H.323 Control mechanisms in Voice over Packet transmission
Transkrypt
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.