H.323 Control mechanisms in Voice over Packet transmission

WYśSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA
pod auspicjami Polskiej Akademii Nauk
WYDZIAŁ INFORMATYKI
Protokoły sterowania w standardzie H.323
Praca wykonana pod kierunkiem:
dr inŜ. Marian WraŜeń
WARSZAWA, 2004 r.
Autor: Andrzej Suski
Tytuł:
PROTOKOŁY STEROWANIA W STANDARDZIE H.323
Spis Treści
Streszczenie rozdziałów
Wstęp
1. Charakterystyka współczesnych usług telekomunikacyjnych sieci publicznych
10
1.1 Opis wybranych usług w sieciach PSTN, ang. Public Switched Telephony Network
10
1.1.1. Opis elementów i sygnalizacji w sieciach PSTN
1.1.2 Transmisja mowy, danych, wideo
12
16
1.2 Opis usług telekomunikacyjnych opartych o protokół IP
1.2.1 Opis współczesnych elementów budowy sieci IP
1.2.2 Transmisja danych, mowy, wideo
16
16
17
2. Analiza wymagań jakościowych usług multimedialnych w sieciach IP
2.1 Czynniki wpływające na jakość usług w sieciach pakietowych
2.1.1 Opóźnienie
19
19
19
2.1.2 Strata Pakietów
20
2.2 Zestawienie algorytmów kodowania sygnałów mowy
2.3 Algorytmy kolejkowania
21
22
3. Algorytmy i procedury sterowania w standardzie H.323
26
3.1 Historia i opis standardu H.323 z wyszczególnieniem protokołów sterujących
26
3.2. Protokoły związane z rekomendacją ITU-T H.323 26
3.2.1 Protokoły RTP / RTCP
27
3.2.2 Rekomendacja ITU-T H.245 30
3.2.3 Rekomendacja ITU-T H.225 (RAS ang. Registration, Admission, Status)
3.2.4 Rekomendacja ITU-T H.261 i H.263
34
35
3.2.5 Pozostałe istniejące rekomendacje 36
3.3 Przegląd sprzętu i oprogramowania obsługującego standard ITU-T H.323
3.3.1 Terminal
37
3.3.2 Brama (Gateway)
37
3.3.3 StraŜnik (Gatekeeper)38
3.3.4 Jednostka konferencyjna (MC, MP, MCU) 40
4. Opis układu laboratoryjnego oraz konfiguracji urządzeń
41
37
4.1 Schemat ideowy układu i opis poszczególnych jego elementów
4.1.1 Microsoft NetMeeting - Terminal
4.1.2 Gateway Mediatrix
41
42
42
4.1.3 RADVISION GK-100 - Gatekeeper 42
4.1.4 RADCOM RC-100 WL i RADCOM AudioPro
43
4.2 Symulacja sieci opartej o rekomendaję H.323 przy uŜyciu układu laboratoryjnego
43
4.2.1 Przeprowadzenie serii połączeń multimedialnych przy uŜyciu zestawu
laboratoryjnego
4.3 Próba oceny jakości usług czasu rzeczywistego, symulacja sieci IP57
4. 4 Analiza wpływu parametrów na wyniki przeprowadzonych testów
5. Ogólna próba oceny jakości usług i moŜliwości zastosowań VoIP
6. Wnioski
66
Spis skrótów 68
Literatura
72
Załączniki
74
63
62
Streszczenie rozdziałów
Rozdział 1
Charakterystyka współczesnych usług i systemów telekomunikacyjnych
Dokonano systematyki systemów telekomunikacyjnych w szczególności tych opartych
o technologię SDH/PDH, (ang. Synchronous Digital Hierarchy/Plesiochronous Digital
Hierarchy). Opisano trendy rozwoju sieci publicznych z komutacją kanałów w
oparciu o globalnie dostępny protokół SS7. Wyszczególniono wybrane usługi w sieciach
PSTN, (ang. Public Switched Telephony Network), to jest usługi podstawowe i usługi dodane.
Przedstawiono rolę elementów sygnalizacji w sieci takich jak centrale telefoniczne oraz
przedstawiono
pojęcie
punkt
styku
pomiędzy
międzynarodowymi
systemami
telekomutacyjnymi. W sposób bardzo ogólny przedstawiono system sygnalizacji numer 7, w
szczególności moŜliwości realizacji punktów styku pomiędzy operatorami stacjonarnymi i
komórkowymi. Omówiono rolę elementów synchronizacji w sieciach publicznych oraz
teletransmisyjnych. Scharakteryzowano technologię komutacji kanałów oraz sieć z integracją
usług ISDN, (ang. Integrated Services Digital Network).
Wprowadzono równieŜ czytelnika do pakietowej transmisji mowy, danych, wideo jak i
usług telekomunikacyjnych opartych o protokół IP. Opisano elementy budowy dzisiejszych
sieci IP. Dokonano charakterystyki najpopularniejszych urządzeń takich jak przełącznik, hub,
router oraz ich zadań. Scharakteryzowano transmisję danych, mowy, wideo w oparciu o sieci
pakietowe koncentrując się na sieciach transmisji głosu Voice over IP. Omówiono ich zalety i
zagroŜenia. Jednocześnie opisano technologię transmisji pakietowej PoS, (ang. Packet over
Sonet), ATM, (ang. Asynchronous Transfer Mode) i ich roli w szybko rozwijających się
systemach dostępowych opartych o technologię ADSL, (ang. Asymetric Digital Subscriber
Line) oraz WLAN, (ang. Wireless Local Area Network).
Rozdział 2
Analiza wymagań jakościowych usług multimedialnych w sieciach IP
Opisano czynniki wpływające na jakość usług w sieciach pakietowych; wpływ
opóźnienia, straty pakietów, algorytmów kodowania oraz algorytmów kolejkowania.
Dokonano charakterystyki wyŜej wymienionych czynników i ich odniesienia do jakości oraz
wymagań, co do zapewnienia stabilnej transmisji i buforowania danych. Wyszczególniono
wymagania poszczególnych aplikacji i zastosowań w dzisiejszych sieciach, głównie w
Internecie. Podano przykłady zapotrzebowania poszczególnych usług na pasmo jak i bitową
stopę błędów. Omówiono podstawowe własności kolejkowania, mające wpływ na
efektywność realizacji QoS, (ang. Quality of Service).
Dokonano szczegółowego opisu kodeków i ich wymagania w stosunku do pasma
transmisyjnego. Przedstawiono wstępną ocenę wymagań usług świadczonych w pakietowych
sieciach z komutacją pakietów PBN, (ang. Packet Based Network).
Rozdział 3
Algorytmy i procedury sterowania w standardzie H.323
Przedstawiono historię i opisano powstawanie standardu ITU-T H.323 [23].
Wyszczególniono większość protokołów sterujących rekomendacji ITU-T H.323. Opisano
procedury rekomendacji ITU-T H.245 przy zestawianiu sesji. Wspomniano o mechanizmach
negocjacji warunków dla optymalnej komunikacji audiowizualnej i danych dla odpowiednich
terminali. Przedstawiono zasady i wiadomości rekomendacji ITU-T H.323, H.225 – RAS,
(ang. Registration Admission Status) w komunikacji pomiędzy terminalem, bramą a
gatekeeperem. Zaprezentowano rolę protokołów transportowych dla realizacji usług czasu
rzeczywistego RTP/RTCP. Opisano parametry RTP i zaawansowane funkcje RTCP.
Przedstawiono rekomendację ITU-T H.261/H.263 [8], zasady przesyłania obrazu w sieciach o
małej przepustowości. Opisano parametry, jakie potrzebne są do uzyskania optymalnej
transmisji zgodnej z rekomendacją. Przedstawiono metody transmisji danych zgodne z
ITU-T
T.120
[10]
i rodziną protokołów słuŜących do udostępniania plików oraz aplikacji. Omówiono
podstawowe wiadomości dotyczące standardu i mechanizmów sterowania strumieniami
multimedialnymi
w celu zrozumienia zagadnień doświadczalnych przedstawionych na łamach niniejszej pracy.
Dokonano przeglądu sprzętu i oprogramowania obsługującego standard H.323. Wymieniono
elementy składowe systemów opartych o rekomendację ITU-T H.323. Opisano terminal na
przykładzie oprogramowania firmy Microsoft NetMeeting, bramę, (ang. Gateway) na
przykładzie urządzenia Mediatrix jako jednostki pośredniczącej pomiędzy siecią PSTN, (ang.
Public Services Telephony Network) i PBN, (ang. Packet Based Network).
Wyspecyfikowano
funkcję
straŜnika,
(ang. Gatekeepera). Omówiono sterowanie
połączeniami i powiązania z billingiem oraz nadzór nad bramami medialnymi.
Scharakteryzowano zastosowania i budowę jednostki
konferencyjnej MCU,
Multipoint Control Unit). Dokonano przeglądu technik wideo konferencyjnych.
(ang.
Rozdział 4
Opis układu laboratoryjnego
Przedstawiono schemat ideowy układu laboratoryjnego i poszczególne jednostki
składowe
systemu.
Scharakteryzowano
Microsoft
NetMeeting,
w
zastosowaniu
terminalowym, dołączonego do RADVISION GK-100 – Gatekeeper, oprogramowania
mogącego nadzorować pracę wielu terminali i bram. Przedstawiono oprogramowania
RADCOM AudioPro słuŜące do analizy strumieni multimedialnych np.: ITU-T G.711 [3],
H.263 i tym podobne. Opisano metody zapisu przesyłanych ramek za pomocą analizatora
protokołów sieciowych RADCOM RC-100 WL. RADCOM InetrSim – Symulator chmury IP.
Omówiono parametry bram Mediatrix. Przeprowadzono symulację sieci V2oIP ang. voice and
video over IP, przy uŜyciu układu laboratoryjnego, podczas której przeprowadzono serię
połączeń multimedialnych w następującej konfiguracji zestawu laboratoryjnego, i tak w
układzie:
•
Terminal – Terminal (bez Gatekeepera),
•
Terminal – Terminal (z Gatekeeperem),
oraz przeprowadzono kilka przykładowych połączeń Terminal – Terminal dla symulowanych
parametrów łącza IP głównie zguby pakietów w kwantach po 5%. Przeprowadzono równieŜ
próbę analizy wpływu parametrów na jakość usług. Wyniki przeprowadzonych testów
przedstawiono w zestawieniach.
Rozdział 5
Ogólna próba oceny jakości usług i moŜliwości zastosowań
Rozdział ten jest próbą podsumowania części doświadczalnej oraz wyników w niej
zawartych. Szczególnie aspektów związanych z sygnalizacją sterowania strumieniami
multimedialnymi, czyli głosem, wideo jak i danymi. Omówiono zajętość pasma przez dane
usługi oraz próby dynamicznego wykorzystania wspomnianych w części teoretycznej pracy
algorytmów kodowania. Omówione zostały równieŜ metody oceny jakości sygnałów
audiowizualnych zgodnie z zaleceniami ITU, oraz innych organizacji czy jednostek
standaryzujących. Omówiono subiektywne metody oceny jakości sygnałów na przykładzie
MOS, (ang. Mean Opinion Score), jak i metody obiektywne dostarczane przez producentów
sprzętu pomiarowego takich jak PSQM, (ang. Perceptual System for Quality Measurement)
czy PAMS [24], (ang. Perceptual Analysis Measurement System). Przedstawiono
zastosowania systemów transmisji głosu i wideo oraz dokonano charakterystyki punktów
styków. Wspomniano o systemach zgodnych z rekomendacją H.323, współdziałających z
systemami komórkowymi..
Rozdział 6
Wnioski
Podsumowanie pracy i samodzielnie przeprowadzonych badań pod kątem perspektyw
dalszego rozwoju technologii transmisji strumieni multimedialnych w sieciach pakietowych
PBN, (ang. Packet based Networks). Nawiązano do szybko rozwijającego się protokołu SIP
(ang. Session Initialization Protocol)[25] i dokonano ogólnego porównania moŜliwości.