Технология VoIP

t
Сигнал
Учебный центр Алкатель, Москва
Импульсно-кодовая модуляция.
256 уровней квантования
125 мксек

t
Сигнал
Учебный центр Алкатель, Москва
Адаптивная импульсно- кодовая модуляция.
Разность уровней

Принципы речевого кодирования GSM
Каждый гласный звук представляется в виде набора гармонических сигна-лов
Каждый согласный звук представ-ляется в виде шумоподобного сиг-нала
Учебный центр Алкатель, Москва
AMR - Adaptive Multirate - адаптивный многоскоростной кодек

Использование речевых пауз
Учебный центр Алкатель, Москва
Р
е
ч
ь
П
а
у
з
а
Р
е
ч
ь
Р
е
ч
ь
П
а
у
з
а
Р
е
ч
ь
Речевой сигнал
Речевой сигнал
Комфортный шум
Речевой сигнал
Речевой сигнал
шум
поток RTP-пакетов
поток RTP-пакетов
поток RTP-пакетов
VAD – Voice Activity Detector
передтачик
приемник

Стандарты передачи речевого сигнала.
Учебный центр Алкатель, Москва
125 мкс

Пакетизация речи в различных кодеках

Структура протоколов VoIP

Протоколы взаимодействия

Структура стека протоколов передачи речи

Список протоколов передачи речи и видео
RTP – Real – time Transport Protocol (RFC 1889)
RTCP – Real – time Transport Control Protocol
UDP – User Datagram Protocol
IP – Internet Protocol

Протоколы RTP и RTCP.
UDP
IP
Уровень сетевого интерфейса
RTP
RTCP
Речевое кодирование
Сессия RTCP
Сессия RTP
Учебный центр Алкатель, Москва

Учебный центр Алкатель, Москва
Номера портов RTP и RTCP.
RTP
RTP
port = 2n
port = 2n +1
RCTP
RCTP
port = 2m
port = 2m +1
IP-address = X
IP-address = Y

Учебный центр Алкатель, Москва
Конфигурации RTP-сессии.
Соединение точка-точка
Широковещательная сессия
Конференция

Трансляторы и смесители (1)
Tранслятор
Tранслятор
+
G.729
G.711
G.711
Учебный центр Алкатель, Москва
Кодек 1
Кодек 2
Кодек 3
Кодек 4
A
B
C

Служебная информация RTP-пакетов.
Учебный центр Алкатель, Москва
Payload
TS1
SN = 1
Payload
TS2
SN = 2
Payload
TS3
SN = 3
получатель
получатель
Отправитель1
SSRC
SSRC
SSRC
Payload
TS
SN
SSRC
CSRC1
CSRCn
Отправитель n
….
……..

Формат заголовка RTP - пакета.
Учебный центр Алкатель, Москва
P
X
V=2
CC
PT
Sequence Number
TimeStamp
SSRC – Synchronization Source Idenifier
0
2
3
4
8
16
31
CSRC – Contributing Source Idenifier
……….
CSRC – Contributing Source Idenifier
M
Payload Type - тип заполнения
Последовательный номер пакета
Признак маркера
Версия протокола
Число источников
Метка времени
Идентификаторы источников сессии
Идентификаторы источника синхронизации
0-15

Назначение полей заголовка пакета RTP(1)

Кодирование поля тип нагрузки (payload type)
Учебный центр Алкатель, Москва

Назначение полей заголовка пакета RTP(2)

Пример RTP – пакета (трассировка)
Учебный центр Алкатель, Москва

Трасса передачи RTP пакетов(Ethereal)
No. Time Source Destination Protocol Info
61 1.11128 192.168.0.183 192.168.0.187 RTP Payload Type=ITU-T G.711PCMA
SSRC=33071136, Seq=22054, Time=0, Mark
62 1.111372 192.168.0.183 192.168.0.187 RTP Payload Type=ITU-T G.711PCMA
SSRC=33071136, Seq=22055, Time=160, Mark
63 1.12588 192.168.0.187 192.168.0.183 RTP Payload Type=ITU-T G.711PCMA
SSRC=435983184, Seq=7840, Time=0, Mark
64 1.126117 192.168.0.187 192.168.0.183 RTP Payload Type=ITU-T G.711PCMA
SSRC=435983184, Seq=7841, Time=160, Mark
65 1.160160 192.168.0.183 192.168.0.187 RTP Payload Type=ITU-T G.711PCMA
SSRC=33071136, Seq=22056, Time=320, Mark

Размеры заголовков стека RTP/UDP/IP/Ethernet

Уменьшение избыточности за счет агрегрирования RTP сессий

Структура заголовка агрегированного пакета

Функции протокола RTCP
Обеспечивает контроль передачи RTP – пакетов, посредством организации обратной связи между передатчиком и приемником
Передает сведения о числе переданных и потерянных пакетов, значении джиттера, задержке и др.
Обеспечивает передачу уточненной информации об источнике (имя, домен, E-mail, телефонный номер, месторасположение и т.д)
Использует 5 типов пакетов (SR, RR, SDES, BYE,APP)
Пакеты RTCP передаются значительно реже RTP пакетов (максимальная частота один пакет в 5 сек)

Учебный центр Алкатель, Москва
Типы пакетов RTCP.
SR – Sended Report
RR – Receiver Report
SDES – Source Description
BYE – окончание участия
APP – специфические данные приложения

Report Block.
Packet Lost
Fraction lost
Highest Sequence Number Received
LRS
DLSR
Учебный центр Алкатель, Москва
SSRC – Synchronization Source Idenifier
0
31
Fraction Lost (8 бит) доля потерянных пакетов данного источника относительно общего числа пакетов
Packet Lost (24 бит) – общее число потерянных пакетов данного источника
Highest Sequence Number максимальный номер пакета, полученного от данного источника
Interarrival Jitter – среднее абсолютное значение изменения времени распространения.
LSR – старшая часть последнего значения NTP TimeStamp, полученного от данного источника
DLSR – задержка времени от получения последнего сообщения от данного источника до формирования данного блока
Interarrival Jitter

Формат пакета Sender Report.
Учебный центр Алкатель, Москва

Назначение полей пакета SR(1)

Назначение полей пакета SR(2)

Назначение полей пакета SR(3)

Формат пакета Receiver Report.

Формат пакета Source Description.

Формы описания источника (Items)

Формат пакета BYE

Формат пакета APP

Расширение протокола RTCP XR (RFC 3611)(1)
Список дополнительных параметров качества VoIP:
Loss Rate - доля потерянных пакетов
Discard Rate - доля сброшенных пакетов из-за переполнения буфера
Burst density/duration - интенсивность и длительность вспышки трафика
Gap density/duration - интенсивность и продолжительность пауз (низкого уровня поступления пакетов)
Round Trip Delay - задержка передачи пакета «туда и обратно»
End system delay - усредненная системная задержка (с учетом асимметрии сети)
Signal Level - уровень сигнала
Noise Level- уровень шума

Расширение протокола RTCP XR (RFC 3611)(2)
Residual Echo Return Loss - остаточный сигнал после работы эхо-заградителя
R - Factor - для RTP-сеанса по Рекомендации G.107
MOS-LQ - Estimated Mean Opinion Score for Listening Quality – экспертная оценка качества слушающим
MOS-CQ- Estimated Mean Opinion Score for Conversational Quality - экспертная оценка качества тракта
Gmin - допустимый порог потери пакетов
Jitter Buffer Nominal Delay - номинальная задержка в анти-джиттерном буфере
Jitter Buffer Maximum - максимальная задержка в анти-джиттерном буфере (зафиксированная)
Jitter Buffer Absolute Maximum Delay – максимально допустимая задержка в анти-джиттерном буфере

Структура протоколов в Н.323

Рекомендация Н.323. Элементы сети.

Протокол сигнализации Н.225.0(Q.931)
Q.931-like
Used to establish a connection (Call) between two (or more) H.323 EPs
2 Modes:
Gatekeeper Routed (GRC): via GK
Direct Routed (DRC): directly between endpoints

Протокол регистрации,подтверждения и состояния (RAS)
RAS signalling is used to perform
Registration
Admissions
Status
Bandwidth changes
disengage procedures
Between endpoints and Gatekeeper

Процедура установления/разъединения по Н.225.0(Q.931)

Протокол управления мультимедийной передачей Н.245. Основные функции.
used to
exchange caabilities (codecs)
open and close logical channels
in order to allow communication

Процедура соединения. Фаза поиска и регистрации
Before being able to make or receive calls:
GK Discovery (GRQ/GCF/GRJ) by EPs
manual
automatic
Registration with GK (RRQ/RCF/RRJ)
indicate to GK which IP-address is used and which aliases
E.164 number (telephone number)
H.323-ID (username@domainname)

Процедура вызова. Фаза установления соединения
To make calls:
EP asks GK permission to place a certain call (ARQ/ACF/ARJ)
EP specifies destination alias
GK replies with IP-address of destination
in case of DRC: IP@ is real destination
in case of GRC: IP@ is of GK
Use H.225.0 Call signalling to setup call to destination (possibly via GK)
Use H.245 to set up speech path

Алгоритм установления соединения через GK
H.225 RAS
H.225 Call Signalling

Алгоритм установления соединения через SX
EP1
EP2
GK
H.225 RAS
H.225 Sign.
Radius
Admission Request (ARQ )
Admission Confirm (ACF)
Access Accept
Access Request
Set up
Set up
Call Proceeding
Call Proceeding
Alerting
Alerting
Connect
Accounting Start
Connect
Admission Request (ARQ )
Admission Confirm (ACF)

Содержание сигнального сообщения SETUP(1)
Frame 13.
Internet Protocol, Src: 10.16.64.6 , Dst: 10.16.64.1
Transmission Control Protocol, Src Port : 1117, Dst Port : 1721 (Seq :1, Ack :1)
Q.931
Protocol discriminator : Q.931
Call reference value length : 2
Call reference flag: Message sent from originating side
Call reference value: 1000
Message type: SETUP
Bearer capability: Coding standart: ITU-T
Information transfer capability: Unrestricted digital information
Transfer mode: Packet mode
User info layer 1 protocol: H.221 and H.242
Calling party number: ‘6’
Called party number: ‘5’

Содержание сигнального сообщения SETUP(2)
User-User
Protocol discriminator: X.208 and X.209 coded user information
H.225.0 CS
H.323_UserInformation
H323-message-body: setup
H245Tunneling: true
H245Control: request: terminalCapabilitySet
capabilityTable: 3 items
Item 0
receiveAudioCapability: g711Ulaw64k
Item 1
receiveAudioCapability: g711Alaw64k
Item 2
receiveAudioCapability: gsmFullRate
H245 request: masterSlaveDetermination
statusDeterminationNumber: 22981

Содержание сигнального сообщения ALERTING
Frame 14.
Internet Protocol, Src: 10.16.64.1 , Dst: 10.16.64.6
Transmission Control Protocol, Src Port : 1721, Dst Port : 1117 (Seq :1, Ack :256)
Q.931
Protocol discriminator : Q.931
Call reference value length : 2
Call reference flag: Message sent to originating side
Call reference value: 1000
Message type: ALERTING
User-User
Protocol discriminator: X.208 and X.209 coded user information
H.225.0 CS
H.323_UserInformation
H323-message-body: alerting
H245Tunneling: true
H245Control: request: terminalCapabilitySet
capabilityTable: 3 items
Item 0
receiveAudioCapability: g711Ulaw64k
Item 1
receiveAudioCapability: g711Alaw64k
Item 2
receiveAudioCapability: gsmFullRate
H245 request: masterSlaveDetermination
statusDeterminationNumber: 234
H245 response: masterslaveDeterminationAck
Decision: slave

Содержание сигнального сообщения FACILITY(1)
Frame 15.
Internet Protocol, Src: 10.16.64.6 , Dst: 10.16.64.1
Transmission Control Protocol, Src Port : 1117, Dst Port : 1721 (Seq :256, Ack :208)
Q.931
Protocol discriminator : Q.931
Call reference value length : 2
Call reference flag: Message sent from originating side
Call reference value: 1000
Message type: FACILITY
User-User
Protocol discriminator: X.208 and X.209 coded user information
H.225.0 CS
H.323_UserInformation
H323-message-body: facility
H245Tunneling: true
H245Control: responce: terminalCapabilitySetAck
H245 response: masterslaveDeterminationAck
Decision: master