν αριθµό διαφορετικών τύπων εξυπηρετητών ή µπορούν να λειτουργούν ως ένας διαφορετικός τύπος εξυπηρετητή κάτω από διαφορετικές συνθήκες. Λόγω του ότι οι εξυπηρετητές SIP παρέχουν υπηρεσίες και χαρακτηριστικά στους UA, πρέπει να υποστηρίζουν τόσο UDP όσο και TLS και TCP για τη µεταφορά. Το Σχήµα 2-8 απεικονίζει την αλληλεπίδραση µεταξύ UA, εξυπηρετητών και µιας υπηρεσίας εντοπισµού. Πρέπει να σηµειωθεί ότι το 28

39 πρωτόκολλο που χρησιµοποιείται µεταξύ των εξυπηρετητών και της υπηρεσίας εντοπισµού δεν είναι στη γενική περίπτωση το SIP. Σχήµα 2-9 Αλληλεπίδραση µεταξύ UA, εξυπηρετητών και location service Proxy Server Σχήµα 2-10 ίκτυο SIP που χρησιµοποιεί proxy server Η γενική αρχή λειτουργίας ενός δικτύου που χρησιµοποιεί proxy server απεικονίζεται στο Σχήµα 2-9. Ένας SIP proxy server λαµβάνει ένα αίτηµα SIP από έναν UA ή από έναν άλλο proxy και δρα εκ µέρους του UA προωθώντας το ή απαντώντας σε αυτό. 29

40 Ο proxy δεν είναι B2BUA αφού του επιτρέπεται να µετατρέπει τα αιτήµατα βάσει αυστηρών κανόνων που ορίζονται στο RFC Αυτοί οι κανόνες διατηρούν την από σηµείο σε σηµείο διαφάνεια της σηµατοδοσίας SIP ενώ ταυτόχρονα επιτρέπουν στον proxy server να εκτελεί πολύτιµες υπηρεσίες και λειτουργίες για τον UA. Ένας proxy server τυπικά έχει πρόσβαση σε µια βάση δεδοµένων ή µια υπηρεσία εντοπισµού η οποία τον βοηθάει για την επεξεργασία του αιτήµατος (καθορίζοντας τον επόµενο κόµβο). Η διεπαφή µεταξύ του proxy και της υπηρεσίας εντοπισµού δεν καθορίζεται από το πρωτόκολλο SIP. Ένας proxy µπορεί να χρησιµοποιήσει ποικίλους τύπους βάσεων δεδοµένων για να βοηθηθεί στην επεξεργασία του αιτήµατος. Οι βάσεις δεδοµένων µπορούν να περιέχουν SIP εγγραφές, πληροφορίες παρουσίας, ή οποιοδήποτε άλλο είδος πληροφορίας που αφορά την τοποθεσία κάποιου χρήστη. Ο proxy δεν είναι ανάγκη να καταλαβαίνει ένα αίτηµα SIP ώστε να το προωθήσει κάθε άγνωστος τύπος αιτήµατος θεωρείται ότι χρησιµοποιεί το non-invite µοντέλο συναλλαγών. Ο proxy δεν πρέπει να αλλάζει την σειρά των κεφαλίδων ή γενικά να τροποποιεί ή να διαγράφει κεφαλίδες. Redirect Server Σχήµα 2-11 Παράδειγµα επικοινωνίας µε χρήση redirect server Το Σχήµα 2-10 απεικονίζει τη βασική αρχή λειτουργίας του redirect server. Ο redirect server είναι ένα είδος εξυπηρετητή που απαντά σε αιτήµατα αλλά δεν τα προωθεί. 30

41 Όπως ο proxy server, έτσι και ο redirect server χρησιµοποιεί µια βάση δεδοµένων ή µια υπηρεσία εντοπισµού για να βρει κάποιον χρήστη. Παρόλ αυτά, οι πληροφορίες που αφορούν στη θέση, αποστέλλονται πίσω στον καλούντα σε µια απόκριση κλάσης επαναδροµολόγησης (3XX), η οποία, ακολουθούµενη από µια ACK, ολοκληρώνει τη συναλλαγή. Registration Server ή Registrar Σχήµα 2-12 Βασική αρχή λειτουργίας του registration server Η γενική αρχή λειτουργίας του registration server περιγράφεται στο Σχήµα Ο registration server, επίσης γνωστός ως registrar, δέχεται µόνο αιτήµατα REGISTER όλα τα υπόλοιπα αιτήµατα λαµβάνουν µια απόκριση 501 Not Implemented. Οι πληροφορίες επικοινωνίας από το αίτηµα κοινοποιούνται σε άλλους εξυπηρετητές του ίδιου domain, όπως proxy και redirect server. Σε ένα αίτηµα εγγραφής η κεφαλίδα To περιέχει το όνοµα της πηγής που επιθυµεί να εγγραφεί, ενώ η κεφαλίδα Contact περιέχει εναλλακτικές διευθύνσεις ή ψευδώνυµα. Ο registration server δηµιουργεί έναν προσωρινό δεσµό µεταξύ του URI της διεύθυνσης της εγγραφής (Address of Record - AOR) που υπάρχει στην κεφαλίδα To και του URI της συσκευής στην κεφαλίδα Contact. Οι registration servers συνήθως απαιτούν αυθεντικοποίηση από τους UA που επιθυµούν να εγγραφούν, ούτως ώστε οι εισερχόµενες κλήσεις να µην µπορούν να υποκλαπούν από κάποιο µη εξουσιοδοτηµένο χρήστη. Αυτό µπορεί να επιτευχθεί από έναν µη εξουσιοδοτηµένο χρήστη ο οποίος εγγράφεται χρησιµοποιώντας το SIP URI κάποιου άλλου χρήστη, έτσι ώστε η εγγραφή να δείχνει προς το δικό του τηλέφωνο. Μετά από αυτό οι κλήσεις που απευθύνονται στο συγκεκριµένο URI θα χτυπούσαν σε λάθος τηλέφωνο. Ανάλογα µε τις κεφαλίδες που είναι παρούσες, ένα αίτηµα REGISTER µπορεί να χρησιµοποιηθεί από έναν UA για να ανακτήσει µια 31

42 λίστα µε τις ισχύουσες εγγραφές, να διαγράψει όλες τις εγγραφές, ή να προσθέσει ένα URI στη λίστα. Για να υπάρχει πλήρης ασφάλεια κατά την εγγραφή, πρέπει να χρησιµοποιηθεί TLS, αφού το HTTP Digest δεν παρέχει την απαιτούµενη προστασία ακεραιότητας Σύγκριση SIP H.323 Τα πρωτόκολλα SIP και Η.323 σχεδιάστηκαν για διαφορετικούς σκοπούς και είχαν ως βάση πρότυπα που ικανοποιούσαν πολύ διαφορετικές απαιτήσεις. Το Η.323 αναπτύχθηκε από τον οργανισµό ITU. Ο σχεδιασµός και η υλοποίησή του αντανακλά την βάση του, το PSTN, χρησιµοποιεί δυαδική κωδικοποίηση και επαναχρησιµοποιεί µέρη της σηµατοδοσίας ISDN. Το SIP από την άλλη, αναπτύχθηκε από τον οργανισµό IETF µε προοπτική χρήσης στο διαδίκτυο, και σχεδιάστηκε ώστε να χρησιµοποιεί πλήρως τα εργαλεία και τις λειτουργίες του διαδικτύου. Ενώ το Η.323 αναπτύχθηκε στο πρωτοεµφανιζόµενο VoIP και σε IP videoconferencing εφαρµογές, το SIP µε την διαδικτυακή αρχιτεκτονική του υπερτερεί σήµερα και θεωρείται το µελλοντικό πρότυπο σηµατοδοσίας για IP επικοινωνίες. 32

43 SIP H.323 Πελάτες Έξυπνοι Έξυπνοι Νοηµοσύνη δικτύου και υπηρεσιών Παρέχεται από τους server (Proxy, Redirect, Registrar) Παρέχεται από τους gatekeeper Χρησιµοποιούµενο Internet/WWW Τηλεφωνία Μοντέλο Πρωτόκολλο Σηµατοδοσίας UDP ή TCP TCP (το UDP είναι προαιρετικό) Πρωτόκολλο RTP RTP Πολυµέσων Βάση Κωδικοποίησης ASCII υαδική (Κωδικοποίηση ASN.1) Άλλα χρησιµοποιούµενα πρωτόκολλα Πρωτόκολλα IETF/IP, όπως SDP, HTTP/1.1, IPmc και MIME Πρωτόκολλα ITU/ISDN, όπως Η.225, Η.245 και Η.450 ιαλειτουργικότητα Πωλητή ιαδεδοµένη ιαδεδοµένη Πίνακας 2-2 Συνοπτική σύγκριση των πρωτοκόλλων Η.323 και SIP Θεµελιώδεις ιαφορές Η πρώτη βασική διαφορά είναι το σχήµα κωδικοποίησης που χρησιµοποιείται από τα πρωτόκολλα. Το SIP είναι ένα πρωτόκολλο που βασίζεται σε κείµενο όπως τα HTTP και SMTP, ενώ το Η.323 χρησιµοποιεί µηνύµατα δυαδικής κωδικοποίησης ASN.1. Η δυαδική κωδικοποίηση του Η.323 µπορεί να παράγει µηνύµατα µικρότερου µεγέθους αλλά προσθέτει πολυπλοκότητα στις υλοποιήσεις του. Ένα πρωτόκολλο που βασίζεται σε κείµενο όπως το SIP µπορεί να χρησιµοποιηθεί εύκολα και δεν απαιτεί εργαλεία για την παρακολούθηση και την µετάφραση των µηνυµάτων. Ένα απλό πακέτο από ένα δίκτυο LAN παρέχει ASCII κωδικοποιηµένα SIP µηνύµατα, που µπορούν εύκολα να αποθηκευτούν, να εξεταστούν και να παρακολουθηθούν. Μπορούν να γραφούν απλές εφαρµογές για να ελέγξουν και να προσοµοιώσουν την κίνηση SIP δεδοµένων. Η κωδικοποίηση του SIP που βασίζεται σε κείµενο, το έχει καταστήσει πιο φιλικό στους αναλυτές διαδικτύου οι οποίοι το χρησιµοποιούν για την ανάπτυξη ποικίλων εφαρµογών. 33

44 Μια άλλη σηµαντική διαφορά είναι ότι το Η.323 είναι αποκλειστικά ένα πρωτόκολλο σηµατοδοσίας, ενώ το SIP έχει δυνατότητες άµεσων µηνυµάτων και παρουσίας. Ο συνδυασµός παρουσίας και σηµατοδοσίας σε ένα πρωτόκολλο που χρησιµοποιεί σχήµα παγκοσµίως κοινής διευθυνσιοδότησης, URI, θα είναι πολύ χρήσιµος σε καινούργιες εφαρµογές στο µέλλον. Η ιδιότητα αυτή κάνει το SIP ένα δυναµικό πρωτόκολλο που παρέχει στον χρήστη επικοινωνία πολλαπλών δυνατοτήτων µε άλλους. Για τον λόγο αυτό, οι πιο καινοτόµες υπηρεσίες υλοποιούνται στην πλειοψηφία τους µε SIP και όχι τόσο µε το πρωτόκολλο Η.323. Άλλη σηµαντική διαφορά είναι στην υποστήριξη που υπάρχει από την αγορά. Το SIP έχει υιοθετηθεί από ηγετικές επιχειρήσεις τηλεπικοινωνιών και ηλεκτρονικών υπολογιστών. Θεωρείται ευρέως στην αγορά ως το πιο κατάλληλο πρωτόκολλο σηµατοδοσίας για εγκατάσταση συνόδων µέσω IP. Αν και δεν θα αντικαταστήσει άµεσα όλα τα εγκαταστηµένα Η.323 δίκτυα που χρησιµοποιούνται για βασικές υπηρεσίες όπως απλές τηλεφωνικές κλήσεις, υιοθετείται σιγά σιγά από τους πρωτοπόρους της βιοµηχανίας των υπολογιστών, ακόµα και από αυτούς που έχουν ήδη επενδύσει στα συστήµατα Η.323. Το SIP έχει ήδη υιοθετηθεί από εταιρίες κινητής τηλεφωνίας ως πρωτόκολλο σηµατοδοσίας και άµεσων µηνυµάτων για τα δίκτυα τρίτης γενιάς. Παρέχονται λοιπόν, εκατοµµύρια κινητών συσκευών που υποστηρίζουν SIP. Επίσης το SIP συνδυαζόµενο µε ασύρµατα δίκτυα προσφέρει και άλλα σύνολα κινητών υπηρεσιών. Μια άλλη σηµαντική διαφορά είναι το επίπεδο ασφάλειας του κάθε πρωτοκόλλου. Το SIP, όπως ορίζεται στο RFC 3261 έχει πολύ ικανούς µηχανισµούς ασφαλείας που προσφέρουν κρυπτογράφηση, αυθεντικοποίηση µε την χρήση πιστοποιητικών και ακεραιότητα των µηνυµάτων από σηµείο σε σηµείο ακόµα και όταν υπάρξουν ενδιάµεσοι, µη έµπιστοι server. Το SIP δεν χρειάστηκε να αναπτύξει αυτά τα χαρακτηριστικά ασφάλειας, αλλά αντίθετα, από την στιγµή που είναι ένα πρωτόκολλο διαδικτύου, ήταν σε θέση να κληρονοµήσει ένα πλούσιο σύνολο πρωτοκόλλων ασφαλείας διαδικτύου όπως το TLS και το SMIME, µε άµεσο τρόπο. Για παράδειγµα, οι ίδιοι µηχανισµοί ασφάλειας που καθιστούν ασφαλή την εισαγωγή των πληροφοριών µιας πιστωτικής κάρτας σε µια ιστοσελίδα, είναι αυτοί που προσφέρουν στο SIP ασφαλή σηµατοδοσία µεταξύ των server. 34

45 Αν και δεν σχετίζονται άµεσα µε το SIP, οι πολυµεσικές δυνατότητες του SDP είναι αρκετά διαφορετικές µε αυτές που παρέχονται από το Η.245 για το πρωτόκολλο Η.323. Το Η.245 κατηγορείται συχνά για την πολυπλοκότητά του, αλλά το SDP συχνά κατακρίνεται ορθά για την έλλειψη ταχύτητάς του. Η πολιτική του multicasting του SDP δεν παρείχε στο SIP µια καλή βάση για πολυµεσική διαπραγµάτευση. Σαν αποτέλεσµα, κάποιες δυνατότητες πολυµεσικής διαπραγµάτευσης δεν διασυνδέονται ορθά σε όλες τις υλοποιήσεις. Έχει γίνει αρκετή έρευνα για την διευθέτηση του προβλήµατος, αλλά δεν υπάρχουν ακόµη σχέδια αντικατάστασης του SDP. Κατά την διάρκεια κάποιων ετών συνύπαρξης, το SIP και το Η.323 έχουν αποκτήσει κάποιες όµοιες λειτουργίες. Αυτό είναι φυσικό, γιατί το κάθε πρωτόκολλο έχει υιοθετήσει κάποια χρήσιµα χαρακτηριστικά από το άλλο. Για παράδειγµα, ενώ το SIP υποστήριζε από την αρχή DNS και URL, το Η.323 πρόσθεσε στην συνέχεια τις λειτουργίες των τελευταίων. Μια άλλη οµοιότητα σχετίζεται µε τις διασκέψεις. Ενώ το Η.323 είχε την ιδέα ενός MCU από την αρχή, το SIP αρχικά δεν είχε κανέναν ορισµένο µηχανισµό διασκέψεων. Με άλλα λόγια, τα δύο πρωτόκολλα ξεκίνησαν να αναπτύσσονται από διαφορετικά σηµεία και µε τον καιρό ήρθαν το ένα πιο κοντά στο άλλο. Για παράδειγµα, το SIP υποστήριζε αρχικά αποκλειστικά και µόνο το UDP, αλλά µετά από κάποιον καιρό υποστήριξε και το TCP. Από την άλλη µεριά, το Η.323 αρχικά, δεν µπορούσε να χρησιµοποιηθεί µε UDP αλλά τώρα υπάρχει η δυνατότητα αυτή. Ένα άλλο παράδειγµα σχετίζεται µε τον αριθµό των µηνυµάτων που χρησιµοποιούνται για την έναρξη µιας συνόδου. Το Η.323 ξεκίνησε µε έναν µεγάλο αριθµό µηνυµάτων και στην συνέχεια, µε την χρήση του FastStart, ο αριθµός αυτός µειώθηκε. Παρόλα αυτά, οι συγκρίσεις µεταξύ SIP και Η.323 δεν έχουν πολύ νόηµα, λόγω των επανεκδόσεων του κάθε πρωτοκόλλου MGCP Το ΜGCP δηµιουργήθηκε από την ολοκλήρωση των ήδη υπαρχόντων SGCP (Simple Gateway Control Protocol) και του IDPC (Internet Protocol Device Control). Με απλά λόγια το ΜGCP είναι ένα απλό πρωτόκολλο, µορφής πελάτη εξυπηρετητή (client-server) για έλεγχο ενός Media Gateway. Αυτός ο έλεγχος γίνεται από 35

46 εξωτερικές οντότητες ελέγχου, αποκαλούµενες Στοιχεία Ελέγχου Κλήσης (Call Control Elements, CCE). Το ΜGCP προσπαθεί να µεταφέρει την λειτουργία του ελέγχου έξω από τις πύλες (Gateways) και να αναθέσει αυτόν τον έλεγχο στα CCE. Tα CCE (αποκαλούνται και Call Agents ) είναι υπεύθυνα για θέµατα σηµατοδοσίας. Η δοµή ενός VoIP συστήµατος που χρησιµοποιεί ΜGCP φαίνεται στο Σχήµα 2-12: MGCP GATEWAY CALL AGENT MGCP GATEWAY Σχήµα 2-13 Φιλοσοφία του MGCP Το παραπάνω διάγραµµα, θα πρέπει να τονίσουµε ότι λειτουργικά είναι όµοιο µε µια Gateway όπως αυτή ορίζεται στον Η.323. Μπορούµε λοιπόν να πούµε ότι το ΜGCP µετατρέπει την Gateway σε µαύρο κουτί που όµως εργάζεται µε τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως σε µια Η.323 ζώνη. ιαφέρει όµως στην εσωτερική του δόµηση στο ότι διαχωρίζει τον έλεγχο κλήσης (call control intelligence), από την διαχείριση των µέσων (φωνή, εικόνα κτλ) και στους µετασχηµατισµούς που αυτά τα µέσα απαιτούν Βασικά χαρακτηριστικά Το ΜGCP είναι ένα πρωτόκολλο πελάτη-εξυπηρετητή. Χρησιµοποιεί το SDP για περιγραφή των µέσων και ελέγχου της κλήσης. Χρησιµοποιεί το UDP σαν επίπεδο µεταφοράς και το RTP/RTCP σαν πρωτόκολλα για µεταφορά σε πραγµατικό χρόνο των ροών των διαφόρων µέσων. Ο σκοπός του είναι να ορίσει τις λειτουργίες που λαµβάνουν χώρα µεταξύ των Call Agents και των Gateways. Παρόλ αυτά δεν ασχολείται µε το να ορίσει τις λειτουργίες µεταξύ των Call Agents. Υποστηρίζει συνδέσεις σηµείου προς σηµείο (όπως το Η.323) αλλά επίσης και συνδέσεις πολλαπλών σηµείων. Η σηµασία του ΜGCP στο να µεταφέρει την ευφυΐα του ελέγχου έξω από την Gateway έγκειται στο ότι µε τον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται το κυρίως σώµα του PSTN σε θέµατα ασφαλείας καθώς 36

47 αλλιώς δίνεται η δυνατότητα παρέµβασης σε αυτό (εκούσιας ή µη) µέσω ελέγχου του Gateway. Tα Gateways εκτελούν διάφορες εντολές οι οποίες τους στέλνονται από τον Call Agent (τρόπος λειτουργίας συστήµατος). Οι εντολές αυτές αποτελούνται από 4 ASCII χαρακτήρες. Το ΜGCP µπορεί να παρουσιαστεί και σαν συµπληρωµατικό πρωτόκολλο προς τα Η.323 και SIP. Μια προσπάθεια να αντιστοιχίσουµε τις οντότητες των πρωτοκόλλων µας δείχνει την παραλληλία των Call Agents µε τa Gatekeepers. Και τα δυο πρωτόκολλα χρησιµοποιούν Gateways. Παρόλ αυτά το ΜGCP δρα σαν ένα εσωτερικό πρωτόκολλο σε ένα κατανεµηµένο σύστηµα (Call Agent, Gateway), όπως φάνηκε στην παραπάνω εικόνα. Εξωτερικά το σύστηµα αυτό εµφανίζεται σαν ένα ενιαίο VoIP Gateway. To ΜGCP µπορεί να συνυπάρξει σε δίκτυα µε ήδη εγκατεστηµένες άλλες Η.323 ή SIP συµβατές οντότητες IAX (Inter-Asterisk exchange Protocol) Ιστορία Το πρωτόκολλο ΙΑΧ αναπτύχθηκε από τη Digium µε σκοπό την επικοινωνία µεταξύ διαφορετικών Asterisk servers. Το ΙΑΧ είναι ένα πρωτόκολλο µεταφοράς (όπως το SIP) το οποίο χρησιµοποιεί µία απλή UDP πόρτα (4569) για τη σηµατοδοσία καθώς και για τις ροές µετάδοσης σε πραγµατικό χρόνο RTP (Realtime Transport Protocol). Με τον τρόπο αυτό λειτουργεί ευκολότερα πίσω από firewalls και ΝΑΤ. Το ΙΑΧ έχει τη µοναδική ικανότητα να µεταφέρει πολλαπλές συνόδους σε µία ροή δεδοµένων, κάτι το οποίο είναι σηµαντικό πλεονέκτηµα στην εξοικονόµηση εύρους ζώνης κατά την αποστολή πολλών ταυτόχρονων καναλιών. 37

48 Ασφάλεια Το ΙΑΧ έχει την ικανότητα να αυθεντικοποιείται µε τρεις τρόπους: απλό κείµενο, MD5 hash function και RSA ανταλλαγή κλειδιού. Αυτο βέβαια δεν αφορά την κρυπτογράφηση του καναλιού µεταξύ των τερµατικών σηµείων. Για το σκοπό αυτό µπορεί να χρησιµοποιηθεί ένα Εικονικό Ιδιωτικό ίκτυο (VPN) ή κατάλληλο λογισµικό το οποίο κρυπτογραφεί τη ροή σε κάποιο άλλο επίπεδο. Στο µέλλον το ΙΑΧ ίσως είναι ικανό να κρυπτογραφεί τις ροές µεταξύ των τερµατικών είτε µε τη χρήση ενός κλειδιού RSA είτε µε τη δυναµική ανταλλαγή κλειδιού κατά την εγκατάσταση µίας κλήσης ΙΑΧ και ΝΑΤ Το πρωτόκολλο ΙΑΧ2 σχεδιάστηκε για να λειτουργεί πίσω από συσκευές που εκτελούν ΝΑΤ. Η χρήση µίας απλής UDP πόρτας για τη σηµατοδοσία αλλά και για τη µετάδοση των ροών, διατηρεί στο ελάχιστο τα ευάλωττα σηµεία ενός firewall. Για τους παραπάνω λόγους το ΙΑΧ θεωρείται ένα από τα ευκολότερα πρωτόκολλα στην υλοποίηση ασφαλών δικτύων. 2.3 VoIP Codecs Εισαγωγή Οι codecs µπορούν να οριστούν ως µαθηµατικά πρότυπα που χρησιµοποιούνται για την ψηφιακή κωδικοποίηση και συµπίεση αναλογικών πληροφοριών φωνής. Πολλά από αυτά τα πρότυπα λαµβάνουν υπ όψιν την δυνατότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου να διαµορφώνει µία εντύπωση για τις ελλιπείς πληροφορίες. Οι περισσότεροι έχουµε δει οπτικές παραισθήσεις. Παροµοίως οι αλγόριθµοι συµπίεσης φωνής εκµεταλλεύονται την τάση µας να ερµηνεύουµε τι πιστεύουµε ότι πρέπει να ακούσουµε, παρά αυτό που ακούµε στην πραγµατικότητα. Ο σκοπός των διάφορων αλγορίθµων κωδικοποίησης είναι να βρεθεί µία µέση λύση µεταξύ της αποτελεσµατικότητας και της ποιότητας. 38

49 Αρχικά, ο όρος CODEC αναφέρθηκε ως κωδικοποιητής / αποκωδικοποιητής (CΟder/DECoder): µία συσκευή που πραγµατοποιεί τη µετατροπή αναλογικής ψηφιακής πληροφορίας. Σήµερα, ο όρος φαίνεται να αφορά περισσότερο σε συµπίεση / αποσυµπίεση Τύποι Codecs ITU G.711 Ο G.711 είναι ο θεµελιώδης codec του PSTN, ενώ όλοι οι υπόλοιποι codecs προέρχονται από τον G.711. Υπάρχουν δύο εκδόσεις : οι A-law και U-law. Η έκδοση U-law χρησιµοποιείται µαζί µε το πρότυπο T1 το οποίο υπάρχει στην Βόρεια Αµερική και την Ιαπωνία σε αντίθεση µε την A-law που χρησιµοποιείται µε το πρότυπο Ε1 όπου υπάρχει στον υπόλοιπο κόσµο. Η διαφορά τους είναι στη µέθοδο δειγµατοληψίας του αναλογικού σήµατος. Η χρησιµοποίηση του G.711 για το VoIP µας δίνει την καλύτερη ποιότητα φωνής, δεδοµένου ότι δεν χρησιµοποιεί καµία συµπίεση. Είναι ο ίδιος codec που χρησιµοποιείται από το δίκτυο PSTN και τις γραµµές ISDN, µε αποτέλεσµα η ποιότητα φωνής να είναι η ίδια µε αυτήν σε ένα τηλέφωνο του δηµόσιου τηλεφωνικού δικτύου. Επίσης έχει τη χαµηλότερη καθυστέρηση (latency-lag) επειδή δεν υπάρχει καµία ανάγκη για συµπίεση, η οποία κοστίζει σε επεξεργαστική ισχύ. Το µειονέκτηµα του είναι ότι χρειάζεται περισσότερο εύρος ζώνης (bandwidth) από άλλους codecs, το οποίο κυµαίνεται από 64 µέχρι 84 kbps συµπεριλαµβανοµένων των επιπροσθέτων στοιχείων του TCP/IP. Όµως αυτό δεν θα αποτελεί πρόβληµα µε την συνεχή αύξηση του εύρους ζώνης. Σχήµα 2-14 έσµευση εύρους ζώνης από την εφαρµογή x-lite µε τη χρήση του codec G.711 (8 KB/sec, δηλαδή 64Kbps για κάθε ροή της συνοµιλίας) 39

50 ITU G.726 Ο G.726 είναι ένα πρότυπο της ιεθνής Ένωσης Τηλεπικοινωνιών (ITU) και είναι ένας από τους αρχικούς codecs που χρησιµοποιούν συµπίεση. Είναι γνωστός και ως Adaptive Differential Pulse-Code Modulation (ADPCM), και µπορεί να τρέξει σε διάφορους ρυθµούς µετάδοσης. Οι πιο συνηθισµένοι είναι οι 16 kbps, 24 kbps, 32 kbps. Χρησιµοποιείται κυρίως στις διεθνείς συνδέσεις για οικονοµία εύρους ζώνης. Επίσης χρησιµοποιείται και από τα ασύρµατα τηλέφωνα DECT. Αυτήν την στιγµή ο Asterisk υποστηρίζει µόνο τον ADPCM-32 ρυθµό µετάδοσης, ο οποίος είναι και ο πιο δηµοφιλής. Προσφέρει ποιότητα σχεδόν ίδια µε την ποιότητα του G.711, χρησιµοποιώντας µόνο το µισό εύρος ζώνης. Αυτό γίνεται εφικτό επειδή κατά την αποστολή της µέτρησης ενός δείγµατος, στέλνονται πληροφορίες για να περιγράψουν µόνο την διαφορά αυτού του δείγµατος µε το αµέσως προηγούµενο. Επίσης είναι ιδιαίτερα ελκυστικό επειδή δεν χρειάζεται σηµαντική υπολογιστική ισχύ. ITU G Χωρίς να τον συγχέουµε µε τον G.723 (που είναι µία ξεπερασµένη έκδοση ADPCM), ο συγκεκριµένος codec σχεδιάστηκε για χαµηλούς ρυθµούς µετάδοσης της φωνής. Υποστηρίζει δύο ρυθµούς µετάδοσης: 5,3 Κbps και 6,3 Κbps. Είναι ένας από τους codecs που χρησιµοποιούνται µε το πρωτόκολλο H.323. Έχει κατοχυρωθεί ως πατέντα και συνεπώς απαιτείται άδεια για χρησιµοποίησή του σε εµπορικές εφαρµογές. ITU G.729A Ο G.729A παρέχει εντυπωσιακή ποιότητα ήχου σε σχέση µε το ελάχιστο εύρος ζώνης που χρησιµοποιεί (8Kbps). Αυτό επιτυγχάνεται µε την χρησιµοποίηση του αλγορίθµου κωδικοποίησης CS-ACELP. Επίσης για να επιτευχθεί αυτή η συµπίεση απαιτείται ένα µεγάλο ποσοστό επεξεργαστικής ισχύος (CPU). Σε ένα σύστηµα Asterisk, η χρήση υψηλής συµπίεσης µπορεί να προκαλέσει άµεσα προβλήµατα στην CPU. GSM Αυτός ο codec προσφέρει σηµαντική απόδοση σε σχέση µε τις απαιτήσεις που έχει για επεξεργαστική ισχύ. Η ποιότητα ήχου θεωρείται γενικά κατά ένα βαθµό 40

51 χαµηλότερη σε σχέση µε αυτή που παράγει ο G.729A. Ο GSM λειτουργεί στα 13 Κbps, και δεν απαιτείται κάποια άδεια για την χρησιµοποίηση του. ilbc Ο Internet Low Bitrate Codec παρέχει µία ελκυστική σύνθεση χαµηλού εύρους ζώνης και αυξηµένης ποιότητας, και ταιριάζει ιδιαίτερα σε συνδέσεις δικτύων µε αυξηµένες απώλειες ή καθυστερήσεις πακέτων, διατηρώντας την ποιότητα φωνής σε ικανοποιητικά επίπεδα. Η ποιότητα του είναι υψηλότερη από αυτήν στο G.729A, µε την υπολογιστική πολυπλοκότητα να κυµαίνεται στο ίδιο επίπεδο µε αυτόν. Λειτουργεί στα 13,3 Κbps και 15,2 Κbps, δεν χρειάζεται άδεια, αλλά για την χρησιµοποίηση του σε εµπορικές εφαρµογές χρειάζεται µόνο η γνωστοποίηση του στην Global IP Sound (GIPS). Speex Ο speex είναι ένας µεταβλητού ρυθµού µετάδοσης (VBR) codec, που σηµαίνει ότι είναι σε θέση να τροποποιεί τον ρυθµό µετάδοσης του ώστε να ανταποκρίνεται σε µεταβαλλόµενες συνθήκες δικτύου. Προσφέρεται σε χαµηλή (2,15 Κbps) και υψηλή (22,4 Κbps) έκδοση, ανάλογα µε την ποιότητα φωνής που θέλει κάποιος. 2.4 VoIP και WiFi Μέγιστος αριθµός ταυτόχρονων κλήσεων στο b Όπως αναφέραµε, το πρωτόκολλο b µπορεί να υποστηρίξει ρυθµούς δεδοµένων έως 11 Mb/s, ενώ µία τυπική ροή VoIP απαιτεί λιγότερο από 10 Kb/s. Ο ιδανικός αριθµός ταυτόχρονων VoIP ροών που µπορούν να υπάρξουν σε ένα ασύρµατο δίκτυο είναι περίπου 11 Μ / 10 Κ = 1100, το οποίο αντιστοιχεί σε 550 VoIP συνόδους µε 2 ροές η κάθε µία. Παρόλ αυτά, προκύπτει οτι ένα WLAN δεν µπορεί να υποστηρίξει παρά µόνο ελάχιστες ταυτόχρονες VoIP συνόδους. Στη συνέχεια θε εξετάσουµε διάφορες περιπτώσεις σχετικά µε τις ταυτόχρονες συνοµιλίες σε ένα δίκτυο, ανάλογα µε τον τύπο codec που χρησιµοποιείται (G711 a- Law, G729 και G723.1). Ο G711 επιτρέπει 10ms ηχητικών δεδοµένων σε 80 bytes 41

52 ωφέλιµου φορτίου, χωρίς καµµία συµπίεση, µε αποτέλεσµα να σχηµατίζει ροές των 64Kbps. Από την άλλη, ο G729 χρησιµοποιεί το ίδιο µέγεθος δείγµατος ηχητικών δεδοµένων, συµπιέζει όµως τα ψηφιακά δεδοµένα σε πακέτα 10ms ήχου σε 10 bytes, µειώνοντας το εύρος ζώνης µίας απλής ροής σε 8Kbps. Τέλος, ο G723.1 µειώνει περισσότερο τις απαιτήσεις εύρους ζώνης συµπιέζοντας 30ms ηχητικών δεδοµένων σε 24 bytes, το οποίο σηµαίνει 6.4Kbps ανά ροή VoIP. Ο Πίνακας 2-3 καταγράφει τον αριθµό των ταυτόχρονων VoIP συνδέσεων για τους τρεις codecs, έχοντας δεδοµένο οτι το διαθέσιµο έυρος ζώνης είναι 11Mbps, ο οποίος είναι ο µέγιστος πιθανός ρυθµός µετάδοσης. Πίνακας 2-3 Μέγιστος αριθµός VoIP συνδέσεων για διαφορετικούς codecs Η πρώτη στήλη περιέχει το ηχητικό ωφέλιµο φορτίο το οποίο στέλνεται σε κάθε πακέτο RTP. Για τους codecs G.711 και G.729 ποικίλει σε πολλαπλάσια των 10ms, ενώ στον G.723 codec ποικίλει σε πολλαπλάσια των 30ms. Η σηµαντικότερη παρατήρηση είναι οτι όσο χαµηλότερο είναι το ωφέλιµο φορτίο στα πακέτα RTP, τόσο µικρότερος είναι ο αριθµός των VoIP συνδέσεων. Για ωφέλιµο φορτίο των 10ms, µόνο 7 συνδέσεις µπορούν να υποστηριχθούν από ένα απλό σηµείο πρόσβασης. Αξίζει επίσης να αναφερθεί οτι οι περισσότερες εµπορικές υλοποιήσεις IP τηλεφώνων χρησιµοποιούν φορτίο ήχου 20 ή 30 ms σε κάθε RTP πακέτο. Χρησιµοποιώντας τον G711 και 20ms ηχητικού ωφέλιµου φορτίου ο µέγιστος αριθµός VoIP συνδέσεων είναι 12, ενώ για 30ms ήχου ο µέγιστος αριθµός έιναι 17. Μία προφανής λύση, όπως φαίνεται και από τους αριθµούς, είναι η χρησιµοποίηση µεγαλύτερου ωφέλιµου φορτίου ανά RTP πακέτο. Η συγκεκριµένη λύση όµως παρουσιάζει άλλα προβλήµατα καθώς οι κλήσεις VoIP διασχίζουν ασύρµατα και ενσύρµατα δίκτυα µε αποτέλεσµα όσο αυξάνει το ωφέλιµο φορτίο να αυξάνεται η καθυστέρηση και οι απώλειες πακέτων, οι οποίες επηρεάζουν την ποιότητα 42

53 υπηρεσίας στο VoIP. Επίσης παρατηρουµε οτι για ωφέλιµα φορτία 20 και 30ms, η επιλογή είτε του G729 είτε του G723 αυξάνει ελάχιστα τον µέγιστο αριθµό συνοµιλιών. Έτσι προκύπτει το συµπέρασµα οτι στα ασύρµατα δίκτυα σε αντίθεση µε τα ενσύρµατα η επιλογή των codecs δεν σχετίζεται άµεσα µε το φορτίο του δικτύου και για το λόγο αυτό θα πρέπει να επιλέγεται ο G729 αφού χρησιµοποιεί µικρότερη συµπίεση. Το συνολικό έυρος ζώνης για µικρά µεγέθη πακέτων εξαντλείται ακόµα και µε ελάχιστες VoIP κλήσεις. Μία ενδιαφέρουσα παρατήρηση είναι οτι η καθυστέρηση που παρατηρείται στην VoIP κίνηση παραµένει σε αποδεκτά επίπεδα ακόµα κι όταν οι κλήσεις ξεπερνούν το µέγιστο αριθµό. Με άλλα λόγια, ο κύριος λόγος για τον οποίο η DCF (Distributed Coordination Function) είναι ακατάλληλη για VoIP δεν είναι οι υψηλές καθυστερήσεις αλλά το πολύ χαµηλό εύρος ζώνης Επίδραση Εύρους Ζώνης στο Μέγιστο Αριθµό VoIP Συνδέσεων στο b Το b επιτρέπει υποστήριξη για πολλαπλούς ρυθµούς δεδοµένων και οι περισσότερες εµπορικές υλοποιήσεις υποστηρίζουν ρυθµούς 11Mbps, 5.5Mbps, 2Mbps και 1Mbps. Ο πραγµατικός ρυθµός µετάδοσης ενός πελάτη εξαρτάται από την ισχύ του σήµατος από / προς το σηµείο πρόσβασης και από άλλους παράγοντες όπως οι παρεµβολές. Το Σχήµα 2-14 παρουσιάζει το µέγιστο αριθµό συνδέσεων συναρτήσει του εύρους ζώνης (1Mbps - 11Mbps) για τους codecs G711 και G729. Η πρώτη εµφανής παρατήρηση είναι η σηµαντική µείωση του Nmax στις χαµηλότερες τιµές εύρου ζώνης. Για παράδειγµα µε ωφέλιµο φορτίο 30ms ο µέγιστος αριθµός συνδέσεων µειώνεται απο 17 στα 11 Mbps σε µόλις 4 συνδέσεις στo 1 Mbps. 43

54 Σχήµα 2-15 Επίδραση του Εύρους Ζώνης στο πλήθος των συνδέσεων 44

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 - Ασύρµατο Φοιτητικό ίκτυο Πανεπιστηµίου 3.1 Εισαγωγή στο ΑΦ ΠΑ (ASWN) Αιγαίου (ASWN) Το Ασύρµατο Φοιτητικό ίκτυο του Πανεπιστηµίου Αιγαίου (ΑΦ ΠΑ) στο Καρλόβασι της Σάµου είναι ένα ψηφιακό ασύρµατο δίκτυο υψηλών ταχυτήτων που προσφέρει ασύρµατη πρόσβαση στα µέλη (φοιτητές, µέλη ΕΠ, διοικητικό προσωπικό) και στους επισκέπτες της Σχολής Θετικών Επιστηµών στο δίκτυο δεδοµένων και τις ηλεκτρονικές υπηρεσίες του Πανεπιστηµίου. Στην παρούσα φάση το δίκτυο αποτελείται από: (α) δύο εξωτερικούς κόµβους (κτ. Λυµπέρη και κτ. Ηγεµονείο) οι οποίοι διασυνδέονται µεταξύ τους µέσω ασύρµατης ζεύξης και προσφέρουν πρόσβαση σε αποµακρυσµένους ταυτοποιηµένους χρήστες / µέλη της Σχολής στην ευρύτερη περιοχή του Καρλοβασίου, και (β) δύο εσωτερικούς κόµβους (κτ. Λυµπέρη και κτ. Προβατάρη) οι οποίοι προσφέρουν πρόσβαση σε επισκέπτες και µέλη πανεπιστηµιακής κοινότητας κατά τη διάρκεια γεγονότων της Σχολής και των τµηµάτων, όπως παρουσιάσεις, συναντήσεις, συνέδρια και άλλες παρόµοιες δραστηριοτήτες. Μερικές από τις δυνατότητες που προσφέρονται στους αποµακρυσµένους ταυτοποιηµένους φοιτητές-χρήστες µέσω της ασύρµατης διαδικτύωσής τους είναι ο συµµερισµός αρχείων, η επικοινωνία και οµαδική συνεργασία στα πλαίσια των εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων τους µε συνέπεια τη µερική αποσυµφόρηση των εργαστηρίων, η ψυχαγωγία µέσω διαδικτυακών παιχνιδιών κ.α. Αντίστοιχες δυνατότητες αποµακρυσµένης εργασίας και πρόσβασης προσφέρονται και στα υπόλοιπα µέλη της Σχολής ( ΕΠ και διοικητικό προσωπικό). Το δίκτυο έχει υλοποιηθεί µε τεχνολογία IEEE802.11b και λειτουργεί στη µηαδειοδοτηµένη ζώνη συχνοτήτων ISM των 2.4GHz, ενώ το έργο χρηµατοδοτήθηκε από την Κοσµητεία της Σχολής Θετικών Επιστηµών κατά το έτος

56 3.2 Αρχιτεκτονική Υλικού Το δίκτυο αποτελείται από δύο κόµβους. Ο πρώτος κόµβος είναι εγκατεστηµένος στο κτήριο Λυµπέρη ενώ ο δεύτερος στον κτήριο Ηγεµονείο. Στον κόµβο Λυµπέρη βρίσκεται επίσης ο κεντρικός δροµολογητής στον οποίο εκτελούνται όλες οι υπηρεσίες του ΑΦ ΠΑ ενώ ταυτόχρονα παρέχει την διασύνδεση του ασύρµατου δικτύου µε τις υπηρεσίες του Πανεπιστηµίου Αιγαίου. Σχήµα 3-1 ιάγραµµα Αρχιτεκτονικής ικτύου Η διασύνδεση των δύο κόµβων γίνεται µέσω ασύρµατης ζεύξης σηµείου προς σηµείο σύµφωνα µε το πρότυπο IEEE a και µέσω κατευθυντικών κεραιών. Κάθε κόµβος αποτελείται από το δικό του κεραιοσύστηµα για παροχή πρόσβασης στους κόµβους πελατών ενώ σε κάθε κόµβο λειτουργεί ανεξάρτητος δροµολογητής. Όλες οι 46

57 συνδέσεις των πελατών γίνονται σύµφωνα µε το πρότυπο IEEE a και χρησιµοποιούνται οι κεραίες τοµέα. Υπάρχουν επίσης πολυκατευθυντικές κεραίες σε κάθε κόµβο για παροχή εναλλακτικής πρόσβασης σε περίπτωση προβλήµατος κάποιας κεραίας τοµέα. Οι πολυκατευθυντικές κεραίες µπορούν να χρησιµοποιηθούν εναλλακτικά και για την δηµιουργία Hotspot που να καλύπτουν την περιοχή του Καρλοβασίου για χρήση από κινούµενους χρήστες Κεντρικός ροµολογητής Εξυπηρετητής Ο κεντρικός δροµολογητής εξυπηρετητής αποτελεί την καρδιά της υποδοµής του Ασύρµατου Φοιτητικού ικτύου Πανεπιστηµίου Αιγαίου (ASWN) καθώς αναλαµβάνει το βάρος της εκτέλεσης όλων εκείνων των υπηρεσιών που είναι απαραίτητες για την σωστή λειτουργία του δικτύου καθώς επίσης αποτελεί την δίοδο του ασύρµατου δικτύου προς τις υπηρεσίες του Πανεπιστηµίου. Η σωστή επιλογή των συστατικών τµηµάτων του λογισµικού και του υλικού του συστήµατος καθώς επίσης η σωστή διαχείριση και επόπτευσή του είναι κρίσιµα για την οµαλή λειτουργία του συνόλου του δικτύου. Στην συνέχεια θα αναλύσουµε τα χαρακτηριστικά του κεντρικού δροµολογητή και τις λειτουργίες που επιτελεί Σύστηµα Το σύστηµα που χρησιµοποιήθηκε ως βάση είναι της γνωστής και ευρέως διαδεδοµένης εταιρίας Hewlett-Packard χαρακτηριστικό που εγγυάται ότι έχει υποβληθεί σε όλους τους απαραίτητους έλεγχους ποιότητας καθώς είναι ένα προϊόν που απευθύνεται στην παγκόσµια αγορά και όλα του τα υποσυστήµατα συνεργάζονται αρµονικά µεταξύ τους. Το υλικό του κεντρικού δροµολογητή αποτελείται από τα παρακάτω κύρια υποσυστήµατα: Pentium IV 2.4Ghz HyperThreading 512 MB PC3600 Dual DDR RAM Seagate 80GB SATA HDD 4-port ethernet 10/100 PCI Card Netgear MA b Wireless Card 47

58 Στα Σχήµατα 3-2 και 3-3 παρουσιάζεται η χρησιµοποίηση των πόρων του συστήµατος όσον αφορά στο φορτίο της κεντρικής µονάδας επεξεργασίας καθώς επίσης και της χρησιµοποίησης της κύριας µνήµης κατά την λειτουργία όλων των υπηρεσιών του ασυρµάτου δικτύου. Τα γραφήµατα δηµιουργήθηκαν µε το εργαλείο MRTG 2 Σχήµα 3-2 Φορτίο Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας (Μέτρηση Εβδοµάδας) Παρατηρούµε ότι η κεντρική µονάδα επεξεργασίας υπέρκαλύπτει τις τρέχουσες ανάγκες του ασύρµατου δικτύου καθώς η µέση χρησιµοποίηση της δεν υπερβαίνει το 2 % των δυνατοτήτων της. Σχήµα 3-3 Ελεύθερη Μνήµη (Μέτρηση Εβδοµάδας) Παρατηρούµε ότι υπάρχει ικανοποιητική ποσότητα ελεύθερης µνήµης παρά το πλήθος τον υπηρεσιών που εκτελούνται ταυτόχρονα. 2 MRTG

59 3.2.3 Λειτουργικό Σύστηµα Το λειτουργικό σύστηµα είναι το λογισµικό το οποίο χειρίζεται τους πόρους ενός υπολογιστικού συστήµατος. Το λειτουργικό σύστηµα εκτελεί βασικές λειτουργίες όπως έλεγχος και διαχείριση µνήµης, θέτει προτεραιότητες στην εκτέλεση εντολών, ελέγχει την είσοδο / έξοδο των συσκευών, υποστηρίζει την δικτύωση του υπολογιστή και διαχειρίζεται τα αρχεία του. Η επιλογή του λειτουργικού συστήµατος στηρίζεται συνήθως στον προσανατολισµό των εργασιών που θέλει να εκτελέσει ο διαχειριστής του και στις οικονοµικές δυνατότητες του. Τρία είναι τα κύρια λειτουργικά συστήµατα τα οποία είναι ευρέως διαδοµένα για περιβάλλοντα δικτύων. Το Microsoft Windows Server 3, το UNIX και το GNU 4 /Linux 5. Το Microsoft Windows Server Edition αποκλείστηκε από την πρώτη στιγµή λόγω του υψηλού του κόστους (>1000$), των αυξηµένων απαιτήσεων σε υπολογιστική ισχύ για τον ίδιο φόρτο εργασίας σε σχέση µε τα άλλα δύο λειτουργικά συστήµατα, του κόστους των εφαρµογών των ζητούµενων υπηρεσιών και της µειωµένης σταθερότητας λόγω του ότι στηρίζεται σε γραφικό περιβάλλον και όχι σε γραµµή εντολών. Το UNIX επίσης αποκλείστηκε λόγω κόστους και λόγω των προβληµάτων συµβατότητας µε τους συνηθισµένους υπολογιστές του εµπορίου µιας και προορίζεται για Mainframe συστήµατα υψηλής απόδοσης και συγκεκριµένων υποσυστηµάτων. Τελικά επιλέχθηκε το GNU/ Linux για τους παρακάτω λόγους: Είναι δωρεάν Ο πηγαίος κώδικας είναι ελεύθερα διαθέσιµος Πιθανά λάθη βρίσκονται ευκολότερα Μπορούν να γίνουν αλλαγές στον κώδικα Τα προγράµµατα δεν σταµατούν να υποστηρίζονται ποτέ εν ισχύει το Vendor lock-in Ελληνικές και ξένες κοινότητες χιλιάδων χρηστών για αναζήτηση βοηθείας. Υποστήριξη από µεγάλες εταιρίες (HP, Sun Microsystems, IBM) Υψηλή παραµετροποίηση σε δικτυακό περιβάλλον Χιλιάδες προγράµµατα για κάθε ανάγκη και δωρεάν Λειτουργικό σύστηµα που επιλέχθηκε: GNU/ Linux (kernel ) 3 Microsoft Windows Server GNU Project and Free Software Foundation The Linux Kernel

60 ιανοµή που επιλέχθηκε: Slackware 6 στην τελευταία του έκδοση 10.2 Το Slackware από την µέρα της πρώτης του έκδοσης (Απρίλιος 1993) έθεσε ως στόχο να γίνει η πιο UNIX-like διανοµή ανάµεσα στις Linux διανοµές. Βασικά του χαρακτηριστικά είναι η απλότητα και η σταθερότητα. Για αυτούς τους λόγους το Slackware κατέστη µία από τις περισσότερο δηµοφιλείς, σταθερές και φιλικές διαθέσιµες διανοµές. 6 Slackware Linux Project

61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 - Υπηρεσία VoIP στο ASWN 4.1 Εισαγωγή Στα πλαίσια της παρούσας διπλωµατικής εργασίας σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε υπηρεσία Voice over Internet Protocol για τους χρήστες του ασύρµατου δικτύου καθώς και τους χρήστες του Πανεπιστηµίου Αιγαίου. Συγκεκριµένα, υλοποιήθηκε ένα VoIP τηλεφωνικό κέντρο το οποίο εξυπηρετεί τους εσωτερικούς χρήστες (φοιτητές και προσωπικό του Πανεπιστηµίου Αιγαίου) για τη µεταξύ τους επικοινωνία, ενώ παράλληλα διασυνδέεται µε το τηλεφωνικό κέντρο του κτιρίου Λυµπέρη ούτως ώστε να παρέχει δωρεάν τηλεφωνική πρόσβαση στις υπηρεσίες του Πανεπιστηµίου (γραµµατεία, γραφείο µέριµνας κ.τ.λ) καθώς και στο σταθερό δηµόσιο τηλεφωνικό δίκτυο µεταγωγής του ΟΤΕ. 4.2 Αρχιτεκτονική και Στοιχεία ικτύου Για την υλοποίηση της υπηρεσίας ήταν απαραίτητη η εγκατάσταση και παραµετροποίηση ενός VoIP server ο οποίος είναι συµβατός µε Linux το οποίο είναι το λειτουργικό σύστηµα του κεντρικού δροµολογητή. Ο server επιλέχθηκε να είναι ο Asterisk 7 στην έκδοση 1.4.0, λόγω της υψηλής του απόδοσης, του χαµηλού του κόστους, καθώς και της διείσδυσής του στην αγορά της VoIP τηλεφωνίας. Για τη διασύνδεση του VoIP server µε το τηλεφωνικό κέντρο του κτιρίου Λυµπέρη είναι απαραίτητη µία VoIP πύλη (Gateway) η οποία επιλέχθηκε να είναι η Grandstream λαµβάνοντας υπ όψιν την σχέση κόστους απόδοσης. Η συγκεκριµένη πύλη παρέχει έως και τέσσερις (4) γραµµές για σύνδεση µε το τηλεφωνικό κέντρο του κτιρίου Λυµπέρη. Λεπτοµέρειες για τα χαρακτηριστικά και τις ρυθµίσεις του VoIP server καθώς και της VoIP Gateway δίνονται στα παραρτήµατα Ι και ΙΙ. Στο Σχήµα 4-1 φαίνεται διαγραµµατικά η αρχιτεκτονική του VoIP δικτύου

62 PSTN Lymperis Call Center Grandstream VoIP Gateway Asterisk VoIP Server Σχήµα 4-1 Αρχιτεκτονική VoIP συστήµατος 4.3 Χρήστες και Αριθµοδότηση Την υπηρεσία VoIP µπορούν να τη χρησιµοποιήσουν οι χρήστες του ασύρµατου δικτύου φοιτητών του Πανεπιστηµίου Αιγαίου (ASWN) καθώς και οι φοιτητές και το προσωπικό του Πανεπιστηµίου Αιγαίου. Απαραίτητη προϋπόθεση για να έχει κάποιος χρήστης πρόσβαση στον VoIP server είναι να διαθέτει διεύθυνση ΙΡ είτε του ασύρµατου δικτύου είτε του Πανεπιστηµίου Αιγαίου, ενώ για τη χρήση της υπηρεσίας VoIP απαιτείται εγγραφή του χρήστη και απόκτηση προσωπικού αριθµού. Αξίζει να σηµειωθεί πως η χρήση της υπηρεσίας VoIP µπορεί να γίνει από οποιοδήποτε σηµείο υπάρχει πρόσβαση στο διαδίκτυο, µέσω των VPN servers του Πανεπιστηµίου, οι οποίοι προµηθεύουν τους χρήστες µε ΙΡ διευθύνσεις του Πανεπιστηµίου. Σε κάθε φοιτητή - χρήστη της υπηρεσίας παρέχεται ένας µοναδικός πενταψήφιος αριθµός ο οποίος προκύπτει ανάλογα µε τη σχολή του, το έτος εισαγωγής του στο Πανεπιστήµιο και τον αριθµό µητρώου του. Το πρώτο ψηφίο του αριθµού προσδιορίζει τη σχολή του χρήστη, όπως φαίνεται και στον Πίνακα 4-1. Το δεύτερο ψηφίο προσδιορίζει το έτος εισαγωγής του χρήστη, ενώ τα τρία τελευταία ψηφία αποτελούν τον αριθµό µητρώου του χρήστη. Με τον τρόπο αυτό δηµιουργείται ένας αριθµός ο οποίος χαρακτηρίζει µοναδικά κάθε χρήστη της υπηρεσίας στις εισερχόµενες και εξερχόµενες κλήσεις του. 52

63 Τµήµα Σχολή Θετικών Επιστηµών Χαρακτηριστικό Ψηφίο Μαθηµατικό 1 ΜΠΕΣ 2 Στατιστική και Αναλογιστική 3 Επιστήµη Πίνακας 4-1 Χαρακτηριστικά Ψηφία Τµηµάτων Για παράδειγµα ένας χρήστης ο οποίος είναι φοιτητής του Μαθηµατικού µε αριθµό µητρώου 311/ θα έχει τον VoIP τηλεφωνικό αριθµό Ο VoIP τηλεφωνικός αριθµός που αντιστοιχεί στους καθηγητές της σχολής θετικών επιστηµών καθώς και στους διοικητικούς υπαλλήλους είναι ο ίδιος µε τον τηλεφωνικό αριθµό στο προσωπικό τους γραφείο στο Πανεπιστήµιο, o οποίος είναι της µορφής 8xxxx. Τέλος, οι διάφορες υπηρεσίες που έχουν αναπτυχθεί στο VoIP τηλεφωνικό κέντρο ή πρόκειται να αναπτυχθούν στο µέλλον, έχουν αριθµό που αποτελείται από τρία ψηφία (π.χ το 141 αντιστοιχεί στην υπηρεσία αναγγελίας τοπικής ώρας) 4.4 υνατότητες Τρόποι Κλήσης Οι χρήστες του συστήµατος που υλοποιήθηκε µπορούν να χωριστούν στις εξής κατηγορίες: Χρήστες PSTN (Οι χρήστες του δηµόσιου τηλεφωνικού δικτύου του ΟΤΕ) Χρήστες κτιρίου Λυµπέρη (Οι χρήστες του τηλεφωνικού κέντρου του κτιρίου Λυµπέρη) Χρήστες VoIP (Οι εγγεγραµένοι χρήστες της υπηρεσίας VoIP) Οι περιπτώσεις επικοινωνίας που είναι δυνατόν να υπάρξουν στο σύστηµά µας είναι οι παρακάτω: 53

64 Χρήστης VoIP προς Χρήστη VoIP Αποτελεί την απλούστερη µορφή επικοινωνίας καθώς πρόκειται για δύο χρήστες οι οποίοι έχουν πρόσβαση και λογαριασµό στον VoIP εξυπηρετητή. Στην περίπτωση αυτή ο καλών χρήστης πληκτρολογεί τον πενταψήφιο αριθµό του καλούµενου χρήστη και η επικοινωνία πραγµατοποιείται µέσω του VoIP server. Χρήστης VoIP προς Χρήστη κτιρίου Λυµπέρη Στην περίπτωση αυτή ο VoIP χρήστης πληκτρολογεί τον αριθµό που αντιστοιχεί στον χρήστη του κτιρίου Λυµπέρη, µαζί µε το πρόθεµα 0 ούτως ώστε να πραγµατοποιηθεί η κλήση µέσω της VoIP πύλης του συστήµατος. Χρήστης VoIP προς Χρήστη PSTN Για την πραγµατοποίηση της συγκεκριµένης κλήσης, ο VoIP χρήστης καλεί τον δεκαψήφιο τηλεφωνικό αριθµό του PSTN χρήστη µαζί µε το πρόθεµα 0 για να δροµολογηθεί η κλήση µέσω της VoIP πύλης του συστήµατος. Χρήστης κτιρίου Λυµπέρη προς χρήστη VoIP Στην περίπτωση αυτή η κλήση πραγµατοποιείται σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο ο χρήστης του κτιρίου Λυµπέρη καλεί το εσωτερικό τηλέφωνο το οποίο είναι συνδεδεµένο µε τον VoIP server. Στο δεύτερο στάδιο και αφού έχει πραγµατοποιηθεί η σύνδεση µε το VoIP τηλεφωνικό κέντρο, ο χρήστης του κτιρίου Λυµπέρη πληκτρολογεί τον πενταψήφιο αριθµό του VoIP χρήστη για να λάβει χώρα η επικοινωνία. Χρήστης PSTN προς χρήστη VoIP Αποτελεί περίπτωση παρόµοια µε την προηγούµενη καθώς η κλήση πραγµατοποιείται επίσης σε δύο στάδια. Αρχικά ο χρήστης του PSTN καλεί τον αριθµό και αφού πραγµατοποιηθεί η σύνδεση µε το VoIP τηλεφωνικό κέντρο, καλεί τον πενταψήφιο αριθµό του VoIP χρήστη για να επικοινωνήσει µαζί του. Για να γίνουν περισσότερο κατανοητές οι παραπάνω περιπτώσεις θεωρούµε 4 χρήστες: 54

65 I. Χρήστης VoIP µε αριθµό VoIP II. Χρήστης VoIP µε αριθµό VoIP III. Χρήστης κτιρίου Λυµπέρη µε αριθµό IV. Χρήστης PSTN µε αριθµό Από Προς Αριθµός Κλήσης (VoIP) (VoIP) (VoIP) (Λυµπέρης) ή (VoIP) (PSTN) (Λυµπέρης) (VoIP) 1 ο στάδιο: ο στάδιο: (PSTN) (VoIP) 1 ο στάδιο: ο στάδιο: Πίνακας 4-2 Παραδείγµατα Κλήσεων 4.5 Πρόσθετες Υπηρεσίες VoIP Υπηρεσία Αυτόµατου Τηλεφωνητή (Voic ) Σε κάθε εγγεγραµένο χρήστη της VoIP υπηρεσίας, παρέχεται υπηρεσία αυτόµατου τηλεφωνητή. Στην περίπτωση που η εισερχόµενη κλήση δεν απαντηθεί εντός µισού λεπτού, ο καλών χρήστης συνδέεται µε τον αυτόµατο τηλεφωνητή του συστήµατος, όπου µπορεί να ηχογραφήσει το µήνυµά του. Από την πλευρά του, ο καλούµενος χρήστης µπορεί να λάβει όλα τα ηχητικά του µηνύµατα καλώντας τον προσωπικό του αριθµό µε το πρόθεµα 9, δηλαδή έναν εξαψήφιο αριθµό της µορφής 9ΧΧΧΧΧ και εισάγοντας τον προσωπικό κωδικό του για την υπηρεσία αυτόµατου τηλεφωνητή. Για κάθε µήνυµα αναφέρεται η ηµεροµηνία και η ώρα που ηχογραφήθηκε, ενώ ο χρήστης µπορεί να διαχειριστεί τα µηνύµατά του (λήψη,διαγραφή κ.τ.λ) µέσω των αριθµητικών πλήκτρων της VoIP εφαρµογής (0-9). Αν κάποιος χρήστης δεν επιθυµεί την χρήση αυτόµατου τηλεφωνητή µπορεί να το αναφέρει στην αίτηση σύνδεσής του, ούτως ώστε να µην ενεργοποιηθεί η υπηρεσία. 55

66 4.5.2 Ιστοσελίδα Για την υπηρεσία VoIP του ασύρµατου φοιτητικού δικτύου του Πανεπιστηµίου Αιγαίου έχει δηµιουργηθεί η ιστοσελίδα η οποία περιέχει λεπτοµέρειες για την αρχιτεκτονική και λειτουργία του συστήµατος, καθώς και πληροφορίες εγγραφής για τους ενδιαφερόµενους χρήστες. Στην παράγραφο αυτή αναφέρονται επιγραµµατικά οι υποσελίδες της ιστοσελίδες, ενώ περισσότερες πληροφορίες και εικόνες παρουσιάζονται στο Παράρτηµα ΙV. Οι επιµέρους ενότητες της ιστοσελίδας είναι οι εξής: Οδηγίες Σύνδεσης Περιέχονται πληροφορίες για τη διαδικασία που πρέπει να ακολουθήσει κάποιος χρήστης προκειµένου να εγγραφεί στην VoIP υπηρεσία. Επίσης υπάρχουν πληροφορίες για τη σύνδεση στην υπηρεσία µέσω των VPN servers του Πανεπιστηµίου Αιγαίου, καθώς και για τη λήψη και παραµετροποίηση της εφαρµογής X-lite που χρησιµοποιείται στα διάφορα τερµατικά. Αρχιτεκτονική Στη συγκεκριµένη σελίδα υπάρχει το σχεδιάγραµµα της αρχιτεκτονικής του συστήµατος που υλοποιήθηκε, µαζί µε αναλυτική περιγραφή του τρόπου διασύνδεσης όλων των στοιχείων της υπηρεσίας (Gateway, Call Center, Sip Server) Αριθµοδότηση Περιγράφεται ο τρόπος µε τον οποίο ανατίθενται οι τηλεφωνικοί αριθµοί στους χρήστες, ούτως ώστε να διασφαλίζεται η µοναδικότητά τους. Στατιστικά Στη συγκεκριµένη σελίδα υπάρχουν στατιστικά και διαγράµµατα για τις κλήσεις που πραγµατοποιούνται στο σύστηµα. Με τον τρόπο αυτό µπορούν οι χρήστες να ενηµερώνονται για τις ώρες αιχµής ούτως ώστε να εξυπηρετούνται καλύτερα και να έχουν καλύτερα ποιότητα στις συνοµιλίες τους. 56

67 Log In Κάθε χρήστης έχει τη δυνατότητα να παρακολουθεί τις κλήσεις που έχει πραγµατοποιήσει µέσω της ιστοσελίδας του Πανεπιστηµίου. Για κάθε κλήση εµφανίζεται ο καλούµενος αριθµός, η ηµεροµηνία καθώς και η διάρκεια της συνοµιλίας. Επίσης υπάρχει κατάλογος µε όλα τα τηλέφωνα των εγγεγραµµένων χρηστών. 57

68 58

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 - Μετρήσεις Απόδοσης και Ποιότητας Υπηρεσίας VoIP στο ΑSWN 5.1 Παράγοντες που Επηρεάζουν την Ποιότητα Συνοµιλίας Η ποιότητα φωνής, ή αλλιώς ποιότητα υπηρεσίας (Quality of Service,QoS), αναφέρεται στην ευκρίνεια µίας τηλεφωνικής κλήσης που πραγµατοποιείται σε κάποιο δίκτυο. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την ποιότητα µίας κλήσης, όπως η καθυστέρηση (Latency), το Jitter, η Απώλεια Πακέτων (Packet Loss) καθώς και ένας συνδυασµός του δικτυακού εξοπλισµού και του εύρους ζώνης. Οι τρείς περισσότερο κοινοί παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα στο VoIP είναι οι εξής: Καθυστέρηση (Latency) Jitter Απώλεια Πακέτων (Packet Loss) Καθυστέρηση (Latency) Η καθυστέρηση γενικώς αναφέρεται στη φυσική απόσταση που διανύει η τηλεφωνική κλήση προκειµένου να φτάσει στον τελικό προορισµό. Κατα τη διάρκεια µίας κλήσης, οι ήχοι τεµαχίζονται σε µικρότερα τµήµατα που ονοµάζονται πακέτα και στη συνέχεια διαδίδονται µέσω του IP πρωτοκόλλου. Τα πακέτα αυτά µεταδίδονται τόσο γρήγορα, µε αποτέλεσµα η διαδικασία της µετάδοσης να διαρκεί κάποια milliseconds. Οι συµµετέχοντες σε µία τηλεφωνική κλήση συνήθως διακρίνουν καθυστερήσεις µεγαλύτερες των 150 ms. Το ανθρώπινο αυτί είναι ικανό να εντοπίζει ηχητικές καθυστερήσεις 250 ms, οπότε στην περίπτωση που ξεπεραστεί το συγκεκριµένο όριο, η επικοινωνία µπορεί να παρουσιάσει σηµαντικά προβλήµατα. 59

70 ιασπορά Καθυστέρησης (Jitter) Ως jitter ορίζεται η διασπορά στην καθυστέρηση άφιξης των πακέτων µίας συνοµιλίας και παρουσιάζεται σε δίκτυα βασισµένα σε πακέτα. Σε ένα τέτοιο δίκτυο ο αποστολέας αναµένεται να µεταδίδει πακέτα σε ένα ορισµένο διάστηµα (για παράδειγµα ένα πακέτο κάθε 20 ms), τα πακέτα αυτά όµως µπορεί να καθυστερήσουν και να µην αφιχθούν στον παραλήπτη στο διάστηµα αυτό. Η διαφορά µεταξύ του αναµενόµενου χρόνου άφιξης ενός πακέτου και του πραγµατικού του χρόνου άφιξης είναι το jitter. Σχήµα 5-1 ιασπορά Χρόνου Άφιξης Πακέτων (Jitter) Στο Σχήµα 5-1 είναι εµφανές οτι ο χρόνος που χρειάζονται τα πακέτα Α και Β για να µεταδοθούν είναι ο ίδιος (D1=D2). Το πακέτο C, λόγω της καθυστέρησης στο δίκτυο φτάνει στον προορισµό του αργότερα του αναµενοµένου. Το φαινόµενο αυτό µπορεί να αντιµετωπιστεί απο jitters buffers του δικτύου, οι οποίοι εξαλείφουν τις διακυµάνσεις αυτές στις καθυστερήσεις. Πρέπει να σηµειωθεί οτι καθυστέρηση και jitter δεν είναι το ίδιο φαινόµενο, παρόλο που η παρουσία jitter σε ένα δίκτυο πακέτων µπορεί να αυξήσει τη συνολική καθυστέρηση στο δίκτυο. Αποδεκτή τιµή του jitter προκειµένου να υπάρξει συνοµιλία ορίζονται τα 20 ms. Για την αντιµετώπιση του jitter χρησιµοποιούνται jitter buffers οι οποίοι αποθηκεύουν προσωρινά τα εισερχόµενα πακέτα και στη συνέχεια τα επαναµεταδίδουν µε σκοπό να ελαχιστοποιήσουν τη διασπορά της καθυστέρησης. Αν κάποιο πακέτο καθυστερήσει υπερβολικά, τότε απορρίπτεται από τον buffer. Στην περίπτωση που το όριο ενός jitter buffer είναι χαµηλό, υπάρχει περίπτωση να απορριφθούν πολλά 60

71 πακέτα µε αποτέλεσµα να έχουµε υποβάθµιση της συνοµιλίας, ενώ αν το όριο του buffer τεθεί σε υψηλή τιµή, υπάρχει περίπτωση να προστεθεί αρκετή καθυστέρηση στην επικοινωνία. Λαµβάνοντας υπόψη όλα τα παραπάνω, το ιδανικό µέγεθος ενός jitter buffer κυµαίνεται από 30 έως 50 ms. Απώλεια Πακέτων (Packet Loss) Οι επικοινωνίες πραγµατικού χρόνου (real-time) βασίζονται σε UDP πρωτόκολλα, κάτι που έχει ως αποτέλεσµα την συχνή απώλεια πακέτων, καθώς αυτά δεν αναµεταδίδονται. Το υψηλότερο ποσοστό απώλειας πακέτων ούτως ώστε η φωνή να µπορεί να ακουστεί µε αρκετά καλή ποιότητα είναι το 1%. Ιδιαίτερη είναι και η σηµασία του codec στην απώλεια πακέτων, καθώς όταν η συµπίεση είναι µεγαλύτερη, η επιρροή µπορεί να είναι περισσότερο επικίνδυνη. Απώλεια πακέτων της τάξης του 1% υποβαθµίζει περισσότερο τη συνοµιλία αν χρησιµοποιείται ο codec G.729 αντί του codec G.711. Για την αντιµετώπιση της απώλειας πακέτων µπορούµε να µην µεταδίδουµε τα σιωπηλά διαστήµατα µίας συνοµιλίας, για να µειώσουµε τον αριθµό των πακέτων στο δίκτυο. 5.2 Στατιστικά Στοιχεία Ποιότητας Υπηρεσίας VoIP στο ΑΦ ΠΑ (ASWN) Στα πλαίσια της διπλωµατικής εργασίας πραγµατοποιήθηκαν µετρήσεις σε διάφορες συνοµιλίες που έλαβαν χώρα στο σύστηµα, µε σκοπό να αποδειχθεί η ποιότητα της υπηρεσίας VoIP που υλοποιήθηκε. Οι µετρήσεις πραγµατοποιήθηκαν ταυτόχρονα στα τερµατικά των δύο χρηστών που συµµετείχαν στη συνοµιλία ούτως ώστε να εξαχθούν όσο το δυνατόν ακριβέστερα συµπεράσµατα. Συνεπώς, οι µετρήσεις αφορούν σε δύο ροές κάθε κλήσης, µία για κάθε χρήστη. Για την ανάλυση των πακέτων και την εξαγωγή των στατιστικών στοιχείων χρησιµοποιήθηκε η έκδοση a του προγράµµατος Wireshark 9, ενώ για µία πρώτη ένδειξη της καθυστέρησης χρησιµοποιήθηκε η εφαρµογή ping του TCP πρωτοκόλλου. Σε όλες τις περιπτώσεις που µελετήθηκαν, η καθυστέρηση ήταν µικρότερη των 40 ms µε αποτέλεσµα να θεωρείται αµελητέα

72 Σχήµα 5-2 Στατιστικά στοιχεία που προκύπτουν από το Wireshark στα δύο άκρα µίας συνοµιλίας. Υπάρχουν 2 ροές σε κάθε χρήστη, όµως αυτή που µας ενδιαφέρει είναι η εισερχόµενη, η οποία παρουσιάζει τα πραγµατικά αποτελέσµατα για το Jitter και την απώλεια πακέτων. Μελετώντας τις 2 εισερχόµενες ροές, αναλύουµε ουσιαστικά ολόκληρη τη συνοµιλία, αφού η εισερχόµενη ροή του χρήστη 1 είναι η εξερχόµενη ροή του χρήστη 2 και το αντίστροφο. Σεναριο 1: Χρήστης ASWN Χρήστης ASWN (Άριστες καιρικές συνθήκες) Στο συγκεκριµένο σενάριο η επικοινωνία πραγµατοποιείται µεταξύ δύο (2) χρηστών του ασύρµατου δικτύου και διαρκεί ένα (1) λεπτό. Για την αξιοπιστία των µετρήσεων πραγµατοποιήθηκαν 10 µετρήσεις, τα αποτελέσµατα των οποίων παρουσιάζονται στον Πίνακα 5-1. Σε κάθε χρήστη διατίθενται 1024 Kbps για την κατερχόµενη ζεύξη και 512 Kbps για την ανερχόµενη. Το εύρος ζώνης και των δύο χρηστών ανατίθεται στην µεταξύ τους VoIP συνοµιλία τους καθώς δεν καταναλώνεται από άλλες εφαρµογές, ενώ οι καιρικές συνθήκες είναι ιδανικές και δεν παρατηρούνται παρεµβολές στην ασύρµατη ζεύξη. 62

73 A/A Αριθµός Απώλεια Πακέτων (%) Μέσο Jitter (ms) Μέτρησης Πακέτων Εισερχ. Εισερχ. Εισερχ. Ροή Εισερχ. Ροή Εισερχ. Ροή Εισερχ. Ροή Ροή Χρήστη1 Ροή Χρήστη2 Χρήστη1 Χρήστη2 Χρήστη1 Χρήστη M.O Πίνακας 5-1 Επικοινωνία δύο χρηστών του ασύρµατου δικτύου υπό καλές καιρικές συνθήκες Από τα παραπάνω στοιχεία προκύπτει το συµπέρασµα οτι η ποιότητα της επικοινωνίας είναι αρκετά υψηλή. Υπάρχουν αµελητέες απώλειες πακέτων και το µέσο jitter είναι αρκετά χαµηλότερα από την οριακή τιµή των 20 ms. Η µικρή απώλεια πακέτων γίνεται εµφανής στη συνοµιλία υπό τη µορφή κενών, τα οποία όµως δεν επηρεάζουν την επικοινωνία των χρηστών. Σεναριο 2: Χρήστης ASWN Χρήστης ASWN (Άσχηµες καιρικές συνθήκες) Στο συγκεκριµένο σενάριο η επικοινωνία πραγµατοποιείται µεταξύ δύο (2) χρηστών του ασύρµατου δικτύου και διαρκεί ένα (1) λεπτό. Για την αξιοπιστία των µετρήσεων πραγµατοποιήθηκαν 10 µετρήσεις, τα αποτελέσµατα των οποίων παρουσιάζονται στον Πίνακα 5-2. Σε κάθε χρήστη διατίθενται 1024 Kbps για την κατερχόµενη ζεύξη και 512 Kbps για την ανερχόµενη. Το εύρος ζώνης και των δύο χρηστών ανατίθεται στην µεταξύ τους VoIP συνοµιλία τους καθώς δεν καταναλώνεται από άλλες εφαρµογές. Σε αντίθεση µε το προηγούµενο σενάριο, οι καιρικές συνθήκες δεν είναι ιδανικές µε αποτέλεσµα να επηρεάζεται η ασύρµατη ζεύξη των χρηστών µε τον κόµβο στον οποίο είναι συνδεδεµένοι. 63

74 A/A Μέτρησης Αριθµός Πακέτων Απώλεια Μέσο Jitter (ms) Πακέτων (%) Εισερχ. Εισερχ. Εισερχ. Εισερχ. Εισερχ. Εισερχ. Ροή Ροή Ροή Ροή Ροή Ροή Χρήστη1 Χρήστη2 Χρήστη1 Χρήστη2 Χρήστη1 Χρήστη Μ.Ο Πίνακας 5-2 Επικοινωνία δύο χρηστών του ασύρµατου δικτύου υπό άσχηµες καιρικές συνθήκες Από τα παραπάνω στοιχεία προκύπτει το συµπέρασµα οτι η επικοινωνία αντιµετωπίζει σηµαντικά προβλήµατα καθώς υπάρχει µεγάλη απώλεια πακέτων, η οποία γίνεται αντιληπτή παρά την ανεκτικότητα του codec G.711 στις απώλειες, ενώ το µέσο Jitter είναι πολύ κοντά στο επιτρεπτό όριο των 20 ms, µε αποτέλεσµα να επηρεάζεται αρνητικά η συνοµιλία. Σεναριο 3: Χρήστης ASWN Χρήστης κτιρίου Λυµπέρη Στο τρίτο κατά σειρά σενάριο πραγµατοποιήθηκε επικοινωνία ενός λεπτού µεταξύ ενός χρήστη του ασύρµατου δικτύου και ενός χρήστη του κτιρίου Λυµπέρη. Για την αξιοπιστία των µετρήσεων πραγµατοποιήθηκαν 10 µετρήσεις, τα αποτελέσµατα των οποίων παρουσιάζονται στον Πίνακα 5-3. Στο χρήστη του ασύρµατου δικτύου διατίθενται 1024 Kbps για την κατερχόµενη ζεύξη και 512 Kbps για την ανερχόµενη, ενώ το εύρος ζώνης στο κτίριο Λυµπέρη είναι 650 Mbps. Το εύρος ζώνης και των δύο χρηστών ανατίθεται στην µεταξύ τους VoIP συνοµιλία τους καθώς δεν καταναλώνεται από άλλες εφαρµογές. 64

75 A/A Μέτρησης Αριθµός Πακέτων Απώλεια Μέσο Jitter (ms) Πακέτων (%) Εισερχ. Ροή Χρήστη Εισερχ. Ροή Χρήστη Εισερχ. Ροή Χρήστη Εισερχ. Ροή Χρήστη Εισερχ. Ροή Χρήστη Εισερχ. Ροή Χρήστη ASWN Λυµπέρη ASWN Λυµπέρη ASWN Λυµπέρη Μ.Ο Πίνακας 5-3 Επικοινωνία χρήστη του κτιρίου Λυµπέρη µε χρήστη του ασύρµατου δικτύου Από τις παραπάνω µετρήσεις παρατηρούµε οτι η συνοµιλία πραγµατοποιείται σε βέλτιστο επίπεδο καθώς δεν υπάρχουν απώλειες πακέτων και το µέσο jitter είναι αρκετά χαµηλό ώστε να εξαλείφεται από τους jitter buffers των εφαρµογών. Σεναριο 4: Χρήστης ASWN Χρήστης DSL (768/192 Kbits/sec) Στη συγκεκριµένη µελέτη περίπτωσης πραγµατοποιήθηκε επικοινωνία ενός λεπτού µεταξύ ενός χρήστη του ασύρµατου δικτύου και ενός χρήστη ο οποίος ήταν συνδεδεµένος στο διαδίκτυο µέσω τεχνολογίας DSL και παράλληλα συνδεδεµένος µε την υπηρεσία VPN του Πανεπιστηµίου Αιγαίου έτσι ώστε να µπορεί να χρησιµοποιήσει την υπηρεσία VoIP. Για την αξιοπιστία των µετρήσεων πραγµατοποιήθηκαν 10 µετρήσεις, τα αποτελέσµατα των οποίων παρουσιάζονται στον Πίνακα 5-4. Στο χρήστη του ασύρµατου δικτύου διατίθενται 1024 Kbps για την κατερχόµενη ζεύξη και 512 Kbps για την ανερχόµενη, ενώ το εύρος ζώνης του οικιακού χρήστη είναι 768 Kbps για την κατερχόµενη ζέυξη και 192 Kbps για την ανερχόµενη. Το εύρος ζώνης και των δύο χρηστών ανατίθεται στην µεταξύ τους VoIP συνοµιλία τους καθώς δεν καταναλώνεται από άλλες εφαρµογές. 65

76 A/A Μέτρησης Αριθµός Πακέτων Απώλεια Μέσο Jitter (ms) Πακέτων (%) Εισερχ. Εισερχ. Εισερχ. Εισερχ. Εισερχ. Εισερχ. Ροή Ροή DSL Ροή Ροή DSL Ροή Ροή DSL ASWN ASWN ASWN Μ.Ο Πίνακας 5-4 Επικοινωνία χρήστη ασύρµατου δικτύου µε χρήστη DSL (768/192 Kbps) Όπως παρατηρούµε, υπάρχει πολύ µεγάλη απώλεια πακέτων, γεγονός που επηρεάζει αρνητικά τη συνοµιλία, ειδικά στη µία από τις 2 ροές. Επίσης κατά τη διάρκεια της συνοµιλίας παρατηρήθηκε αυξηµένη καθυστέρηση, γεγονός που πιθανώς οφείλεται στην επεξεργασία που υφίστανται τα πακέτα στον VPN server. Εντύπωση προκάλεσε το γεγονός οτι η ροή που εµφανίζει να έχει το σηµαντικότερο πρόβληµα είναι η σερχόµενη ροή της DSL γραµµής, παρόλο που το εύρος ζώνης της είναι υψηλότερο του αντίστοιχου της εξερχόµενης ροής. Για το λόγο αυτό πραγµατοποιήθηκαν οι ίδιες µετρήσεις µε τη διαφορά οτι ο χρήστης της DSL γραµµής συνδέθηκε στον VPN server του ασύρµατου δικτύου και απέκτησε IP της µορφής 10.Χ.Χ.Χ. Με τον συγκεκριµένο τρόπο η επικοινωνία ήταν εµφανώς βελτιωµένη (packet loss 0.3%, µέσο jitter msec). Τα αποτελέσµατα αυτά επαλήθευσαν την υπόθεση που κάναµε οτι το πρόβληµα δηµιουργείται εξαιτίας της λειτουργίας των VPN servers του Πανεπιστηµίου. 66

77 Για την περαιτέρω επαλήθευση της συγκεκριµένης υπόθεσης χρησιµοποιήθηκε η εφαρµογή Skype 10 και πραγµατοποιήθηκαν εκ νέου µετρήσεις µεταξύ του χρήστη του ASWN και του χρήστη της DSL γραµµής. Ο DSL χρήστης συνδέθηκε µε τον VPN server του Πανεπιστηµίου και στη συνέχεια πραγµατοποίησε επικοινωνία µε τον ασύρµατο χρήστη. Τα αποτελέσµατα και σε αυτήν την περίπτωση ήταν αποθαρρυντικά, αφού δεν υπήρξε ουσιαστικά συνοµιλία (packet loss 5,2%, µέσο jitter 11,43 ms). Τα δύο αυτά πειράµατα αποδεικνύουν οτι το πρόβληµα οφείλεται στους VPN servers µε τους οποίους γίνεται η σύνδεση και όχι στο εύρος ζώνης που χρησιµοποιείται. Απώλεια Πακέτων (%) (%) Σενάριο 1 Σενάριο 2 Σενάριο 3 Σενάριο 4 Απώλεια Πακέτων (%) Σχήµα 5-3 Συγκριτικό διάγραµµα απώλειας πακέτων στις 4 περιπτώσεις που µελετήθηκαν Μέσο Jitter ms Σενάριο 1 Σενάριο 2 Σενάριο 3 Σενάριο 4 Jitter Σχήµα 5-4 Συγκριτικό διάγραµµα Μέσου Jitter στις 4 περιπτώσεις που µελετήθηκαν

78 Σεναριο 5: Χρήστης ASWN Χρήστης κτιρίου Λυµπέρη ( έσµευση Εύρους Ζώνης) Στο παρόν σενάριο πραγµατοποιήθηκαν κλήσεις ενός λεπτού µεταξύ ενός χρήστη του κτιρίου Λυµπέρη και ενός χρήστη του ασύρµατου δικτύου. Ο χρήστης του κτιρίου Λυµπέρη χρησιµοποιούσε όλο το διαθέσιµο εύρος ζώνης, ενώ ο χρήστης του ασυρµατου δικτύου δέσµευε συγκεκριµένο εύρος για διάφορες εφαρµογές (audio streaming, torrents, Internet Explorer), µε αποτέλεσµα να χρησιµοποιείται µόνο ένα τµήµα του εύρους ζώνης για τη συνοµιλία. Υπενθυµίζουµε οτι στον ασύρµατο χρήστη διατίθενται 1024kbps για κατερχόµενη ζεύξη και 512 kbps για ανερχόµενη. έσµευση Εύρους Αριθµός Πακέτων Απώλεια Μέσο Jitter (ms) Ζώνης (KB/sec) Πακέτων (%) D/L U/L Εισερχ. Ροή ASWN Εισερχ. Ροή Εισερχ. Ροή Εισερχ. Ροή Εισερχ. Ροή Εισερχ. Ροή Λυµπέρη ASWN Λυµπέρη ASWN Λυµπέρη Πίνακας 5-5 Στατιστικά στοιχεία επικοινωνίας µε δεσµευµένο εύρος ζώνης Αξίζει να σηµειωθεί οτι παρά την µεγάλη δέσµευση έυρους ζώνης από το χρήστη του ασύρµατου δικτύου, δεν υπάρχει απώλεια πακέτων στην εισερχόµενη ροή του. Παρόλ αυτά επηρεάζεται το jitter και των 2 ροών λόγω της ανεπάρκειας του εύρους ζώνης, ενώ παράλληλα επηρεάζεται η εξερχόµενη ροή του ασύρµατου χρήστη, καθώς οι πολλαπλές συνδέσεις (κυρίως στα torrents) εµποδίζουν τη σωστή αποστολή των πακέτων προς τον χρήστη του κτιρίου Λυµπέρη. Παρατηρούµε οτι για δέσµευση εύρους ζώνης 40 KB/sec για την κατερχόµενη ζεύξη και 20 KB/sec για την ανερχόµενη, έχουµε οριακές τιµές για τη συνοµιλία καθώς η απώλεια πακέτων είναι 2.7% και το µέσο Jitter ms. Στην περίπτωση που δεσµεύουµε µεγαλύτερο εύρος ζώνης παρουσιάζονται σηµαντικά προβλήµατα στην επικοινωνία, ενώ δεσµεύοντας µικρότερο εύρος ζώνης πετυχαίνουµε πολύ καλή 68

79 ποιότητα επικοινωνίας, αφού οι τιµές για το Jitter και την απώλεια πακέτων είναι σχεδόν αµελητέες. Απώλεια Πακέτων (%) (%) Απώλεια Πακέτων εσµευµένο Εύρος (DL--UL kb/s) Σχήµα 5-5 Απώλεια Πακέτων για διαφορετική δέσµευση εύρους ζώνης Μέσο Jitter (%) εσµευµένο Εύρος Ζώνης (DL--UL kb/sec) Μέσο Jitter Σχήµα 5-6 Μέσο Jitter για διαφορετική δέσµευση εύρους ζώνης 69

80 5.3 Επίδραση Πλήθους Κλήσεων στην Απόδοση της CPU του SIP Server Εισαγωγή στο SIPp Για την µέτρηση της απόδοσης του Asterisk PBX χρησιµοποιήθηκε το πρόγραµµα SIPp 11 το οποίο παρέχεται δωρεάν και αποτελεί εργαλείο ανοιχτού κώδικα. Το SIPp είναι ένα εργαλείο προσoµοίωσης για το πρωτόκολλο SIP, καθώς παράγει χιλιάδες κλήσεις, δηµιουργώντας µε τον τρόπο αυτό κίνηση SIP στον εξυπηρετητή. Περιέχει πολλά βασικά σενάρια, λειτουργώντας είτε ως πελάτης (UAC) είτε ως εξυπηρετητής (UAS), ενώ επίσης µπορεί να διαβάσει σενάρια από XML αρχεία τα οποία περιγράφουν απλές αλλά και περισσότερο πολύπλοκες ροές κλήσεων. Χαρακτηριστικό της εφαρµογής είναι η δυναµική παρουσίαση των στατιστικών στοιχείων (call rate, round trip delay, message statistics). Το SIPp µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε πολλούς εξοπλισµούς SIP όπως SIP proxies, B2BUAs, SIP media server, SIP/x gateways, SIP PBX. Τα κυριότερα υποσυστήµατα του VoIP εξυπηρετητή του δικτύου µας είναι τα εξής: Pentium IV 2.4Ghz HyperThreading 512 MB PC3600 Dual DDR RAM Seagate 80GB SATA HDD 4-port ethernet 10/100 PCI Card Netgear MA b Wireless Card Χρησιµοποιώντας το SIPp Όπως έχουµε ήδη αναφέρει, το SIPp δηµιουργεί µία ή περισσότερες κλήσεις SIP σε έναν αποµακρυσµένο υπολογιστή. Το εργαλείο ελέγχεται από την γραµµή εντολών µε την εντολή./sipp ακολουθούµενη από µερικές παραµέτρους. Για τις ανάγκες των µετρήσεων έχει δηµιουργηθεί µία τηλεφωνική προέκταση (2005) στον εξυπηρετητή, η οποία δέχεται τις κλήσεις, απαντάει, ενεργοποιεί την αναµονή

81 κλήσης και µετά από διάστηµα 20 δευτερολέπτων κλείνει την συνοµιλία. Η ρύθµιση που πραγµατοποιήθηκε είναι η εξής: exten => 2005,1,Answer exten => 2005,2,SetMusicOnHold(default) exten => 2005,3,WaitMusicOnHold(20) exten => 2005,4,Hangup Το σενάριο που χρησιµοποιήθηκε είναι το απλό σενάριο που περιέχει το SIPp και φαίνεται παρακάτω: SIPp UAC Remote (1) INVITE > (2) 100 (optional) < (3) 180 (optional) < (4) 200 < (5) ACK > (6) PAUSE (7) BYE > (8) 200 < Η βασική οθόνη του SIPp κατά την διάρκεια της προσοµοίωσης παρουσιάζεται στο Σχήµα

82 Σχήµα 5-7 Βασική οθόνη SIPp Τα παρακάτω στοιχεία εµφανίζονται δυναµικά ανά δευτερόλεπτο. Τα βασικότερα στοιχεία είναι ο ρυθµός των κλήσεων το δευτερόλεπτο (Call-rate), η χρονική διάρκεια (Total-time), οι συνολικές κλήσεις (Total-calls), οι κλήσεις στο τελευταίο δευτερόλεπτο (new calls during s period) καθώς και οι κάθετες στήλες που µας ενηµερώνουν για το πλήθος των µηνυµάτων που ανταλλάσσονται. Για την εκτέλεση του συγκεκριµένου σεναρίου εκτελούµε την παρακάτω εντολή από έναν αποµακρυσµένο υπολογιστή ώστε να δηµιουργήσει κλήσεις προς τον VoIP server: #./sipp sn uac d s 2005 IP_ADR_VOIP_SERVER r 100 i IP_ADR_CLIENT timeout 10 nr Οι διάφορες παράµετροι αναλύονται στον Πίνακα 5-6: 72

83 Παράµετρος Ιδιότητα sn σενάριο που χρησιµοποιείται d διάρκεια κλήσης (ms) s αριθµός της προέκτασης IP_ADR_VOIP_SERVER διεύθυνση IP του εξυπηρετητή r ρυθµός κλήσης (κλήσεις / δευτ.) i IP_ADR_CLIENT διεύθυνση IP του HOST -timeout διάρκεια της προσοµοίωσης σε δευτερόλεπτα nr απενεργοποίηση αναµεταδόσεων Πίνακας 5-6 Παράµετροι εφαρµογής SIPp Στην προσοµοίωση που εκτελέσαµε ορίσαµε την διάρκεια κάθε κλήσης στα 10 δευτερόλεπτα. Η διάρκεια θα πρέπει να είναι µικρότερη από την αναµονή κλήσης (20 δευτερόλεπτα) που έχουµε ορίσει στην προέκταση 2005 που χρησιµοποιούµε, ώστε να ολοκληρώνεται η κλήση. Η προσοµοίωση εκτελέστηκε για χρόνο 1 λεπτό µε διάρκεια κλήσης 10 δευτερόλεπτα. Ο Πίνακας 5-7 εµφανίζει τα αποτελέσµατα για κάθε µέτρηση ξεχωριστά. Καθώς αυξάνουµε τον αριθµό των κλήσεων ανά δευτερόλεπτο (CPS) παρατηρούµε πώς µεταβάλλεται ο µέγιστος αριθµός ταυτόχρονων καναλιών, η χρήση της µνήµης και του επεξεργαστή του εξυπηρετητή, καθώς και το ποσοστό ολοκληρωµένων κλήσεων. 73

84 Αριθµός Μέγιστος Αριθµ. Αριθµός Κλήσεων και Χρήση Εξυπηρετητή Κλήσεων/sec Καναλιών SIP Ποσοστό Επιτυχίας (%) CPS Max Chan. Success Failed % CPU MEMORY <2.7 < <4.3 < <7.7 < <9.7 < <14.3 < <15.3 < <17 < <32 < <46.3 < <57.6 <39.1 Πίνακας 5-7 Αποτελέσµατα Προσοµοίωσης SIPp Η εκτέλεση µίας πραγµατικής κλήσης κατά την διάρκεια της προσοµοίωσης επιτυγχάνεται µέχρι και την 6 η µέτρηση, δηλαδή µε ρυθµό 30 κλήσεις το δευτερόλεπτο. Για ρυθµό µεγαλύτερο των 30 κλήσεων ανά δευτερόλεπτο, η πραγµατοποίηση µίας κλήσης ήταν αδύνατη. Server Utilization Utilization (%) Channels CPU Memory Σχήµα 5-8 ιάγραµµα χρησιµοποίησης Server για διαφορετικό αριθµό κλήσεων 74

85 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ I - Asterisk SIP Server Μετά την εγκατάσταση του λογισµικού Asterisk στον κεντρικό εξυπηρετητή, δηµιουργείται ένα πλήθος αρχείων ρύθµισης (configuration files) τα οποία συµβάλλουν στην οµαλή λειτουργία του συστήµατος. Τα σηµαντικότερα από τα αρχεία αυτά είναι τα extensions.conf, sip.conf, asterisk.conf και cdr_custom.conf, των οποίων οι λειτουργίες και οι παράµετροι αναλύονται στη συνέχεια. Π1.1 Extensions.conf Το αρχείο extensions.conf είναι ένα από τα σηµαντικότερα αρχεία ρύθµισης στο τηλεφωνικό κέντρο Asterisk, καθώς περιέχει το σχέδιο κλήσης (dialplan) του συστήµατος. Το σχέδιο κλήσης, το οποίο χαρακτηρίζεται ως καρδιά του Asterisk, ορίζει τον τρόπο µε τον οποίο ο Asterisk διαχειρίζεται τις εισερχόµενες και εξερχόµενες κλήσεις, ενώ περιέχει και όλες τις προεκτάσεις (αριθµούς κλήσεις). Το σχέδιο κλήσης χωρίζεται σε τµήµατα τα οποία ονοµάζονται πλαίσια και περιέχουν προεκτάσεις. Προέκταση είναι ένα τηλεφωνικό νούµερο, το οποίο περιέχει αριθµούς, γράµµατα ή συνδυασµό γραµµάτων και αριθµών. Κάθε προέκταση περιέχει µία προτεραιότητα και µία εφαρµογή, ενώ µε τη χρήση των πλαισίων µπορούµε να οργανώσουµε το σχέδιο κλήσης. Π1.1.1 Πλαίσια (Contexts) [general] Είναι το πρώτο πλαίσιο που συναντάµε στο αρχείο extensions.conf και περιέχει επιλογές ρυθµίσεων για κάποιες συγκεκριµένες παραµέτρους του συστήµατος. Static = yes/no Writeprotect = yes/no Autofallthrough = yes/no 75

86 Οι συγκεκριµένες παράµετροι ορίζουν τη δυνατότητα αλλαγής του σχέδιου κλήσης µέσω του Command Line του Asterisk, καθώς και τη συµπεριφορά του server µετά τον τερµατισµό µίας κλήσης. [globals] Στο συγκεκριµένο πλαίσιο ορίζουµε τα ονόµατα των µεταβλητών τα οποία µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε στη συνέχεια στις προεκτάσεις του συστήµατος. Ο ορισµός µεταβλητών συµβάλλει στην καλύτερη οργάνωση του σχέδιου κλήσης και στην ευκολότερη επεξεργασία του. Πλαίσια κλήσεων Όποιο πλαίσιο ακολουθεί τα πλαίσια [general] και [globals], αποτελεί πλαίσιο κλήσης και σε γενικές γραµµές έχει την εξής µορφή [όνοµα πλαισίου] exten => αριθµός, προτεραιότητα, εφαρµογή (όρισµα1, όρισµα2...) exten => αριθµός, προτεραιότητα, εφαρµογή, όρισµα1 / όρισµα2 Στο σύστηµα που αναπτύξαµε, το πλαίσιο κλήσης που ακολουθεί τα δύο πρώτα πλαίσια ονοµάζεται [default] και περιέχει τις παρακάτω ρυθµίσεις Για τις εισερχόµενες κλήσεις από το PSTN δίκτυο στο VoIP δίκτυο exten => 0101,1,Answer() exten => 0101,2,Background(aswn-menu) Για τις κλήσεις από το VoIP δίκτυο προς το PSTN δίκτυο exten => _0XXXXXXXXXX,1,Dial(SIP/101/${EXTEN},20) exten => _0XXXXX,1,Dial(SIP/101/${EXTEN:1},20) Για εσωτερικές κλήσεις εντός του VoIP δικτύου exten => _XXXXX,1,Dial(SIP/${EXTEN},30) 76

87 exten => exten => _XXXXX,3,PlayBack(vm-goodbye) exten => _XXXXX,4,HangUp() Για κλήσεις στον προσωπικό τηλεφωνητή exten => Για τριψήφιους αριθµούς έκτακτης ανάγκης exten => _0XXX,1,Dial(SIP/101/${EXTEN:1},20) Για διάφορες υπηρεσίες (π.χ τοπική ώρα) exten => 141,1,Wait(1) exten => 141,2,set(FutureTime=$[${EPOCH} + 13]) exten => 141,3,playback(at-tone-time-exactly) exten => 141,4,SayUnixTime(${FutureTime},,k) exten => 141,5,playback(vm-and) exten => 141,6,SayUnixTime(${FutureTime},,M) exten => 141,7,playback(vm-and) exten => 141,8,SayUnixTime(${FutureTime},,S) exten => 141,9,playback(seconds) exten => 141,10,playback(beep) exten => 141,11,wait(2) exten => 141,12,goto(1) Π1.1.2 Προεκτάσεις (Extensions) Σε γενικές γραµµές οι προεκτάσεις αποτελούν τηλεφωνικούς αριθµούς, ενώ υπάρχουν τρεις τύποι προεκτάσεων: πραγµατικές, προκαθορισµένες και σχεδίου. Οι πραγµατικές προεκτάσεις µπορούν να περιέχουν στο όνοµά τους αριθµούς (1-9), τους χαρακτήρες * και #, τα γράµµατα A,B,C,D καθώς και όλα τα γράµµατα από a-z. Υπάρχουν αρκετές ονοµασίες προκαθορισµένων προεκτάσεων: 77

88 -i- Invalid -s- Start -h- Hangup -t- timeout -T- Absolut Timeout -o- Operator Όταν µία προέκταση αρχίζει µε τον χαρακτήρα _ θεωρείται προέκταση σχεδίου, µε αποτέλεσµα κάποιοι χαρακτήρες να έχουν ιδιαίτερη σηµασία: -Χ- οποιοδήποτε ψηφίο από 0-9 -Ζ- οποιοδήποτε ψηφίο από 1-9 -Ν- οποιοδήποτε ψηφίο από [126]- οποιοδήποτε ψηφίο στις αγκύλες (στο παράδειγµα 1,2,6) -. - (τελεία) ταιριάζει µε οτιδήποτε Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται οι προεκτάσεις που χρησιµοποιούνται στο σύστηµά µας Extension 0101 Εισερχόµενες Κλήσεις από PSTN _0XXXXXXXXXX Εξερχόµενες Κλήσεις προς PSTN _0XXXXX Εξερχόµενες Κλήσεις προς Λυµπέρη _XXXXX Εσωτερικές VoIP κλήσεις _9XXXXX Προσωπικός Τηλεφωνητής _0XXX Τηλέφωνα Έκτακτης Ανάγκης Πίνακας Π1-1 Προεκτάσεις VoIP τηλεφωνικού κέντρου Π1.2 Asterisk.conf Στο συγκεκριµένο αρχείο ρυθµίσεων ορίζονται όλες οι τοποθεσίες όπου αποθηκεύονται τα έγγραφα και τα αρχεία του Asterisk (αρχεία ηµερολογίου, µουσικά αρχεία κ.τ.λ). Στη συνέχεια αναφέρονται οι διαδροµές όπου υπάρχουν τα εγκατεστηµένα στοιχεία του Asterisk. 78

89 [directories] astetcdir => /etc/asterisk Όλα τα αρχεία ρυθµίσεων (*.conf) αποθηκεύονται στον παραπάνω φάκελο astmoddir => /usr/lib/asterisk/modules Στο συγκεκριµένο φάκελο αποθηκεύονται όλα τα στοιχεία εγκατάστασης και λειτουργίας του Asterisk, όπως εφαρµογές κλήσης (app_dial.so), κανάλια (chan_iax2.so), codecs κ.τ.λ astvarlibdir => /var/lib/asterisk Στο φάκελο αυτόν περιέχονται διάφορα ηχητικά αρχεία του Asterisk astagidir => /var/lib/asterisk/agi-bin Στο φάκελο αυτόν βρίσκουµε όλα τα agi scripts που έχουν δηµιουργηθεί για τον Asterisk astspooldir => /var/spool/asterisk Στον παραπάνω φάκελο αποθηκεύονται όλες οι ηχογραφήσεις του Asterisk. Μπορούν να αποθηκευτούν τα µηνύµατα του προσωπικού τηλεφωνητή καθώς και ηχογραφήσεις συνοµιλιών. astrundir => /var/run Ο Asterisk αποθηκεύει στο φάκελο αυτόν το αρχείο PID, το οποίο αναγνωρίζει την τρέχουσα διεργασία astlogdir => /var/log/asterisk Εδώ µπορούν να βρεθούν όλα τα αρχεία καταγραφής (log files) που δηµιουργεί ο Asterisk. Τα αρχεία αυτά είναι εύκολο να τροποποιηθούν. 79

90 Π1.3 Cdr_custom.conf Ο Asterisk εξ ορισµού δηµιουργεί µία εγγραφή σε βάση δεδοµένων µετά από τον τερµατισµό µίας κλήσης. Το αρχείο αυτό ορίζει τα ακριβή στοιχεία που θα καταγραφούν στη συγκεκριµένη εγγραφή. Μερικά από τα στοιχεία που µπορούν να καταγραφούν από µία συνοµιλία είναι τα εξής: ${CDR(clid)} = το ΙD της κλήσης ${CDR(src)} = τηλεφωνικός αριθµός καλούντος ${CDR(dst)} = τηλεφωνικός αριθµός προορισµού ${CDR(dcontext)} = πλαίσιο προορισµού ${CDR(channel)} = κανάλι πηγής ${CDR(dstchannel)} = κανάλι προορισµού ${CDR(start)} = ώρα έναρξης κλήσης ${CDR(answer)} = ώρα απάντησης της κλήσης ${CDR(end)} = ώρα τερµατισµού της κλήσης ${CDR(duration)} = διάρκεια της κλήσης ${CDR(billsec)} = διάρκεια συνοµιλίας ${CDR(disposition)} = κατάσταση κλήσης (απαντηµένη, κατειλληµένη, αναπάντητη) Π1.4 Sip.conf Το αρχείο sip.conf περιέχει ρυθµίσεις και παραµέτρους σχετικές µε τους Sip clients οι οποίοι έχουν πρόσβαση στον Sip Server. Όλοι οι χρήστες πρέπει να εγγραφούν και να οριστούν στο συγκεκριµένο αρχείο ούτως ώστε να µπορούν να πραγµατοποιούν και να λαµβάνουν κλήσεις χρησιµοποιώντας τον Asterisk. Το πρώτο τµήµα του αρχείου περιλαµβάνει γενικές επιλογές που αφορούν στον server, όπως IP διεύθυνση και αριθµό πόρτας όπου γίνεται η σύνδεση. Τα επόµενα τµήµατα περιέχουν παραµέτρους και ρυθµίσεις για τους πελάτες, όπως όνοµα χρήστη, κωδικό και ΙΡ διεύθυνση για µη εγγεγραµένους πελάτες. Τα τµήµατα διαχωρίζονται µεταξύ τους από το όνοµά τους µέσα σε αγκύλες. Το πρώτο τµήµα ονοµάζεται general και περιέχει γενικές πληροφορίες (δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί 80

91 για όνοµα χρήστη), ενώ τα επόµενα τµήµατα περιέχουν σε αγκύλες το όνοµα χρήστη και στη συνέχεια ορίζουν τις επιλογές και ρυθµίσεις για κάθε χρήστη. Επιλογές Χρήστη Type: η συγκεκριµένη επιλογή ορίζει τον τύπο σύνδεσης του χρήστη. υνατές επιλογές είναι Peer: Συσκευή που δέχεται κλήσεις από τον server User: Συσκευή που πραγµατοποιεί κλήσεις µέσω του server Friend: Συσκευή που δέχεται και πραγµατοποιεί κλήσεις µέσω του server Secret: Ορίζει τον κωδικό του χρήστη Username: Ορίζει το όνοµα του χρήστη που θα συνδεθεί µε τον Asterisk Context: Ορίζει το πλαίσιο στο οποίο ανήκει ο τηλεφωνικός αριθµός του χρήστη Allow: Ορίζονται οι codecs που µπορεί να χρησιµοποιήσει ο χρήστης Ένα παράδειγµα από τµήµα του αρχείου Sip.conf είναι το παρακάτω, το οποίο ορίζει τον χρήστη nikos µε αριθµό τηλεφώνου [nikos] type=friend context=default username=22034 secret=**** host=dynamic canreinvite=no dtfmode=rfc2833 disallow=all allow=ulaw 81

92 82

93 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ Gateway Grandstream 4104 Π2.1 Πύλες VOIP Μπορούν να οριστούν ως δικτυακές συσκευές που µετατρέπουν κλήσεις φωνής και fax, σε πραγµατικό χρόνο, µεταξύ του δηµόσιου τηλεφωνικού δικτύου (PSTN) και του δικτύου IP. Οι βασικές λειτουργίες µιας VOIP πύλης περιλαµβάνουν συµπίεση / αποσυµπίεση φωνής, σχηµατισµό πακέτων, δροµολόγηση κλήσεων και έλεγχο σηµατοδοσίας. Επιπρόσθετα χαρακτηριστικά µπορεί να περιλαµβάνουν διεπαφές σε εξωτερικές συσκευές, όπως Gatekeepers ή Softswitches, συστήµατα χρέωσης καθώς και συστήµατα διαχείρισης δικτύου. H πύλη Grandstream 4104 συνδέει το ΙP τηλεφωνικό δίκτυο µε το τηλεφωνικό κέντρο του κτιρίου Λυµπέρη και κατά συνέπεια µε το PSTN δίκτυο του ΟΤΕ. Η σύνδεση µε το VoIP δίκτυο πραγµατοποιείται µέσω ενός (1) Ethernet interface, ενώ από την άλλη πλευρά συνδέεται µε το τηλεφωνικό κέντρο µέσω τεσσάρων (4) FXO interfaces. Προς το παρόν χρησιµοποιείται µόνο µία FXO διεπαφή, δηλαδή δεν µπορούν να υπάρξουν περισσότερες από µία ταυτόχρονες συνοµιλίες από το VoIP δίκτυο προς το δίκτυο του ΟΤΕ ή το αντίστροφο. Π2.2 FXO / FXS Τα FXS και FXO είναι τα ονόµατα των θυρών που χρησιµοποιούνται από τις αναλογικές τηλεφωνικές γραµµές (επίσης γνωστές ως POTS - Plain Old Telephone Service, δηλαδή απλή παλιά τηλεφωνική υπηρεσία ) FXS Η διεπαφή Foreign exchange Subscriber είναι η θύρα που πραγµατικά παρέχει την αναλογική γραµµή στο συνδροµητή. Με άλλα λόγια, είναι η πρίζα στον τοίχο που παρέχει το σήµα επιλογής, το ρεύµα της µπαταρίας και την τάση του κουδουνισµού. FXO Η διεπαφή Foreign exchange Office είναι η θύρα που λαµβάνει την αναλογική γραµµή. Είναι η πρίζα στο τηλέφωνο ή στη συσκευή φαξ, ή η πρίζα(ες) στο αναλογικό τηλεφωνικό σύστηµα. Λόγω του ότι η θύρα FXO βρίσκεται πάνω σε µια 83

94 συσκευή, όπως ένα φαξ ή ένα τηλέφωνο, η τελευταία αποκαλείται συχνά συσκευή FXO. Τα FXO και FXS συνδυάζονται πάντα, όπως µία αρσενική µε µία θηλυκή πρίζα. Χωρίς την παρουσία τηλεφωνικού κέντρου, ένα τηλέφωνο συνδέεται απευθείας στη θύρα FXS που παρέχει µία εταιρεία τηλεφωνίας. Σχήµα Π2-1 Θύρες FXO FXS χωρίς PBX Στην περίπτωση που υπάρχει τηλεφωνικό κέντρο, οι γραµµές τις οποίες παρέχει η εταιρεία τηλεφωνίας συνδέονται µε το PBX και στη συνέχεια τα τηλέφωνα µε το PBX. Εποµένως, το τηλεφωνικό κέντρο πρέπει να έχει και θύρες FXO (για να συνδέεται µε τις θύρες FXS που παρέχονται από την εταιρεία τηλεφωνίας) και θύρες FXS (για να συνδέεται µε τις συσκευές τηλεφώνου ή φαξ). Σχήµα Π2-2 Θύρες FXO FXS µε PBX 84

95 Π2.2.1 Πύλη FXO Για τη σύνδεση αναλογικών τηλεφωνικών γραµµών µε ένα IP PBX απαιτείται µία πύλη FXO, η οποία επιτρέπει τη σύνδεση της θύρας FXS µε τη θύρα FXO της πύλης, η οποία στη συνέχεια µεταφράζει την αναλογική τηλεφωνική γραµµή σε κλήση VοIP. Σχήµα Π2-3 ιασύνδεση FXO gateway Π2.2.2 Πύλη FXS Μία πύλη FXS συνδέει συνήθως µία ή περισσότερες γραµµές ενός παραδοσιακού PBX µε ένα τηλεφωνικό σύστηµα ή παροχέα VοIP. Σχήµα Π2-4 ιασύνδεση FXS gateway Π2.3 Παραµετροποίηση πύλης Grandstream 4104 Η πύλη Grandstream είναι καταχωρηµένη και εγγεγραµένη στον Asterisk καθώς και στο τηλεφωνικό κέντρο του κτιρίου Λυµπέρη. Ο αριθµός που της έχει δοθεί στον Asterisk είναι το 0101 ενώ στο κέντρο του Λυµπέρη έχει τον εσωτερικό αριθµό

96 ή το από το δίκτυο του ΟΤΕ. Η ΙΡ διεύθυνση της πύλης είναι η και η διαχείρισή της γίνεται µέσω ενός εύχρηστου και λειτουργικού interface. Στην πρώτη οθόνη της διεπαφής (Status) εµφανίζεται η IP διεύθυνση της συσκευής, η MAC Address καθώς και η κατάσταση των FXO γραµµών (κατειλληµένες / ελεύθερες). Επίσης µπορούµε να ενηµερωθούµε σχετικά µε τον χρόνο που η συσκευεί παραµένει ενεργή χωρίς να έχει διακοπεί η λειτουργία της. Σχήµα Π2-5 Κατάσταση Πύλης Grandstream 86

97 Στη δεύτερη οθόνη της διεπαφής (Basic Settings) πραγµατοποιούνται οι βασικές ρυθµίσεις της πύλης που αφορούν στην IP διεύθυνση και τη µάσκα υποδικτύου την οποία ορίζουµε, καθώς και την πόρτα στην οποία δέχεται http συνδέσεις (εξ ορισµού 80) Σχήµα Π2-6 Βασικές ρυθµίσεις Grandstream 87

98 Στην τρίτη κατά σειρά οθόνη της διεπαφής ορίζονται οι εξειδικευµένες ρυθµίσεις της πύλης στις οποίες περιλαµβάνονται η κωδικοποίηση που χρησιµοποιείται, όπως και η πόρτα στην οποία µεταδίδονται τα ηχητικά δεδοµένα (RTP). Επίσης στη συγκεκριµένη οθόνη µπορεί να γίνει η αλλαγή του κωδικού του διαχειριστή του συστήµατος και στην περίπτωση που χρησιµοποιείται ΝΑΤ στο σύστηµα, ορίζεται η διεύθυνση του NAT server. Σχήµα Π2-7 Προχωρηµένες ρυθµίσεις Grandstream 88

99 Το επόµενο τµήµα της διεπαφής περιέχει τις ρυθµίσεις για τις FXO γραµµές της συσκευής και τον τρόπο κλήσης. Στο σύστηµά µας χρησιµοποιούµε τρόπο κλήσης ενός (1) σταδίου, ο οποίος είναι περισσότερο εύχρηστος αλλά λιγότερο ευέλικτος από τον τρόπο κλήσης σε δύο (2) στάδια. Επίσης ορίζεται ο αριθµός µε τον οποίον γίνεται η σύνδεση στον VoIP server, που στην περίπτωσή µας είναι το 0101 όπως προαναφέραµε. Σχήµα Π2-8 Ρυθµίσεις FXO γραµµών της πύλης Grandstream 89

100 Στις οθόνες Profiles ορίζονται οι διάφοροι SIP servers µε τους οποίους αλληλεπιδρά και επικοινωνεί η πύλη Grandstream. Μπορούν να οριστούν έως τρεις (3) SIP servers καθώς υπάρχουν τρία profiles. Στο σύστηµά µας έχουµε έναν SIP server, οπότε ρυθµίζουµε το Profile 1, ορίζοντας την IP διεύθυνση του server, το όνοµά του, καθώς και την επιθυµητή κωδικοποίηση των δεδοµένων. Σχήµα Π2-9 Ρυθµίσεις Server µε τον οποίο γίνεται η διασύνδεση 90

101 Τέλος, στο τµήµα Channels ορίζουµε τις γραµµές που θα χρησιµοποιήσουµε στο σύστηµα, οι οποίες συµπεριφέρονται ως SIP clients, δηλαδή πρέπει να είναι εγγεγραµένες στο αρχείο sip.conf του Asterisk ούτως ώστε να µπορεί να πραγµατοποιηθεί η επικοινωνία. Επίσης, ορίζονται οι συχνότητες των τόνων σήµατος που πρέπει να αναγνωρίζει η πύλη, οι οποίες καθορίζονται από το δίκτυο κάθε χώρας. Το σύστηµά µας ρυθµίστηκε για να λειτουργεί στην Ελλάδα µε τις προδιαγραφές του δικτύου του ΟΤΕ. Στο παρόν τµήµα ορίζεται και η µέθοδος DTMF που ακολουθείται, η οποία αφορά στον τρόπο µε τον οποίο µεταδίδονται τα σήµατα των πλήκτρων που επιλέγονται από τον χρήστη. Σχήµα Π2-10 Ρυθµίσεις καναλιών επικοινωνίας της Πύλης Grandstream 91

102 Πίνακας Π2-1 Παράδειγµα ηχοσηµάτων ψηφιακών κέντρων του Σ Τ Μ του ΟΤΕ 92

103 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙΙ Παραµετροποίηση Softphone (X-Lite) Στο παράρτηµα αυτό δίνονται οδηγίες για την παραµετροποίηση ενός softphone για την χρήση της VoIP υπηρεσίας που υλοποιήθηκε. Το λογισµικό το οποίο επιλέχθηκε να χρησιµοποιηθεί είναι το X-Lite, το οποίο έχει εύχρηστο interface και µπορεί να ρυθµιστεί εύκολα ούτως ώστε να πραγµατοποιεί και να δέχεται VoIP κλήσεις. Αρχικά ανακτούµε και εγκαθιστούµε στον υπολογιστή το λογισµικό το οποίο βρίσκεται στην ιστοσελίδα Ξεκινώντας την εφαρµογή, εµφανίζεται στην οθόνη του υπολογιστή το interface, το οποίο έχει τη µορφή τηλεφώνου και επιλέγουµε το αριστερό κουµπί (τριγωνικό βέλος προς τα κάτω) για να ανοίξουµε το µενού διαχείρισης. Σχήµα Π3-1 Μενού επιλογών X-Lite Από το µενού επιλέγουµε SIP Account Settings και ανοίγει το παρακάτω παράθυρο διαχείρισης και προβολής των λογαριασµών SIP 93

104 Σχήµα Π3-2 Λογαριασµοί SIP Επιλέγουµε την προσθήκη νέου λογαριασµού (Add ) καθώς δεν υπάρχει δηµιουργηµένος λογαριασµός SIP κατά την αρχική εγκατάσταση. Θα ανοίξει το παράθυρο διαχείρισης του λογαριασµού Σχήµα Π3-3 Ιδιότητες λογαριασµού SIP 94

105 Συµπληρώνουµε τα πεδία µε τις εξής πληροφορίες: Display Name: το όνοµα µε το οποίο θα εµφανιζόµαστε στους άλλους χρήστες User name: το προσωπικό username που έχουµε στον SIP server (Asterisk) Password: o κωδικός που αντιστοιχεί στο προσωπικό username Domain: η διεύθυνση του SIP server που χρησιµοποιούµε (icsd-erevos.aegean.gr) Domain Proxy: Register with domain and receive incoming calls: ενεργοποιούµε τη συγκεκριµένη επιλογή για να µπορούµε να εγγραφόµαστε στον Asterisk και να λαµβάνουµε κλήσεις. Send outbound via: target domain Στη συνέχεια αποθηκεύουµε τις επιλογές πατώντας το ΟΚ και επιστρέφουµε στο κεντρικό παράθυρο του X-Lite, το οποίο έχει την εξής µορφή Σχήµα Π3-4 Εφαρµογή X-Lite εγγεγραµένη σε κάποιον Server 95

106 Στην περίπτωση που δεν έχουµε πρόσβαση στον SIP server, το X-Lite εµφανίζει το µήνυµα Registration Error: 408 Request Timeout, ενώ στην περίπτωση που έχουµε συµπληρώσει λάθος στοιχεία ή δεν είµαστε εγγεγραµµένοι στην υπηρεσία το X-Lite εµφανίζει το µήνυµα Registration Error: 401 Unauthorized Αφού πραγµατοποιηθεί η σύνδεση µε τον Server, έχουµε τη δυνατότητα να πραγµατοποίουµε και να λαµβάνουµε κλήσεις. Για να πραγµατοποιήσουµε µία κλήση πληκτρολογούµε τον τηλεφωνικό αριθµό που θέλουµε και πατάµε Enter ή το πράσινο κουµπί µε το τηλέφωνο. Για να απαντήσουµε σε µία ληφθείσα κλήση πατάµε το πράσινο κουµπί µε το τηλέφωνο, ενώ αν θέλουµε να απορρίψουµε την κλήση πατάµε το κόκκινο κουµπί µε το τηλέφωνο. Το X-Lite µας δίνει τη δυνατότητα να αποθηκεύσουµε τηλεφωνικούς αριθµούς και ονόµατα που επιθυµούµε, ενώ διατηρεί λίστα µε όλες τις κλήσεις που έχουµε πραγµατοποιήσει και έχουµε λάβει (είτε απαντήθηκαν είτε όχι). Για τις πληροφορίες αυτές αρκεί να πατήσουµε το κουµπί µε το τριγωνικό βελάκι προς τα δεξιά, ώστε να εµφανιστεί το αντίστοιχο µενού. Σχήµα Π3-5 Μενού κλήσεων και επαφών X-Lite 96