Transcript VoIP Labor (SIP-LAB)

Voice over IP:
Dienstequalität zum Anhören
Prof. Dr. J. Wehmeier
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
1
Kommentar zum ersten Telefon 1877:
"Eine erstaunliche Erfindung.
Aber wer sollte sie jemals
benutzen wollen?"
(US-Präsident Rutherford B. Hayes, 1822–1893)
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
2
Analoge Sprachübertragung: Qualität
•
•
•
•
Störungen
Rauschen
Lautstärke
Bandbreite
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
3
Digitale Sprachübertragung
1970-1980:
Einführung digitaler Sprachübertragung
1986:
Standard des europäischen ISDN
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
4
Digitale Sprachübertragung: Qualität
• Abtastfrequenz
• Quantisierungs- Rauschen
• Bitfehler
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
5
Mikrofonsignal
3
2
u(t)/V
1
0
-1
-2
-3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t/ms
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
6
Mikrofonsignal: Abtastung
3
2
u(t)/V
1
0
-1
-2
-3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t/ms
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
7
Mikrofonsignal: Digitalisierung
3
2
u(t)/V
1
0
-1
-2
-3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t/ms
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
8
Mikrofonsignal: Digitalisierung
3
2
1 2 0 -1 1 1 0 1 1 -2 -2 -1 -1 0 2 2 0 0 0 -1 -1
u(t)/V
1
0
-1
-2
-3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t/ms
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
9
Digitale Sprachübertragung
Funktion
1 2 0 -1 1 1 0 1 1 -2 -2 -1 -1 0 2 2 0 0 0 -1 -1
• Übertragung der Zahlen mit Abtastrate
• Direkte Kopplung der A/D und D/AUmsetzer
• Interpolation durch Tiefpass
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
10
Digitale Sprachübertragung
PLUS:
• Minimierung des analogen Rauschens
• Behebung der Distanz- abh. Lautstärkeprobleme
• Ausschluss analoger Störungen
MINUS:
• Quantisierungsrauschen
• Clipping
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
11
2. Digitale Sprachübertragung: PCM
ADU
NF
TP
A&H
COD
QUA
KMP
LCOD
LS
Kanal
DAU
NF´
NF:
NF´:
TP:
TP´:
A&H:
QUA:
COD:
DEC:
TP´
Niederfrequenzsignal
rekonstruiertes Niederfrequenzsignal
Tiefpass
Interpolationstiefpass
Abtast- und Halteglied
Quantisierung
Codierung
Decodierung
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
DEC
EXP
LDEC
LE
KMP: Kompression
EXP: Expansion
ADU: Analog-Digital-Umsetzer
DAU: Digital-Analog-Umsetzer
LCOD:
Leitungscodierer
LDEC: Leitungsdecodierer
LS:
Leitungssender
LE:
Leitungsempfänger
12
Paket- basierte Sprachübertragung
1973: Erste Sprachpakete
1977: NVP: Network Voice Protocol
1980: IP: Internet Protocol
1998: H.323: Sprache über Internet
1999: Definition des SIP:
Session Initiation Protocol
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
13
Paket- basierte Sprachübertragung
Funktion
Statt:
kontinuierlicher Übertragung der
Abtastwerte
Nunmehr:
Zusammenfassung mehrerer Abtastwerte zu
Paketen
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
14
Mikrofonsignal: Digitalisierung
3
2
1 2 0 -1 1 1 0 1 1 -2 -2 -1 -1 0 2 2 0 0 0 -1 -1
u(t)/V
1
0
-1
-2
-3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t/ms
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
15
Paket- basierte Sprachübertragung
Was ist ein Paket?
Ein Paket enthält …
–
–
–
–
–
Daten,
Adresse
Absender
Datum der Aufgabe
Ggf. Nummer des
Paketes
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
–
–
–
–
–
Hinweise auf den Inhalt
Mehrfachverpackung
Diebstahlsicherung
Verwendungszweck
Optionen (schnell, etc.)
–…
16
Paket- basierte Sprachübertragung
Verpackungseigenschaften
Und vielleicht …
•
•
•
•
•
•
Prüfsumme
Laufende Nummer
Uhrzeit (timestamp)
Verschlüsselung
Informationen zum Weg
…
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
17
Paket- basierte Sprachübertragung
Neue Qualitätsprobleme nach PCM:
• signifikante Laufzeiten oberhalb von 20 ms
• Unterschiedliche Laufzeiten (Jitter)
• Reihenfolge der Pakete verändert
• Fehler im Paket, Paketverlust
• Echo
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
18
Paket- basierte Sprachübertragung
QoS: Feature oder systematisches Problem?
analog
digital
Bitrate
Bitfehler
Clipping
Quantisierungsrauschen
Abtastfrequenz
Anzahl der Bits
Lautstärke
Bandbreite
Störungen
Rauschen
paketisiert
Paketverlust
Verzögerung
Jitter
Echo
Bitfehler
Codec
QoS
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
19
Paket- basierte Sprachübertragung
Auswahl Codecs
• G711: ISDN
PCM: 8 Bit, 8 kHz (64 kBit/s)
• G723.1:
Multiple Maximum Likelihood Quantisierung:
6,4 kBit/s, Verzögerung 67,5 ms
• G.729:
Segment- orientiert: 10 ms, Vocoder- Technik,
Differenzinformation, Verzögerung 25ms
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
20
VoIP Labor (SIP-LAB)
Server
Ethernet
Router/Switch
Asterisk Server
DHCP Server
Ethernet
NETEM
Softphone
Snom 360
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
Snom 320 Grandstream
21
VoIP Labor
Server
- TK-Anlage als Software-Applikation
(SIP-LAB)
auf einem PC
- Unterstützung von:
- Analog-Telefonie
- ISDN-Telefonie
Ethernet
- VoIP-Telefonie
Router/Switch
Asterisk Server
DHCP Server
Ethernet
NETEM
Softphone
Snom 360
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
Snom 320 Grandstream
22
VoIP Labor
Server
Änderung von:
(SIP-LAB)
- Delay
- Jitter
- Paket-Loss
- Korrupte Paket
- Reordering
Ethernet
- Duplikate
Router/Switch
Asterisk Server
DHCP Server
Ethernet
NETEM
Softphone
Snom 360
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
Snom 320 Grandstream
23
VoIP Labor (SIP-LAB)
Server
Ethernet
Router/Switch
Asterisk Server
DHCP Server
Ethernet
NETEM
Softphone
Snom 360
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
Snom 320 Grandstream
24
VoIP Labor (SIP-LAB)
Audio Netz
Analysator
Daten Netz
Audio-Kabel
Ethernet
Server
Snom 360
Router/Switch
Ethernet
Line out
Line In
Audio-Kabel L-Kanal
Audio-Kabel R-Kanal
Snom 320
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
25
VoIP an der Fachhochschule Hannover
„Für Leute, die Frieden und Stille
lieben:
Die telefonlose Schnur.“
DANKE
Fakultät I · Kommunikationstechnik · Prof. Dr.-Ing. Jörg Wehmeier ·
26