مشاوره و پیاده سازی سیستمهای VOIP

مشاوره و پیاده سازی سیستمهای VOIP
VOIP چیست ؟

VOIP یا Voice Over IP تکنولوژی انتقال صوت در بسته هایی تحت یک شبکه dataبا استفاده از پروتکل اینترنت(IP) می باشد. از آنجائیکه اینترنت به سرعت در حال رشد است سعی بر این شده است که با ترکیب سرویسهای Data و صوت تحت یک شبکه ای واحد، استفاده از پهنای باند بهینه شود.انتقال صوت توسط اینترنت رایج تر شده است چون قیمت موثر را کاهش داده و به همان نسبت پهنای باند در دسترس را بهینه کرده است.با پیشرفت ریز پردازنده های و واسط های انتقال سریع انتقال تصویر و صوت به صورت بلادرنگ امکان پذیر شده است در ضمن منبع اصلی سرویس تلفن هنوزPSTN خواهد بود (همانطور که سالهای طولانی بوده است).IP تلفنی فقط در کنار آن رشد خواهد کرد. احتمال ارتباط صوتی تحت اینترنت ابتدا در اوایل سال ۱۹۹۵ مطرح شد.Vocaltech نرم افزار تلفنی اینترنتی خود را معرفی کرد از آن به بعدInternet Telephony و پروتکل هایی که انتقال اطلاعات به صورت بلادرنگ تحت اینترنت را پشتیبانی کنند به سرعت پیشرفت کرد. اساس IP Telephone: به طور کلی به عنوان صدای روی IP با Internet Telephone شناخته است و نشانگر تکنولوژی استفاده کردن از IP پایه شبکه برای انتقال تماس های تلفنی است. وقتی که ایده استفاده کردن از اینترنت برای انتقال ارتباطات بوجود آمد تعدادی شرکت تولیداتی را به بازار روانه کردند که در کیفیت صدا بسیار ضعیف بودند و صدا را به خوبی انتقال نمی دادند اما به زودی IP Telephone با انتقال صدا، Fax و بسته های ویدئویی در یک انتقال کاملا قابل اعتماد برای مشترکین عرضه شد. این کار توسط گرفتن صدا یا داده از بدنه اصلی (جایی که صدا یا داده به علت محدودیت پهنای باند دیجیتال شده و فشرده می شود) و فرستادن آن در شبکه به جایی که پردازشگر آن را دریافت کند انجام می شود. اگر این کار درست انجام نشود و بسته های داده گم شوند یا در زمانی که باید رمز گشایی شوند به مقصد نرسند این عمل باعث می شود که یک وقفه مانند لکنت در گفتار بوجود آید یا یک موج کوچک مثل اکو یا تجزیه داده روی دهد که باعث تضعیف اتصال تلفنی می شود. تکنولوژی IP Telephone به سرعت تغییر کرد و استانداردها هنوز پیاده سازی زیادی در پیش رو دارند و برخی یک آزمایش در پیش دارند که تجاری شوند.

VOIP یک تکنولوژی جدید است که اجازه می دهد صوت تحت اینترنت انتقال یابد.VOIP از ارتباطاتPC-to-PC به ارتباطات Phone-to-phone رشد کرده است.

نحوه انتقال صوت روی بستر IP

گام اول: سیگنالهای صوت آنالوگ با استفاده از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) تبدیل به سیگنالهای دیجیتال می شوند. سیگنالهای صوتی دیجیتال شده در مقابل نویز ایمن تر هستند راحت تر می توانند کنترل شوند و اگر بخواهیم به شکل دیگری تبدیل شوند

گام دوم: داده های دیجیتال به بسته های تقسیم می شوند. مکانیزمهای پشتیبانی بلادرنگ و تحویل به موقع بسته ها باید انجام شود. پروتکلهایSignaling برای ایجاد لینکهای ارتباطی بین تلفنها مورد نیاز است.

گام سوم: بسته ها دریافت می شوند و داده های دیجیتال بازسازی می شوند.داده های دیجیتال ابتدا از حالت فشرده خارج شده سپس توسط یک مبدل دیجیتال به آنالوگ(DAC) به سیگنال صوتی تبدیل می شوند.

(UDP)User Datagram Protocol یک پروتکل انتقال Connection less است. Best Effort Delivery را فراهم نمی کند و قابلیت اعتماد (Reliability) را ضمانت نمی کند. هیچ اتصالی را فراهم نمی کند و تحویل سریتعری را با Overhead کمتر نسبت به TCP فراهم می کند. •

(TCP) Transmission Control Protocol پروتکل انتقال Connection-Oriented است. یک اتصال را در طول جلسه برقرار می کند و بسته های گم شده را دوباره می فرستد.TCP تحویل بسته ها را ضمانت می کند. •

انتقال صوت روی بستر IP با پروتکل UDP نه TCP

وقتیکه صوت روی IP حمل می شود به علت خواص خود ازUDP به جای TCP استفاده می شود. در یک گفتگو گم شدن یک یا دو بسته از صوت در حقیقت خیلی مهم نیست چون معمولا ازبسته های خیلی کوچک ( ۴۰msتا۱۰ms ) استفاده می شود از طرف دیگر صوت به شدت حساس به تاخیر است.متاسفانه برقراری ارتباط درTCP و بازگشتACK تاخیراتی تولید می کند.حتی بدتر از این حالتی است که بسته ها گم می شوند.TCP بسته را دوباره ارسال می کند و تاخیر بیشتری تولید می کند.در انتقال صوت تحمل چند بسته گم شده بسیار بهتر از تاخیر است. و اما چه پیش می آید اگر بسته ها به ترتیب غلط به مقصد برسند؟ UDP مفهومی به نام ترتیب بسته ندارد. هر چند که بیشتر بسته ها به ترتیب می رسند چون در تمام بسته ها در یک جلسه معین یک مسیر را از مبدا تا مقصد طی می کنند. البته ممکن است که بسته های مختلف مسیر های متفاوتی طی کنند اما این حالت فقط وقتی اتفاق می افتد که یا یک لینک از بین برود یا تراکم رخ دهد و یا تغییراتی در توپولوژی شبکه ایجاد شود. احتمال وقوع چنین اتفاقاتی در طول مدت یک جلسه بسیار کم است. به علاوه تکنیکهای مدیریت QOS می توانند یک مجموعه مسیر را در سراسر شبکه برای یک جلسه معین برقرار کنند که امکان رسیدن بسته ها به ترتیب غلط را کاهش می دهد.

الگوریتم فشرده سازی :

الگوریتم فشرده سازی برای تبدیل داده دیجیتال به یک فرمت مناسب تر برای انتقال استفاده می شود. الگوریتمهای مختلف کیفیتهای متفاوتی از نظر زمان تاخیر و پهنای باند مورد نیاز در انتقال داده صوتی را نتیجه میدهند. الگوریتم فشرده سازی می تواند مزیتهای دیگری مثل توانایی بازیابی بسته های گم شده از روی بسته های دیگر را داشته باشد. CODEC واژه رایجی است که معمولا برای توصیف بعضی فرمهای سیستم فشرده سازی و نا فشرده سازی استفاده می شود. در حالت رایج تر یک CODEC چیزی است که سیگنالهای آنالوگ را به دیجیتال تبدیل می کند یا سیگنالهای دیجیتال را به فرم آنالوگ برمی گرداند. استاندارد های مختلف از تفاوت در پهنای باند مورد نیاز تکنیکهای فشرده سازی و کیفیت صوت ناشی شده است. کیفیت سرویس(QOS) QOSاطمینانی است که معماری شبکه برای تحویل بسته ها فراهم می کند. QOS می تواند توسط مجموعه ای از پارامترها تعریف شود که شامل نرخ داده ها ، تاخیر، jitter ، نرخ اشکال بیتی(Bit Error Rate) و نرخ اشکال در بسته(Packet Error Rate) است.QOS برای کاربردهای IP تلفنی و بلادرنگ که تاخیرهای زیاد در انتقال بسته ها غیر قابل تحمل است بسیار مهم است.

معماری ها و پروتکلهای RSVP : QOS) Resource Reservation Protocol)

این یک پروتکل برای رزرو منابع برای ارتباط دو نود در طول یک گفتگو به کار می رود. در طول برپایی یک جلسه RSVP پیغام روی پهنای باند رزرو شده روی تمام روترها در طول مسیر فرستاده خواهد شد.RSVP یک پروتکل کنترل است که داده ای را حمل نمی کند داده ها بعدا توسط پروتکل RTP حمل می شوند.

(Differentiated Service (Diffserv

یک ابزار نسبتا ساده برای اولویت بندی انواع مختلف ترافیک است. این پروتکل از فیلد Type OF Service(TOS) درIPv4 و فیلد Traffic Class در IPv6 استفاده می کند. بخشی از این فیلدها که Diffserv استفاده می کندبه عنوان فیلد DS شناخته می شود. این پروتکل کلاسهای با تجهیزات QOS متفاوت دارد کلاس و تجهیزات QOS در بخش IP Header از هر بسته مشخص می شود روترها کلاس یک بسته راتشخیص می دهند و اولویت را به بسته های که قید زمانی سخت تری دارندمی دهند. پروتکلهای Signaling چطور جلسات مدیا به وجود آمده و چطور تمام می شود؟ چطور یک بخش بخش دیگر را برای برقراری یک call تعیین می کند؟ پاسخ این سوالها signaling است.در شبکه های تلفنی قدیمی پروتکلهای signaling خاصی وجود دارند که قبل و در طول یک call برای برقراری call ادامه یافتن آن و اتمام آن فراخوانی می شوند. در VOIP نیز پروتکلهای signaling برای چنین اهدافی لازم هستند.دو استاندارد برجسته در VOIP وجود دارد که استانداردهای H.323 و SIP هستند.این پروتکلهای signaling رویه های call روشهای قابلیت تبادل و پارامترهای جلسه مثل CODEC را تعریف می کنند. این پروتکلها زیر بنای پشتیبانی که برای عملیات در سیستمهای IP تلفنی لازم است را در بر دارند.

H.323 چیست ؟

H.323 یک استاندارد است که برای اجزاء پروتکلها و رویه هایی که سرویسهای ارتباطی مالتی مدیای بلادرنگ تحت شبکه را فراهم می کنند اختصاص داده شده است. و در واقع بخشی از نظریه های ITU-T تحت عنوان H.323 است که سرویس ارتباطی مالتی مدیا را تحت شبکه های گوناگون فراهم می کند. H.323 ملزومات تکنیکی برای سرویسهای مالتی مدیا (audio,video,fax,data)در یک شبکه Packet-Switch را توصیف می کند.

نسخه های H.323 :

نسخه اول H.323 نظریه سیستم های تلفن مجازی و تجهیزاتی برای LAN هایی که هیچ ضمانتی برای QOS فراهم نمی کردند بود و در اکتبر ۱۹۹۶ پذیرفته شد.با پیشرفت VOIP نیازهای جدیدی مثل مهیا کردن ارتباط بین یک PC based Phone و یک Phoneروی یک شبکه مدار سوییچ سنتی(SCN) ضرورت پیدا کرد. اینگونه نیازها وجود یک استاندارد برای IP تلفنی را ضروری کرد.

نسخه دوم H.323 برای مهیا کردن این نیازمندیها تعریف شد و در ژانویه ۱۹۹۸ پذیرفته شد.خصوصیات زیادی به استانداردH.323 اضافه شده شامل فکس تحت شبکه های مبتنی بر Packetارتباطات gatekeeper-gatekeeper و مکانیزمهای اتصال سریع بود.

H.323 و ارتباط آن با سایر استانداردهای خانواده H.32X

استاندارد H.323 بخشی از خانواده H.32X است که توسط ITU-T پیشنهاد شده است سایر نظریه های این خانواده سرویسهای ارتباط مالتی مدیا تحت شبکه های مختلف را فراهم می کند. •

H.324 تحت Switched Circuit Network (SCN) •

H.320 تحت Integrated Services Digital Network (ISDN) •

H.321 تحت Broadband ISDN (B-ISDN) •

H.322 تحت LAN هاییکهQOS را ضمانت می کنند. یکی از اهداف اولیه استاندارد H.323 سازگاری آن با سایر شبکه های مالتی مدیا بود این سازگاری با استفاده از Gateway فراهم می شود یک Gateway هر نوع ترجمه سیگنالی را برای سازگار شدن فراهم می کند. •

معماری H.323

H.323 چهار نوع از اجزاء را تعریف می کند که وقیکه به هم شبکه می شوند سرویسهای ارتباطی مالتی مدیای Point-to-Point و Point-to-Multipoint را مهیا می کنند.بعضی از عناصر اجباری هستند و بعضی اختیاری

Gateway:

 Gateway یک H.323 end-point است که سرویسهای ترجمه بین شبکه H.323 و سایر انواع شبکه ها را فراهم می کند.مثلا یکGateway می تواند ارتباط بین یک ترمینال H.323 و شبکه های SCN (شبکه های SCN شامل تمام شبکه های تلفنی سوییچ شده مثلPSTN ) را مهیا کند. این اتصال شبکه های ناهمگون توسط ترجمه پروتکلهابرای برپای و انتشار یک call تبدیل فرمتهای مدیا بین شبکه های مختلف و انتقال اطلاعات بین شبکه هایی که توسط gateway به هم متصل شده اند انجام می شود. برای ارتباط بین دو ترمینال روی یک شبکه H.323 نیازی به استفاده ازgateway نیست.

Gatekeeper:

یک موجودیت اختیاری در شبکه H.323 است. وقتیکه موجود باشد یک سری از ترمینالهای H.323 gateway ها و کنترل کننده های چند نقطه ای(MCUs) را کنترل می کند.Gatekeeper می تواند مغز شبکه H.323 در نظر گرفته شود و در واقع یک نقطه ی مرکزی برای تمام callهای داخل شبکه H.323 است.

Gatekeeper خدمات مهمی مثل ترجمه آدرس کنترل پذیرش مدیریت پهنای باند signaling و شمارش callها فراهم می کند.

مجموعه ترمینالها gateway ها و MCUهایی که یک gatekeeper واحد کنترل می کند به عنوان یک ناحیه شناخته می شوند.

واحدهای کنترل چند نقطه ای(MCUs)

MC :

یک H.323 end-point است که کنفرانسهای چند نقطه ای بین سه یا بیش از سه ترمینال و/ یا gateway را مدیریت می کند.MC دلالت بر این دارد که media می تواند بین مجموعه قابلیت به شریک های مختلف،به اشتراک گذاشته شود. همچنین،MC می تواند در صورتیکه یک end-point به کنفرانس اضافه شود یا یک end-point کنفرانس را ترک کند،تغییر دهد MCU ها گفتگوی بین منابع را مدیریت می کنند،جریان رسانه ها را اداره می کنند و گفتگوی بین ترمینالها را برای تعیین CODEC مورد استفاده، فراهم می کنند. پروتکلهای تعیین شده توسط H.323

پروتکلهای تعیین شده توسط H.323 در زیر لیست شده اند.

H.323 از شبکهء بر مبنای packet و پروتکلهای انتقال اجرا شده روی آن مستقل است و آنها را تعیین نمی کند.

Audio CODECs Video CODECs

H.225 registration, admission, and status(RAS) H.225 call signaling

H.245 control signaling Real-time transfer Protocol(RTP) Real-time control Protocol(RTCP)

(SIP Session Initiation Protocol) چیست ؟

SIP استاندارد IETF برای مذاکرات مولتی مدیا تحت IP است . SIP یک پروتکل کنترل لایه Application بر مبنای ASCII است که می تواند برای ایجاد ، نگهداری و خاتمه گفتگو بین دو یا چند end-point بکار رود . SIP با چند پروتکل دیگر IETF مثل پروتکل توصیف جلسه (SDP) ، پروتکل جریان بلادرنگ (RTSP) و پروتکل اعلام جلسه (SAP) استفاده میشود . • افراد بسیاری SIP را بسیار قویتر از H.323 می دانند. آنها می گویند SIP راه حل بسیار انعطاف پذیرتر ، ساده تر ، آسانتر برای انجام ، مناسبتر برای ساپورت وسایل کاربر و مناسبتر جهت تکمیل feature های پیشرفته است . این فاکتورها برای فروشنده تجهیزات یا اپراتور شبکه از اهمیت زیادی برخوردار است . سادگی به این معناست که محصولات و سرویسهای پیشرفته می توانند سریعتر پیشرفت کنند و بسیار سریعتر در دسترس قرار گیرند.

معماری SIP

SIP یک پروتکل سیگنالیگ است که برپایی ، اصلاح و تغییر و خاتمه جلسات مولتی مدیا را اداره می کند . SIP در ترکیب با سایر پروتکلها ، برای توصیف خصوصیات جلسه بکار می رود . سیگنالیک SIP باید مجزا از جریان مدیای ان فرض شود در واقع یک تفکیک منطقی بین سیگنالیگ و داده جاری در جلسه وجود دارد. این تفکیک مهم چون سیگنالیگ می تواند از طریق یک یا چند Proxy server یا redirect server انتقال یابد در حالیکه جریان مدیا یک مسیر مستقیم دارد

اجزای شبکه SIP :

از نقطه نظر معماری ، اجزای فیزیکی یک شبکه SIP می توانند در دو مجموعه طبقه بندی شوند:

Client ها و server ها . که به آنها ( UAC) User Agent Client وUser Agent Server (UAS) نیز گفته می شود . یک end-point SIP قادر است هر دو نقش UAC و UAS را ایفا کند ، اما در هر انتقال فقط باید یک نقش داشته باشد . اینکه یک نقطه انتهایی به عنوان UAS یا UAC عمل کند وابسته به UA ی است که تقاضا را شروع کرده است انواع پیغامها • SIP پروتکلی است که syntax آن بر پایه text است که از مجموعه کرکترهای ISO 1046 استفاده می کند و شباهتی با پروتکل HTTP دارد ، یک مزیت این روش این است که در برنامه های طرح شده برای تشریح HTTP نسبتا به سادگی می توانند برای استفاده با SIP وفق یابند. یک عیب آشکار در مقایسه با کدینگ باینری ، این است که پیغام ها پهنای باند بیشتری مصرف می کنند.

پیغام های SIP یا درخواستهایی از یک clientبه server و یا پاسخهایی از server به client ( که معمولا به عنوان پیغام های وضعیت نیز شناخته می شوند) هستند.

آدرس دهی در SIP :

مثل هر پروتکل signaling ، درخواستها و پاسخها به آدرس ویژه ارسال می شوند . در SIP ، این آدرسها به عنوان SIP URL شناخته می شوند. این آدرسها به فرم user@host هستند ، که شبیه آدرس e-mail است . در اکثر حالتها ، یک ادرس SIP ی کاربر معین در واقع می تواند از روی آدرس e-mail کاربر حدس زده شود ، یا اینکه آنها شبیه به نظر می رسند ، اما متفاوت هستند در حالیکه یک آدرس e-mail از کی mail to URL استفاده می کند ( مثل mailto:collection@home.net ) ، یک SIP URL چنین syntax دارد، sip:Collection@home.net . پروتکل توصیف جلسه (SDP) بدنه پیغام حاوی اطلاعاتی در مورد media ی مبادله شده ، مثل نوع RTP payload ، آدرسها و پورتها است .

ساختار SDP

SDP به سادگی یک فرمت برای توصیف اطلاعات جلسه مهیا می کند . اساسا یک جلسه از سری جریان های media تشکیل شده است . بنابراین ، توصیف یک جلسه شامل مشخصات یک تعداد از پارامترهای مربوط به هر یک از جریانهای media است .اطلاعاتی در مورد جلسه نیز در ان وجود دارد. پس پارامترهای session –level و media-level را داریم .

پارامترهای session-level :

نام و هدف جلسه

زمانهایی که جلسه فعال است .

اطلاعاتی در مورد پهنای باندی که توسط جلسه استفاده می شود .

اطلاعات تماس برای شخص مسئول جلسه

پارامترهای media-level:

نوع media ، مثل video و audio.

پروتکل لایه انتقال ، مثل RTP/UDP/IP و H.320

فرمت media ، مثل H.260 video و MPEG video

مزایای تکنولوژی VOIP :

کاهش قیمت: کاهش قیمت به واسطه جلوگیری از هزینه های دسترسی تلفنی و به اشتراک گذاشتن تجهیزات و بهره بردارهایی که هم برای کاربران صوت و هم برای کاربران data هزینه آور است انجام می شود.

ساده سازی: اجتماع فرمهای مختلف ارتباطات در یک واسط واحد اجازه استاندارد سازی بیشتر و کاهش قیمت تجهیزات و سیم کشی ها در آینده را می دهد.

تثبیت (تحکیم): استفاده عمومی از واسط Ip تلفنی انعطاف پذیر کاهش پیچیدگی در اجرا را ممکن می سازد.

کاربردهای پیشرفته: توانایی اتحاد صوت و data در یک شبکه واحدبرای اجرای کاربردهای مالتی مدیای پیشرفته.یک مثال خوب در این زمینه کنفرانس ویدئویی است.

ارزانی گفتگو های راه دور: گفتگو های که با نرخهای بین المللی قیمت گذاری شده اند در کمپانی های که روی WAN نصب شدهاند کاهش می یابد.

پویایی: IP تلفنی ارتباطات را با رجوع به MAC آدرس برقرار می کند بنابراین می تواند در هر جای شبکه نصب و اجرا شود.

قابلیت انعطاف: به کاربرIP تلفنی اجازه داده می شود که صدا را به هر جا و به هر نوعی از media تحویل دهد. کارایی پهنای باند: باعث می شود که نرخ داده عبوری از خط برای تبادل صوت بالا باشد.

VOIPبشدت به دو صورت خصوصی و شرکتی مورد استفاده قرار می گیرد :

.۱ خصوصی : ارتباطات راه دور (Long Distance Calls) : بوجود آوردن ارتباط راه دور با یک نرخ ثابت از طریق سرویس اینترنتی بجای استفاده از تلفن سراسری که خیلی گران است. گفتگوی اینترنتی (Internet Conference) : استفاده از اینترنت بعنوان وسیله ای برای گپ زدن و تبادل ارتباط با دوستان.

.۲ کمپانی ها/ شرکتها : ارتباط داخلی بدنه ی یک شرکت: عوض کردن سیستم PBX قدیمی برای ارتباط های Local . • استفاده از :Faxتعویض سیستم قدیمی برای استفاده از Fax . ارتباط تلفنی یک شبعه از شرکتی با شعبه مرکز : اجازه این ارتباط حتی اگر این دو شعبه از هم خیلی دور باشند داده می شود.

تحلیل گران Frost & Sullivan درسال ۲۰۰۱ گزارشی منتشر کردند که تجارت IP بر پایه سرویس های صدا که VOIP صنعتی تولید می کنند منجر به افزایش یک سود ۵۲۰$ در سال ۲۰۰۱ انجامید . برای مثال سیسکو گزارشی ارائه داد در توسعه سرویس های VOIP در روی۴۱ سایت . در چندین سال قبل VOIP قلمرو فقط یک عده از شرکتهای پیشگام در این زمینه شامل ۳com ،سیکو ، clarent و Nuera و Hypercom بود اکنون اگر چه این همگرایی تکنولوژی سرانجام پذیرفته شد به وسیله تعداد بیشتری از شبکه بندی سنتی و ارتباطهای عرضه کنندهای که قبلا چشم اندازی از VOIP داشتند بزودی شرکتهای دیگری ملحق شدند به جرعه هموار کنندگان راه VOIP از جمله PBX ، الکاتل ،Avaya،اریکسون ،Mitel ،NEC،Nortel و زیمنس .

مبحث VoIP به دلیل گستردگی زیاد و حجم مطالب نیاز به یک کتاب دارد ولی با توجه به هدف شرکت تکتا و به عنوان آشنایی متخصصین IT با این مبحث این مقدار توضیحات جهت آشنایی با این مبحث کافی بوده و همین بس که دنیای صدای دیجیتال بر بستر شبکه بسیار فراتر از این مباحث می باشد و شرکت تکتا آمادگی دارد پروژه های اجرای بسترهای VOIP را در مقیاسهای کوچک و کلان اجرا نماید

فهرست