چکیده :
مقدمه
امروزه شبکه های مخابراتی و ارتباط از راه دوری که اینترنت و صوت پاکتی استفاده
می کنند ، طرفداران زیادی پیدا کرده است ، این روش انتقال صوت که به کمک پروتکل ها اینترنتی انجام می گیرد بسیار کم هزینه تر از روش های قدیمی و سویچ مداری سابق هستند . همین امر باعث شده است تا طراحان شبکه های مخابراتی نسل نوینی از شبکه تلفنی را پیشنهاد کنند که کاملا” مبتنی بر استفاده از اینترنت و صوت پاکتی می باشد . در این شبکه ها ترافیک صوتی بخش کوچکی از ترافیک عظیم داده ای را تشکیل می دهد .
ما در این نوشتار سعی کرده ایم اهمیت شبکه های صوتی پاکتی را نشان دهیم و مفهوم تکنولوژی Voice Over IP را روشن نموده و با معرفی ساختار و معماری هایی مربوط به آن و نیز آشنایی با پروتکل های شبکه ای خاصی که برای این تکنولوژی استفاده می شود ، به صورت
دقیق تری با این نوع شبکه ها آشنا شویم . بنابراین در فصل اول در باره مفاهیم و تعاریف مربوط به این تکنولوژی بحث خواهیم نمود و در فصل دوم به بررسی تقریبا” کاملی از پروتکل های و استانداردهای این تکنولوژی می پردازیم .
فصل اول :
11 ) مفاهیم Voice Over IP
شبکه های ارتباطات از راه دور ( Telecommunication ) امروزه دستخوش تغییرات زیادی شده اند . در آینده ای نزدیک شبکه هایی که براساس Voice basedCircui+ switch قدیمی هستند ( کلاس سویچ های 5 و 4/5 ) باید به معماری Packet-based تبدیل شوند . مطالعات انجام شده نشان می دهد که شبکه های پاکتی به طرز قابل ملاحظه ای از شبکه های هم ارز سوییچ مداری ارزانتر هستند . شکل 1-1 نتایج این مطالعات را نشان می دهد .
در یک مقایسه نوعی ، سیستم پاکتی جدید که از امکانات و تکنولوژی های سخت افزاری نوین استفاده کرده اند حدود 10 تا 20 درصد هزینه های سوییچ کلاس 5 را دارند . همچنین از آنجایی که سوییچ های قدیمی اصولا” برای کار با داده طراحی نشده اند با اینترنت و آدرس ها IP سازگاری خوبی ندارند . PTSN برای ترافیک صوتی طراحی شده است و همانطور که قبلا” گفته شد این نوع ترافیک در صنعت ارتباطات از راه دور رشد چندانی ندارد . در عوض بیشتر این رشد در شبکه های داده ای و IP-based رخ خواهد داد .
در حالت کلی پیاده سازی های شبکه های IP-based باعث کاهش هزینه ها می شود ولی بعضا” عکس این اتفاقات رخ داده است ، دلیل این امر جدید بودن این تکنولوژی است .
Voice Over IP به معنای انتقال ترافیک صوتی در قالب پاکتی می باشد . اصطلاحات زیادی برای توصیف این فرآیند وجود دارد :
IP Telephony interant telephony , Internt telephony و صوت پاکتی . ذیلا” ما هرکدام از این مفاهیم را به صورت خلاصه توضیح می دهیم :
Internet Telephony : عبارت است از جایگذاری تماس های تلفنی بر روی شبکه جهانی Internet
Interanet Telephony : عبارت است از جایگذاری تماس های تلفنی بر روی شبکه خصوصی ( یا interanet ) .
IP Tlelphony : به معنای استفاده از پروتکل اینترنت ( IP ) جهت ارسال تماسی های صوتی روی شبکه جهانی Internet یا شبکه خصوصی ( interanet ) می باشد .
صوتی پاکتی : استفاده از شبکه های پاکتی به جای شبکه های سوییچ مداری
( Circuit switched ) جهت نقل و انتقال تماس های تلفنی را می گویند . لازم به ذکر است که صوت پاکتی الزاما” نیاز به IP ندارد به عنوان مثال یک شبکه صوت پاکتی می تواند ترافیک صوتی را روی یک Frame Relay اجرا کند . موارد زیر مهم ترین دلایل رویکرد به استفاده از تلفن اینترنتی هستند :
1- دلایل تجاری
) مجمتع سازی صوت و داده
) تقویت پهنای باند
) عدم کاهش سیستم فعلی در برآورده کردن نیازمندی ها و سازگاری با محیط جدید .
کاهش قیمت تعرفه ها
2 عمومیت یافتن Ip
3 تکامل تکنولوژی های مربوط
4 تمایل به شبکه های داده ای
پیکربندی مختلف در شبکه های VoIP
ما در شکل 1-2 چهار مثال از پیکربندی های متفاوتی که VoIP می تواند داشته باشد آورده ایم .
در شکل a تلفن های معمول در یک شبکه تلفنی نشان داده شده اند ( telco به معنای یک شبکه تلفنی است ) Gateway های VoIP توابع مترجمی را برای انجام تبدیلات صوت به داده فراهم می کنند . در طرف فرستنده باید از ابزارهایی برای کدگذاری ، فشرده سازی و لفاف بندی برای تبدیل ترافیک صوتی به پاکت های داده ای ( همان دیتاگرام های IP ) استفاده کنیم و در طرف گیرنده عکس این عملیات را باید انجام دهیم .
این روش پیکربندی در تحویل ترافیک صوتی با کیفیت بالا بسیار قدرتمند می باشد . در شکل b ، از یک کامپیوتر شخصی ( PC ) و مسیریاب ( router ) استفاده کرده ایم . در این حالت در PC فرستنده عملیات کدگذاری و فشرده سازی را انجام می دهیم و مسیریاب ها فقط کار مسیریابی این پاکت ها را انجام می دهند بنابراین تا حد زیادی کیفیت کار بالا می رود ولی مشکل حال حاضر در این روش دشواری انجام تبدیلات A-D و D-A در PC ها است . در پیکربندی شکل C ، در طرف گیرنده ، یک تلفن داریم بنابراین مسیریاب ها باید به امکانات بیشتری ( از قبیل انجام یک سری توابع مخصوص Gateway های VoIP ) مجهز شوند .
روش نشان داده در شکل d ، ساده و ارزان تر است . در این جا باز هم از Gateway های VoIP استفاده می کنیم . ولی برعکس حالت a که Gateway ها n به 1 است اینجا از
Gateway های 1 به 1 استفاده می کنیم که یک قطعه کوچک و ارزان ( با حجمی تقریبا” نصف یک لیوان معمولی ) است .
مدل تکامل یافته شبکه های VoIP
نمای کلی از یک شبکه VoIP تکامل یافته را می توانید در شکل 1-3 ببینید . مؤلفه های کلیدی این عملیات VoIP Gateway ، VoIP call agent ( که به آن Gatekeeper هم
می گویند ) و یک کنترلر هستند .
Gateway مسئول ارتباط قطعات VoIP ( در سمت چپ شکل ) با شبکه ها ( در سمت راست شکل ) است . همچنین وظیفه تبدیل سیگنال ها بین سیستم ها را نیز به عهده دارد .
امکان انتخاب در توپولوژی و پیکربندی شبکه های VoIP
شکل 1-4 تعدادی از تکنولوژی های موجود را که برای چگونگی پیکربندی VoIP بکار
می روند نشان می دهد . متاسفانه IP telephony بر روی یک سرویس تک حاملی ( سه لایه زیرین در مدل OSI ) عمل می کند همچنین فقط یکی پشته پروتکل های تله سرویسی (چهارلایه بالایی در مدل OSI ) را می توان بکار برد . ولی خوشبختانه امکانات پشتیبانی زیادی دارد که مثال هایی از آنها ذیلا” آورده شده اند :
VoIP over ppp over twisted pair
VoIP over ppp over SDNET
VoIP over Fast or Gigabit Ethernet
VoIP over AAL1 / AAL2 / AAL5 over ATM over SoNE
VoIP over Frame Relay
VoIP Over FDDZ
VoIP over RTP over , then over IP , and layer2 and 1
انتخاب های دیگری نیز داریم که اینجا ذکر نشده اند با توجه به این انتخاب ها ، ما ترکیب های متفاوتی می توانیم داشته باشیم که از بخش ها حامل و تله سرویس متنوعی تشکیل شده اند و هرکدام می توانند منعکس کننده نیازمندی های مشتریان گوناگونی باشد .
ارزیابی فاکتورها در پاکت بندی صوت
می خواهیم ببینیم که چگونه ترافیک گفتاری را روی یک internet یا هر شبکه داده ای دیگر قرار می دهیم . طراحان VoIP باید به سه فاکتور مهم توجه داشته باشند : مدت زمان پاکت :
میزان پهنای باند لازم و میزان محاسبات لازم
زمان پاکت با دو عمل مرتبط است . عمل اول در رابطه با طول زمان ارسال ترافیک VoIP از فرستنده به گیرنده است ، و دومی میزان تغییرات در زمان های ورود پاکت های صحیح درگیرنده است . به این زمان بین ورودی ها Jitter می گوییم .
فاکتور دوم در رابطه با این موضوع است که برای پشتیبانی انتقال به چه اندازه پهنای باند نیاز داریم ، علاوه بر پهنای باند لازم برای نمایش سیگنال های گفتاری باید پهنای باندی که برای انتقال اطلاعات کنترلی که توسط پروتکل ها استفاده می شود را نیز در نظر داشته باشیم .
فاکتور سوم درباره میزان محاسبات لازم برای کدگذاری ، انتقال و کدگشایی صوت است . میزان محاسبات با توجه به حجم و پیچیدگی آنها سنجیده می شود .
تفاوت های موجود میان ملزومات صوت و داده در شبکه ها
به اختصار مهمترین تفاوت های این دو را بیان می کنیم :
1 تحمل خطا : انتقال صوت قابلیت بالایی در تحمل خطا دارد . اگر یک پاکت خاص صوتی از بین برود صحت و کیفیت صوت بازسازی شده زیاد عوض نمی شود ولی
پاکت های داده ای به شدت نسبت به این خطاها حساس هستند و حتی از بین رفتن یک بیت در آنها ممکن است منجر به عوض شدن معنی کل پاکت شود . علاوه بر این بسته های گم شده آسیب جدی به انتقال صوت نمی رسانند به طوریکه اگر تعداد پاکت های گم شده صوتی کمتر از 5% کل آنها باشد مشکل خاصی در انتقال آنها بروز نمی کند و کیفیت کار قابل قبول است .
2 تحمل تأخیر : هنوز هم یکی از تفاوت های انتقال داده و صوت در زمینه تأخیر شبکه است . در انتقال صوت ، تأخیر باید در حد امکان کم شود ، با توجه به اینکه عمل انتقال و تبدیل A-D و D-A در انتقال صوت به صورت بلادرنگ و کاملا” دو طرفه انجام می شود باید تا حد امکان از میزان تأخیر کاسته شود . ولی در شبکه های داده ای میزان تأخیر مورد قبول متغیر بوده و عموما” بیشتر از حد مجاز در شبکه های صوتی است . طول صف های انتظار پاکت در شبکه های صوتی نیز باید خیلی کوتاه باشد .
خوشبختانه صوت پاکتی در دسته ترافیک های VBR قرار می گیرد بنابراین نیازی به پهنای باند ثابت و تضمین شده ندارد و مقاومت خوبی در برابر نوسانای شبکه نشان می دهد