Introducere in VoIP

Cei mai multi dintre noi au auzit de tehnologia Voice-over-IP odata cu aparitia telefoniei peste Internet. Cu toti ne-am entuziasmat de posibilitatea de a suna pe cineva de la celalalt capat al lumii la pretul unui apel telefonic local. Si multi dintre noi mai cred ca VoIP reprezinta de fapt doar Voce peste Internet. Tehnologia VoIP reprezinta insa altceva, reprezinta o schimbare radicala fata de tehnologia clasica de comutare de circuite, o noua abordare a transmisie de voce prin comutarea de pachete.

1.1 Tehnologia VoIP

Vocea peste Protocolul Internet, sau VoIP, este transferul unei conversatii ca informatie prin intermediul unei retele bazata pe protocolul IP.Spre deosebire de apelul telefonic  traditional prin intermediul centralelor PSTN, care foloseste comutarea de circuite, apelul telefonic VoIP foloseste o conexiune telefonica bazata pe comutarea de pachete.In mediul comutarii de pachete, mai multe dispozitive computerizate folosesc aceeasi retea de date.Ele comunica transmitand pachete de date unul altuia, fiecare pachet continand informatii despre adresare care specifica atat sursa calculatorului care a transmis pachetul cat si destinatia unde trebuie sa ajunga pachetul.Pachetele dintr-o singura transmisie pot sa aiba rute diferite de la sursa la destinatie intr-o retea de date.

Intr-un apel teleponic VoIP , stabilirea conexiunii a secventei de apelare trebuie simulata-tonul de apel, apelul, semnalele de ocupat.Transferul audio a apelului propriu-zis trebuie sa fie convertit din analog in digital, impartit in pachete, transmis prin retea in format pachete, reasamblat si convertit din digital inapoi in analog.

Fazele unui apel VoIP:

Ø      Chematorul ridica receptorul si aude tonul de apel.

Ø      Chematorul introduce numarul de telefon ,care va fi aplicat adresei IP a Chematului

Ø      Se apeleaza la protocoalele de stabilire a conexiunii pentru a localiza Chematul si se transmite un semnal catre acesta

Ø      Telefonul destinatie suna, indicandu-i Chematului ca un apel este pe cale sa se desfasoare

Ø      Chematul ridica receptorul si incepe conversatia.Transmisia audio este codificatafolosind un codec si circula prin retea folosindu-se de un protocol de transmitere a fluxului audio

Ø      Conversatia se incheie , unul dintre participanti inchide, si taxarea a fost efectuata

1.2 Structura VoIP

Daca la inceput se vorbea de comunicatii de date peste infrastructura de voce  (prin folosirea modemurilor analogice) la viteze care astazi ni se par foarte mici, odata cu explozia Internet-ului intrastructurile de date s-au dezvoltat exponential. Comunicatiile de date reprezinta in acest moment peste 70% din comunicatiile la nivel mondial, acestea fiind intr-o continua creste. Astfel a aparut ideea transferului de voce peste infrastructura de date, in primul rand datorita pretului scazut oferit de o astfel de infrastructura.

Pentru a transfera informatie vocala in aceeasi retea prin care se transmit e-mail-uri si se face traffic WEB , este  necesar un nou set de componente.Cateva dintre acestea ar fi :

Ø      Codecuri

Ø      Protocolul TCP/IP si Protocoale VoIP

Ø      Servere pentru telefonia IP si centrale locale de interschimb -PBX

Ø      Gateway-uri VOIP si Routere

Ø      Telefoane IP si Software pentru telefoanele IP

1.3 Centrala PSTN (Public Switching Telecommunication Network)

Pentru a putea sa vorbim despre tehnologia VoIP, ar fi de ajutor sa intelegem pe scurt cum lucreaza telefonia clasica (PSTN) astazi.

Iata ce se intampla atunci cand -Chematorul-doreste sa telefoneze o alta persoana-Chematul-prin intermediul retelei telefonice traditionale:

Ø      Chematorul ridica receptorul si aude tonul de apel.

Ø      Un numar de telefon este introdus, specificand adresa destinatie a Chematului.

Ø      Se transmit semnale prin aceasta retea pentru a se stabili un circuit pentru convorbire.Capacitatea si largimea de banda pentru apel sunt rezervate pe durata apelului.

Ø      Aparatul telefonic de la destinatia respectiva suna, indicand prezenta unui apel.

Ø      Chematul ridica receptorul si incepe convorbirea.Vocea este transformata in format digital in centrala, iar la capatul celalalt este din nou tranformata in analog.

Ø      Convorbirea se termina, taxarea a avut loc, circuitul si resursele sunt eliberate.

Figura 1. Cei sase pasi care trebuie facuti pentru realizarea unei convorbiri

Acesti pasi trebuie sa aiba loc rapid si corect executati pentru ca o convorbire sa se poata efectua la o calitate inalta.

1.4 Structura PSTN

Un numar de componente furnizeaza infrastructura necesara pentru realizarea rapida a convorbirilor in centralele PSTN.

O scurta trecere in revista a acestor componente ne va ajuta sa intelegem ce trebuie adoptat de catre tehnologia VoIP pentru a furniza aceeasi performanta si siguranta in convorbire.Iata cateva din componentele ce vor fi discutate:

Ø      Codarea vocii

Ø      Comutatoarele

Ø      Centrale locale de interschimb (PBX-Private Branch eXchange)

Ø      Semnalizari

Ø      Aparate telefonice

1.4.1 Codarea vocii

Cand vorbim in microfonul receptorului, semnalul audio introdus este transmis initial analog prin perechea de cabluri telefonice.Cand acest semnal analog ajunge in centrala PSTN, acesta este digitalizat sau convetit in semnal digital-o serie de 0 si 1.

Odata digitalizat, transmisia vocii codate este transportata prin reteua PSTN pana la destinatie, unde este decodata si transformata in semnal analog.

Metoda de codare a semnalului audio in format digital a fost standardizata.Numele acestui standard este G.711, si foloseste pentru codare tehnica numita Modulatia Impulsurilor in Cod -PCM (Pulse Code Modulation ).Dar acest standard, G.711, cunoaste doua variante :

Ø      G.711u: este codecul  folosit in primul rand in America de Nord

Ø      G.711a:  este codecul folosit in primul rand in Europa

G.711 converteste semnalul audio analog de intrare in semnal digital la iesire cu un debit de 64000 de biti pe secunda, ceea ce se numeste 64 kilobiti pe secunda (kbps).

Un singur canal vocal G.711 poata denumirea de "digital signal, level 0"sau DS0-semnal digital, nivel 0.

Faptul ca un DS0 are un debit de 64 kbps, a fost utlizat pentru a realize legaturile centralelor PSTN.In acest mod o legatura a retelei telefonice cu o capacitate de 24 de canale de voce ar trebui sa aiba un debit de 24*64kbps=1.544 megabiti pe secunda (Mbps).

O astfel de legatura poarta denumirea de trunchi ninel 1-"trunk level 1" sau legatura T1

Figura 2.Canale vocale in centralele PSTN

1.4.2 Comutatoarele

Comutatoarele sunt componetele principaleale centralelor PSTN.Exita mai multe tipuri de a face transferul traficului de voce de la o legatura la altasi de a stabili circuitele si conexiunile dedicate necesare pentru apelurile telefonice.Legaturile dintre comutatoare sunt de obicei numite lini principale-"trunk lines", a caror capacitate este exprimata in termeni dati de numarul de canale DS0. Liniile principale folosesc multiplexarea pentru a transporta mai multe convorbiri simultane pe aceeasi legatura (pereche de fire).

Comutatoarele din centralele PSTN sunt adesea clasificate dupa functiile pe care le indeplinesc.Totusi, comutatoare care indeplinesc aceleasi tipuri functii au diferite denumiri.

Daca vrem sa conectam un aparat telefonic in casa sau la sediul unei firme, cu centrala PSTN, primul punct de intrare este un comutator numit comutator local-"local switch".Acest tip de comutator este denumit si Comutator de CLASA 5.Comutatorul local este administrat de compania telefonica locala, care deseori este mentionata drept LEC "Local Exchange Carrier".Comutatorul local preia semnalul analog de la intrare il digitalizeaza pentru a putea fi transmis direct in centrul centalei PSTN.Convorbirea digitalizata este transmisa prin liniile principale catre urmatorul comutator din retea.

Urmatorul tip de comutator pe care semnalul digital in intalneste este comutatorul "tandem".Aceste comutatoare sunt de obicei administrate de companii aflate la distanta, mentionate drept IXC "IntereXchange Carrier".Aceste comutatoare tandem care fac comutarea de circuite  si asigura calea catre centrala PSTN, poarta denumirea de comutatoare de CLASA 1,2,3 sau 4, transporta volume mari de apeluri si sunt proiectate sa fie foarte accesibile si solide (de incredere).

In sistemele VoIP, Routerul IP este omologul comutatorului din centralele PSTN.

Figura3.Centrala PSTN, comutatoare locale si comutatoare tandem

1.4.3 Centrale locale de interschimb - PBX

O centrala locala de interschimb sau pe scurt PBX, este fundatia penru majoritatea companiilor.

In cadrul companiilor, aceasta trebuie sa serveasca mai multi utilizatori care au nevoie de cateva caracteristici avansate cum ar fi: caller ID, transferul apelului si trimiterea apelului.In plus companiile ar dori ca sistemul lor telefonic sa se comporte ca o retea locala in ciuda faptului ca serveste filiale (birouri) care se afla in orase /tari diferite.

Sistemele telefonice rezidentiale trebuie sa aloce o linie telefonica externa, separata, pentru fiecare utilizator.

Pe de alta parte, PBX-urile permit angajatilor companiilor a imparta un numar limitat de linii telefonice externe facand astfel economii pentru companie.Aceste centrale au si caracteristicile traditionale cum ar fi apel in asteptare, conferinta, si redirectinare apel.Multe companii conecteaza PBX-urile pentru a putea vorbi fara ca apelul sa treca pin centrala PSTN, acest lucru fiind posibil formand un numar de interior.

In sistemul VoIP, "IP PBX" este asemanatoare cu PBX clasic, avand multe din carateristicile si functiile PBX-urilor traditioanale.

Figura 4. Centrala PSTN, o intreprindere conectata prin PBX

1.4.4 Semnalizari

Stabilirea unei conexiuni necesita cateva tipuri diferite de semnalizari, pentru a informa dispozitivele retelei ca se initiaza un apel.

Tehnologia de semnalizare numita Signaling System 7 (SS7) este un standard al ITU folosit pentru semnalizare, stabilirea conexiunii si management pentru apeluri efectuate din centrale PSTN.

De obicei se foloseste o retea separata pentru fluxurile SS7.Deoarece fluxul de informatie SS7 nu foloseste aceeasi cale ca si fluxul de informatie vocala aceste semnalizaripoartea denumirea de "semnalizari in afara benzii".Exista doua componente importante pentru reteaua SS7: componenta Singnal Transfer Point (STP) si componenta Session Cotrol Point (SCP).

Singnal Transfer Point (STP) - asigura rutarea prin reteaua SS7.Acestea sunt routere IP pentru reteaua SS7.

Session Cotrol Point (SCP) - asigura alte caracteristici de management.

Cand un apel este initiat, protocoalele de semnalizare se implica in: gasirea unei rute catre Chemat, stabilirea conexiunii intre comutatoarele de pachete, eliberarea circuitului dupa ce apelul s-a incheiat. Singnal Transfer Point (STP) comunica cu comutatoarele locale sau tandem pentru a rezerva capacitatea dintre comutatoare de la sursa pana la destinatie.Dupa ce apelul s-a incheiat, Singnal Transfer Point (STP) comunica cu comutatoarele pentru a elibera conexiunile rezervate, facandu-le disponibile pentru alte apeluri.

Tehnologia VoIP prezinta de asemenea un astfel de set de reguli pentru semnalizare.

Figure 5. Tehnologia VoIP foloseste ca si centralele PSTN retelele SS7 pentru semnalizari.

1.4.5 Aparatele Telefonice

Aparatele telefonice care sunt conectate la centralele PSTN traditionale sunt de doua tipuri: analogice si digitale

• Analogice: Este tipul de aparat telefonic cel mai des intalnit.El se conecteaza la centrala PSTN prin intermediul liniilor telefonice si transmite un semnal analog- o forma de unda care variaza in timp

• Digitale: Este tipul de aparat telefonic care se foloseste des in majoritatea companiilor.Acesta se conecteaza direct la PBX si transmite semnal digital: o serie de 1 si 0 (zero).

Astazi aparatele telefonice specializate IP se pot conecta la centralele PSTN deasemenea, dar vom discuta acest lucru intr-un capitol viitor unde vom explica cum tenologia telefoniei IP difera de telefonia traditionala.