IP телефонија
Страна
1
1. IP телефонија
Израз
IP телефонија
(
IP telephony
) се користи за описивање једне од
најраширенијих мултимедијалних апликација. Телефонске компаније широм света
замењују традиционалне телефонске свичеве са
IP
рутерима. Мотивација за то је
економске природе: рутери коштају много мање од традиционалних телефонских свичева.
Фирме су такође почеле да користе
IP
телефоне из економских разлога: слање и података
и гласа у
IP
датaграмима смањује трошкове јер се дели дата мрежна инфраструктура -
један сет опреме, ожичења, и мрежних конекција је довољан за сву комуникацију,
укључујући телефонске позиве.
Основна идеја у вези са
IP
телефонијом је једноставна: континуелно узорковати
аудио, конвертовати сваки узорак у дигиталну форму, слати резултујући дигитализовани
ток крсоз
IP
мрежу у пакетима, и конвертовати тај ток поново у аналогну форму за
репродуковање. Међутим, много детаља компликује овај задатак. Пошиљалац не може да
чека да попуни велики пакет јер тако одлаже пренос за неколико секунди. Систем мора да
управља подешавањем позива: када позивалац бира број, систем мора да преведе тај
телефонски број на
IP
адресу, и да лоцира одређену страну. Када позив започне, позвана
страна мора да прихвати и одговори на позив. Слично томе, када се позив заврши, две
стране морају да се договоре о томе како прекинути комуникацију.
Најзначајније компликације се појављују због тога што
IP
телефонија настоји да
буде компатибилна са постојећом
Мрежом јавне телефоније
(
Public Switched Telephone
Network
-
PSTN
). Тачније, уместо да ограничава позиве на
IP
телефонију, механизми
омогућавају позиваоцу или позиваном да користе телефон било где на PSTN, укључујући
међународне локације или мобилну конекцију. Тако
IP
телефонски систем мора бити
спреман да ради са позивима који потичу од
PSTN
и завршавају се на
IP
телефону, или
обрнуто. Корисници очекују од
IP
телефонског система да обезбеди постојеће телефонске
услуге као што су прослеђивање позива (
call forwarding
), позив на чекању (
call waiting
),
говорна пошта (
voicemail
), конференцијски позиви (
conference calls
), и идентификацију
позиваоца (
caller ID
). Поред тога, фирме које тренутно користе
Приватне телефонске
централе
(
Private Branch Exchange
-
PBX
) могу захтевати од система IP телефоније да
понуди услуге еквивалентне PBX-u.
1.1 Сигналирање и стандарди VoIP сигналирања
IP телефонија
Страна
2
Две групе су креирале стандарде за IP телефонију:
Међународна
телекомуникациона унија
(
International Telecommunication Union
-
ITU
), која контролише
телефонске стандарде, и
Радна група Интернет инжињеринга
(
Internet Engineering Task
Force
-
IETF
), која контролише TCP/IP стандарде. Након разматрања концептуалних
компоненти IP телефонског система, размотрићемо протоколе које је свака група
изабрала.
Код обе групе се слажу основа за кодирање и пренос аудиа:
-
Аудио се кодира користећи
Пулсну кодну модулацију
(
Pulse Code Modulation
-
PCM
)
-
RTP се користи за пренос дигитализованог аудиа
Главна сложеност IP телефоније (и разлог што су предложени вишеструки
стандарди) лежи у подешавању и менаџменту позива. У телефонској терминологији,
процес успостављања и прекидања позива је познат као
сигналирање
(
signaling
), и
укључује мапирање телефонског броја на локацију, проналажење руте до позиване стране,
и управљање другим детаљима као што је прослеђивање позива. Механизам који се
користи у традиционалном телефонском систему за менаџмент позива је познат као
Систем сигналирања 7
(
Signaling System 7
-
SS7
).
Једно од фундаменталних питања о IP телефонији је везан за приступ који се
преуизима за сигналирање - да ли систем сигналирања треба да буде централизован као
тренутни телефонски систем, или треба да буде дистрибуиран као тренутно мапирање из
имена домена на IP адресе? Предлагачи дистрибуираног приступа тврде да треба да буде
могуће да два IP телефона, на неким тачкама на Интернету, пронађу један другог и
комуницирају тачно онако као и тренутне Интернет апликације (тј, IP телефон делује као
сервер да прихвати долазеће позиве, и као клијент за слање одлазних позива). У
дистрибуираном приступу, није потребна додатна инфраструктура ван DNS и IP услуге
прослеђивања које су тренутно доступне за комуникацију података. Дистрибуирани
систем је посебно погодан за локални IP телефонски систем (нпр, систем који омогућава
позиве између два IP телефона унутар једне компаније). Предлагачи централизованог
приступа тврде да конвенционални телефонски модел ради најбоље јер давањем
телефонским компанијама контролу над подешавањем позива омогућава им се да обезбеде
сервисне гаранције.
Да би били компатибилни са постојећим телефонима, нови протоколи морају бити
у могућности да буду у интеракцији са SS7, и да би слали одлазне позиве и да би
прихватали долазне позиве. Како се расправа о основном приступу наставља, четири сета
протокола сигналирања се предлажу за употребу са IP телефонијом: IETF је предложила
Протокол започињања сесије
(
Session Initiation Protocol
-
SIP
) и
Протокол контроле
пролаза медија
(
Media Gateway Control Protocol
-
MGCP
), ITU је предложила велики,
IP телефонија
Страна
4
аудио између TDM кодирања које се користи на конвенционалном гласовном колу и
пакетног кодирања које се користи на Интернету.
Пролаз сигналирања
такође спаја границе између неког пара различитих мрежа, и
обезбеђује превод операција сигналирања, омогућавајући обема странама да започну
позив (нпр, да омогући неком IP телефону на Интернету да позове неки телефон на PSTN).
Контролер пролаза медија координише операцију пролаза медија и сигналирања. Слика
1.1 илуструје како се ове компоненте користе за међусобно повезивање Интернета и
PSTN.
Слика 1.1
Конекције међу компонентама IP телефона
Концепти и терминологије горе дефинисане представљају јасан и поједностављен
поглед на IP телефонију који потиче од радова у IETF и ITU на
Megaco
и
MGCP
.
Практичне примене IP телефонских услуга су сложеније.
2. Мултимедији који се преносе преко IP протокола
Израз
мултимедија
користимо за податке који садрже аудио или видео, а могу
садржати и текст. Фраза
мултимедија у реалном времену
(
real-time multimedia
) се односи
на мултимедијалне податке који се морају репродуковати по поптуно истој брзини по
којој су и снимљени (нпр, телевизијске вести које садрже аудио и видео стварног
догађаја).
Поставља се питање, како се Интернет може користити за пренос мултимедије у
реалном времену? Да бисмо схватили тешкоћу, сетимо се да Интернет нуди „best-effort“
испоруку. Тако, пакети могу бити изгубљени, могу каснити, или могу бити испоручени
ван реда - ако се аудио или видео дигитализују, пошаљу преко Интернета без посебног
третмана, а затим прикажу тачно како су стигли, резултат ће бити неприхватљив. Рани
мултимедијални системи су решавали овај проблем креирањем комуникационих мрежа
посебно дизајнираних за управљање аудиом или видеом. Аналогна телефонска мрежа
користи изохрону мрежу за обезбеђење високо квалитетне репродукције аудиа, а аналогни
IP телефонија
Страна
5
системи кабловске телевизије су дизајнирани за испоручивање више канала видеа без
прекида или губитака.
Уместо да захтева од датих мрежа да управљају преносом у реалном времену,
Интернет користи додатну протоколску подршку. Занимљиво је да је најзначајнији
проблем који треба решити одступање, а не губитак пакета. Да бисмо видели зашто,
узмимо уживо пренос на wеb-у. Ако протокол користи „timeout-and-retransmission“ за
поновно слање пакета, поновно послани пакет ће стићи прекасно да би био користан -
пријемник ће већ репродуковати видео или аудио из следећих пакета, па нема смисла
уметати исечак од емитовања који је раније пропуштен.
За разлику од конвенционалних транспортних протокола, протокол који преноси
податке у реалном времену решава само проблем одступања, а не шаље поново
пропуштене пакете.
2.1 Пренос гласа преко Интернета (Voice over IP – VoIP
)
Прототип система за телефонирање преко Интернета на основу преноса пакета
направљен је осамдесетих година прошлога века. Прва варијанта Интернет телефонирања
реализована је деведесетих година двадесетог века од једног PC-ја до другог PC-ja.
Комуникација гласом преко Интернета постала је популарна крајем деведесетих година.
Апликација од PC-ја до телефона дозвољава кориснику са Интернет конекцијом и
микрофоном да позове сваки обичан телефон. Веза се остварује од PC-ја, преко мрежног
пролаза, комутираних телефонских мрежа, до телефона (фиксног и/или мобилног). За
комуникацију преко Интернета између PC-ја и мрежног пролаза, користе се протоколи као
што је RTP, SIP и H.323. Друга класа апликација је од телефона преко Интернета до
телефона. Ово телефонирање је јефтиније од класичног телефонирања.
2.2 Интернет радио
Када је постало могуће да се звук преко Интернета преноси у реалном времену,
комерцијалне радио-станице дошле су на идеју да, осим бежичним путем, свој програм
емитују и преко Интернета. Недуго затим, и високошколске установе су почеле да свој
сигнал емитују преко Интернета. Потом су студенти тих високошколских установа покре
нули сопствене радио-станице. Помоћу савремене технологије, практично свако може да
започне радио-пренос. Цела идеја Интернет радија потпуно је нова и стално се развија.
IP телефонија
Страна
7
2.3 Streaming ускладиштеног аудио и видео садржаја
Последњих година проток (streaming) звучног/видео сигнала у реалном времену је
био веома популарна апликација. Како цене дискова падају, а капацитети расту и како се
брзине преноса које су корисницима на располагању повећавају (кабловски модеми,
ADSL), као и примена дистрибуираног садржаја (кеширање и CDN – Content Delivery
Network) и нових протокола који задовољавају одређени QoS (Quality of Service), ове
апликације се све више користе. Једна од таквих апликација је и видео високог квалитета
на захтев корисника.
Интернет подржава QoS на три начина:
• не мења се ништа – користе се технике апликационог нивоа да би се ублажили ефекти
каш-њења и џитера; ISP повећавају ширину пропусног опсега како захтеви расту; мреже
са дистрибуцијом садржаја CDN реплицирају ускладиштен садржај на крајеве Интернет-а
(Web стране, MP3, видео); користи се вишеструко упућивање на апликационом слоју за
пренос "уживо" (спортски догађаји), ...
• интегрисани сервиси – треба да се изврше фундаменталне промене рутера и хост рачу-
нара тако да се обезбеди да виртуелна кола гарантују ширину пропусног опсега и
одговарајућа кашњења.
• различите класе сервиса – од класе виртуелних кола где се гарантује ширина пропусног
опсега и одређено кашњење корисника којима се гарантује одређени саобраћај на
Интернету.
На клијентов захтев сервер шаље компримовани запис на сокет као крајњу тачку
комуни-кација. У пракси се за мултимедијалне апликације користе UDP сокети. Пре слања
датотеке са аудио/видео записом у мрежу, датотека се дели на сегменте, а заглавља се
обично енкапсулирају у UDP сегмент. Протокол RTP (Real Time Protocol) за рад у реалном
вре-мену представља стандард за енкапсулацију. Интерактивност корисника (пауза,
скок, ...) је обезбеђена протоколом RTSP (Real Time Streaming Protocol).
Клијент прима захтевану датотеку користећи медија плејер апликацију. Медија плејер
има граfiчки интерфејс са одговарајућим тастерима (контролна дугмад) којима се
остварује ин-терактивност. Функције медија плејера су:
декомпресија аудио/видео записа,
уклањање jitter-а користећи привремену меморију (бафер),
исправљање грешака (пренос редундантних пакета, поновни пренос изгубљених
пакета на захтев клијента, ...).
