Tecnologia VoIP e aspetti applicativi

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1 Tecnologia Vo e aspetti applicativi Giuseppe Tetti Convergenza voce dati 1-1

2 Architettura tradizionale PSTN Quartiere Generale Sedi remote Convergenza voce dati 1-2

3 Convergenza voce/dati Quartiere Generale Sedi remote Convergenza voce dati 1-3

4 Telephony Vo PSTN Call Manager Quartiere Generale Sedi remote Convergenza voce dati 1-4

5 Cosa è il Vo Voce Voce Voce Voce Lo streaming Vo è il flusso bidirezionale di pacchetti contenenti campioni vocali digitalizzati che viaggia sulla rete dal chiamato al chiamante e viceversa. Convergenza voce dati 1-5

6 Cosa è il Vo (cont.) Segnali Segnali Segnali Segnali La segnalazione è quell insieme di protocolli che permettono di stabilire, gestire e terminare uno streaming Vo. Convergenza voce dati 1-6

7 Cosa è il Vo (cont.) pronto! Black Box Voce Voce Voce Voce Quale operazioni deve compiere la scatola nera per generare in uscita i pacchetti Vo? Convergenza voce dati 1-7

8 Cosa è il Vo (cont.) Campionamento Quantizzazione Codifica Pacchettizzazione Voce Voce Voce Voce Convergenza voce dati 1-8

9 Solo? E sufficiente utilizzare solo? No!! Servono le porte per identificare una chiamata in modo univoco Va bene utilizzare TCP? No!! Introduce ritardi dovuti ai propri meccanismi di ritrasmissione Va bene UDP? Si!! Non introduce ritardi ed è in grado di fornire le porte per l identificazione delle chiamate Serve altro? Si!! Un protocollo in grado di gestire traffico real-time (RTP) Voce RTP UDP Convergenza voce dati 1-9

10 I protocolli RTP/RTCP Convergenza voce dati 1-10

11 I protocolli RTP e RTCP Real-Time Transport Protocol fornisce: Un ambiente connectionless Un identificativo del payload Un numero di sequenza dei pacchetti Un Time-stamp dell istante di campionamento Real-Time Transport Control Protocol fornisce: Un responso sulle attuali condizioni della rete Un controllo Out-of-band per I flussi RTP Convergenza voce dati 1-11

12 Scenari possibili Utilizzare Vo ha come conseguenza quella di poter predisporre una unica infrastruttura dati con notevoli vantaggi economici in termini di costi iniziali e di esercizio. Coesistenza delle due infrastrutture Voce e Dati (processo di migrazione) Ambiente dati puro Convergenza voce dati 1-12

13 Sistema misto Le infrastrutture Voce e Dati si interfacciano attraverso opportuni Vo Gateway. In uno scenario misto si possono avere le seguenti tipologie di chiamate: On-Net (tra sedi diverse utilizzando la rete dati) Off-Net (sulla rete PSTN linea esterna ) PBX-to-PBX (linea diretta tra centralini locali) On-Net to Off-Net (reinstradamento delle chiamate sulla rete PSTN) Convergenza voce dati 1-13

14 Chiamata On-Net PBX Convergenza voce dati 1-14

15 Chiamata Off-Net Codice di accesso: 0 Linea esterna PBX PSTN Convergenza voce dati 1-15

16 Chiamata PBX-PBX PBX PBX Convergenza voce dati 1-16

17 Chiamata On-Net to Off-Net PBX X PSTN Convergenza voce dati 1-17

18 Ambiente dati puro Si ha un unica infrastruttura dati, ogni terminale voce esegue direttamente Vo un Voice Gateway è ancora necessario per instradare le chiamate verso e dall esterno L instradamento e la gestione delle chiamate Vo è demandata ad un dispositivo denominato Call Manager Il Call Manager è un applicazione Software che risiede su un calcolatore collegato alla rete attraverso un interfaccia Ethernet In questo ambiente è possibile integrare fra di loro applicazioni per PC e telefoniche e concepire nuove soluzione per l azienda Vo PBX PBX Convergenza voce dati 1-18

19 CTI CTI (Computer Telephony Integration) coniuga l'intelligenza del computer con le funzionalità del centralino telefonico, per gestire in maniera coordinata due aspetti entrambi essenziali alla vita dell'azienda: il servizio telefonico e la rete informatica. Convergenza voce dati 1-19

20 CRM Il CTI rappresenta il ponte per andare verso l'integrazione con applicazioni come quelle di Customer Relationship Management Convergenza voce dati 1-20

21 Unified Messaging Message Store Messages Voice Messages Fax Messages Application Server Unified Messaging In and Out Box User Access Points Convergenza voce dati 1-21

22 Unified Communications Conference Collaboration Fax Voce Presence H.2xx Dati TCP/ Video G.7xx Unified Instant Messaging MPEG Mobility Voic Convergenza voce dati 1-22

23 Open Telephony API-Enabled Applications, Unified Messaging, Virtual Call Centers Open Service Application Layer 3rd Party 3rd Party TAPI JTAPI Open Call Control Layer Vo CallManager Standards-Based Packet Infrastructure Layer Convergenza voce dati 1-23

24 Le risorse del web Asterisk is a complete PBX in software. It runs on Linux and provides all of the features you would expect from a PBX and more. Asterisk does voice over in three protocols, and can interoperate with almost all standards-based telephony equipment using relatively inexpensive hardware. Convergenza voce dati 1-24

25 Schemi di codifica della voce Wave form coders Esempi: PCM, ADPCM, ulaw, alaw Tecniche di codifica a 8000 campioni/sec Vocoders (Voice Operated recorder) Sintetizzatori vocali a bassa occupazione di banda (fino a 2.4 Kbps) Esempi: LPC (Linear Predicting Coding) Hybrid coders Integrano le caratteristiche dei primi due Utilizzano il meccanismo di codifica AbS Analisys-bysynthesis Operano nella fascia tra 4.8 Kbps e 16 Kbps Esempi: APC, SELP, CELP Convergenza voce dati 1-25

26 Tecniche di compressione della voce Wave form algorithms PCM: Pulse Code Modulation ADPCM: Adaptive Differential Pulse Code Modulation Source algorithms LD-CELP: Low Delay, Code-excited Linear-predictive CS-ACELP: Conjugate Structure, Algebraic Code-excited Linear-predictive Convergenza voce dati 1-26

27 Mean Opinion Score (MOS) Canale Codec G.7xx Scala Qualità della voce Livello di distorsione 5 Eccellente Impercettibile 4 Buona Percettibile ma non fastidioso 3 Discreta Percettibile e leggermente fastidioso 2 Scadente Fastidioso ma non sgradevole 1 Insoddisfacente Molto fastidioso e sgradevole Convergenza voce dati 1-27

28 Codifica PCM, G.711 Teorema di Nyquist-Shannon: campionamento del segnale al doppio della frequenza più alta Intervallo delle frequenze del parlato: 0-4KHz Quantizzazione: 8 bit per ogni campione Frequenza di campionamento = 8000 campioni/sec (uno ogni 125 µs) Dimensione del flusso dati = (2 x 4kHz) x 8 bits = bit per secondo = 64 Kbps MOS = 4.1 PCM PCM 64 kbps Convergenza voce dati 1-28

29 G.726, Adaptive Differential PCM Tiene conto solo delle variazioni tra due campioni consecutivi. Dimensione dei flussi: 32 kbps = 8 kbps x 4 bit/campione 24 kbps = 8 kbps x 3 bit/campione 16 kbps = 8 kbps x 2 bit/campione Variazione MOS = 3.85 Convergenza voce dati 1-29

30 Codec di tipo Ibrido Dizionario contenente i codici definiti dal modello matematico della voce DSP Analisi Codici modello Variazioni sul modello DSP Sintesi Convergenza voce dati 1-30

31 CELP Code Exited Linear Prediction Schema di codifica ibrido Alta qualità della voce a bassa occupazione di banda Il processo di codifica impiega da 2,5 a 10 ms (dopo il campionamento, prima della pacchettizzazione) G.728: LD (Low Delay) CELP 16 kbps Codifica 1,125 ms di parlato in 10 bit, no look-head G.729: CS (Conjugate Structure) Algebraic CELP 8 kbps look-ahead di 5 ms, codifica 10 ms di parlato in 80 bit G.729a variante a 8 kbps, meno pesante che permette di raddoppiare i canali per DSP Convergenza voce dati 1-31

32 Tecnologie di compressione Unacceptable Business Quality Toll Quality 64 * PCM (G.711) Bandwidth (kbps) * ADPCM 24 kbps (G.723) * ADPCM 32 kbps (G.721) * ADPCM 16 kbps (G.726) * LD CELP 16 kbps (G.728) * CS-ACELP 8 CS-ACELP 8 kbps (G.729) kbps (G.729a) Quality Convergenza voce dati 1-32

33 Codec a confronto Codec Classe Bit-rate (Kbps) MOS G.711 PCM 64 4,1 G.726 ADPCM 32 3,85 G.728 LD CELP 16 3,61 G.729 CS ACELP 8 3,92 G ACELP 5,3 3,62 Convergenza voce dati 1-33

34 Voice Activity Detection B/W Saved Voice Activity No Voice Traffic Sent SID Pink Noise Voice SID=Silence Insertion Descriptor Time Silence Voice Note: VAD adds 5 ms delay Convergenza voce dati 1-34

35 Segnalazione S INVITE INVITE TRYING RINGING OK ACK Vo S PBX Streaming Vo RINGING OK ACK BYE OK BYE OK Convergenza voce dati 1-35

36 Ritardi tollerati dal Vo Convergenza voce dati 1-36

37 Le componenti del ritardo codec Packetization Output queuing Access (up) link transmission Backbone network transmission Access (down) link transmission WAN Input queuing Dejitter buffer codec Convergenza voce dati 1-37

38 S e Sicurezza Sicurezza : Autenticazione, Riservatezza, Integrità.. Attacchi informatici tipici che possono provocare disservizio e frode Registration Hijacking Impersonating a Server Tampering with Message Bodies Tearing Down Sessions Denial of Service Il protocollo S mette a disposizione due meccanismi per aumentare il livello di sicurezza: Meccanismi di autenticazione del client verso il server; Riservatezza e integrità dei messaggi scambiati tra gli elementi di rete (cifratura della segnalazione tramite TLS Transport Layer Security); Convergenza voce dati 1-38

39 Grazie per la cortese attenzione Convergenza voce dati 1-39

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