ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE

Elektrotechnická fakulta

Katedra telekomunikácií

Riešenie modemovej, faxovej a DTMF prevádzky

v kombinovaných NGN/PSTN sieťach

TOMÁŠ PEKARA

2006

Riešenie modemovej, faxovej a DTMF prevádzky

v kombinovaných NGN/PSTN sieťach

DIPLOMOVÁ PRÁCA

TOMÁŠ PEKARA

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE

Elektrotechnická fakulta

Katedra telekomunikácií

Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE

Vedúci diplomovej práce: Ing. Jozef Kukura

Stupeň kvalifikácie: inžinier (Ing.)

Dátum odovzdania diplomovej práce:

19.05.2006

ŽILINA 2006

ABSTRAKT

Téma „Riešenie modemovej, faxovej a DTMF prevádzky v kombinovaných

NGN/PSTN sieťach“ prináša pohľad na siete novej generácie s kladmi aj zápormi. V

úvodnej časti sú zhrnuté základné vlastnosti siete NGN, jej architektúra a základné prvky,

z ktorých sa skladá. Ďalej je pozornosť venovaná analýze modemovej (dial-Up), faxovej a

DTMF prevádzke v sieti NGN/PSTN a posledná časť práce sa zaoberá riešením

problémov, ktoré sprevádzajú tieto tri typy prenosov.

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE, ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA

KATEDRA TELEKOMUNIKÁCIÍ

ANOTAČNÝ ZÁZNAM - DIPLOMOVÁ PRÁCA

Priezvisko, meno: Pekara Tomáš školský rok: 2005/2006

Názov práce: Riešenie modemovej, faxovej a DTMF prevádzky v kombinovaných

NGN/PSTN sieťach

Počet strán: 43 Počet obrázkov: 26 Počet tabuliek: 1

Počet grafov: 0 Počet príloh: 0 Použitá lit.: 10

Anotácia (slov. resp. český jazyk): Táto diplomová práca sa zaoberá analýzou

problémov pri prenose faxového, modemového a DTMF signálu v kombinovaných

NGN/PSTN sieťach. Ďalej je pozornosť venovaná riešeniu spomínaných problémov.

Anotácia v cudzom jazyku (anglický resp. nemecký): This thesis deals with the

analysis of problems in transmision of fax modem and DTMF signals in the combined

NGN/PSTN networks. The next thing the attention is paid to is solving of the above

mentioned problems.

Kľúčové slová: Fax over IP, modem over IP, bandwidth, protocol structure

Vedúci práce: Ing. Jozef Kukura

Recenzent práce: Ing. Ivan Fiačan, PhD.

Dátum odovzdania práce: 19.05.2006

OBSAH

1. ÚVOD..............................................................................................................................1

2. NGN.................................................................................................................................2

2.1 EVOLUČNÉ KROKY K NGN SIEŤAM.............................................................................2

2.2 ARCHITEKTÚRA SIETÍ NGN.........................................................................................6

2.3 ZÁKLADNÉ STAVEBNÉ PRVKY NGN............................................................................8

2.3.1 Softswitch ...........................................................................................................8

2.3.2 Média brána (Media Gateway - MGW)............................................................10

2.4 KĽÚČOVÉ VÝHODY, CHARAKTERISTIKY A SLABÉ MIESTA SIETE NGN.....................12

2.4.1 Charakteristiky siete NGN................................................................................12

2.4.2 Kľúčové výhody a požiadavky pre VoIP..........................................................12

2.4.3 Slabé miesta riešenia NGN ...............................................................................13

3. PROBLÉMY V SIETI NGN.......................................................................................15

3.1 MODEMOVÝ (DIAL-UP) PRENOS ................................................................................16

3.1.1 Protokolová analýza..........................................................................................18

3.2 FAXOVÝ PRENOS .......................................................................................................25

3.2.1 Protokolová analýza..........................................................................................26

3.3 DTMF PRENOS..........................................................................................................28

4.RIEŠENIE PROBLÉMOV V SIETI NGN.................................................................30

4.1 MODEMOVÝ (DIAL-UP) PRENOS ................................................................................30

4.1.1 V.150.1..............................................................................................................30

4.1.2 L2TP .................................................................................................................36

4.2 FAXOVÝ PRENOS .......................................................................................................38

4.2.1 T.38 ..................................................................................................................38

4.3 DTMF PRENOS..........................................................................................................40

5. ZÁVER..........................................................................................................................41

6. ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY.....................................................................43

Zoznam obrázkov Obr. 2.1: PSTN – klasická TDM okruhovo orientovaná sieť ..............................................3

Obr. 2.2: Migrácia od okruhovej ku paketovej telefónii......................................................4

Obr. 2.3: Preklenutie hlasovej prevádzky do paketovej podoby .........................................5

Obr. 2.4: Konečná podoba siete NGN .................................................................................5

Obr. 2.5: Architektúra siete NGN........................................................................................6

Obr. 2.6: Dekompozícia sieťových uzlov ............................................................................7

Obr. 2.7: Aplikácie a služby zariadenia Softswitch.............................................................8

Obr. 2.8: Softvérové moduly zariadenia Softswitch............................................................9

Obr. 2.9: Sieť NGN s rôznymi typmi média brán..............................................................10

Obr. 3.1: Modemový (dial-Up), faxový a DTMF prenos v sieti PSTN/ISDN ..................15

Obr. 3.2: Modemový (dial-Up), faxový a DTMF prenos v sieti NGN/PSTN ...................15

Obr. 3.3: Modemový (dial-Up) prenos v sieti PSTN/ISDN ..............................................16

Obr. 3.4: Modemový (dial-Up) prenos v sieti NGN/PSTN spoločnosti T-com ...............17

Obr. 3.5: Faxový prenos v sieti PSTN/ISDN.....................................................................25

Obr. 3.6: Prenos faxového signálu v spoločnej sieti NGN/PSTN soločnosti T-com .....26

Obr. 3.7: DTMF prenos v sieti PSTN/ISDN......................................................................28

Obr. 3.8: DTMF prenos v spoločnej sieti NGN/PSTN spoločnosti T-com.......................29

Obr. 4.1: Referenčný model MR........................................................................................31

Obr. 4.2: Funkcie TCX ......................................................................................................32

Obr. 4.3: N-TCX................................................................................................................32

Obr. 4.4: S-TCX.................................................................................................................33

Obr. 4.5: D-TCX................................................................................................................34

Obr. 4.6: D-TCX................................................................................................................34

Obr. 4.7: Modemový (dial-Up) preos v spoločnej sieti NGN/PSTN spoločnosti T-com

riadený štandardom V.150.1 .......................................................................................35

Obr. 4.8:Modemový (dial-up) prenos v sieti NGN prostredníctvom protokolu L2TP......37

Obr. 4.9: Faxový prenos v sieti NGN/PSTN spoločnosti T-com riadený

štandardom T.38..........................................................................................................40

Zoznam tabuliek Tab 3.1: DTMF frekvencie ................................................................................................29

Zoznam skratiek

AAA Authentication, Authorization and Accounting

AFS Application Feature Servers

AGW Access Gateway

ANSI American National Standards Institute

ATM Asynchronous Transfer Mode

BICC Bearer-Independent Call Control

BRAS Broadband RAS

CDR Call Detail Record

CNG Comfort Noise Genaretion

Cx Compression

DCE Data Communication Equipment

DSL Digital Subscriber Line

DSLAM DSL Access Multiplexer

DSP Digital Signal Processor

DTE Data Terminal Equipment

DTMF Dual-Tone Multifrequency

Dx Decompression

E1 Digital Signal Level 1

EC Error Correction

ETSI European Telecommunications Standards Institute

FoIP Fax over IP

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communications

IN Inteligent Network

INT International eXchange

ITU-T International Telecommunication Union - Telecommunication

Standardization Sector

IP Internet Protocol

IPDC Internet Protocol Device Control

ISDN Integrated Services Digital Network

ISP Internet Servis Provider

ISUP ISDN User Part

L2TP Layer 2 Tunneling Protocol

LAC L2TP Access Concentrator

LAN Local Area Network

LEX Local eXchange

MAC Media Access Control

MEGACO Media Gateway Control

MGC Media Gateway Controller

MGCP Media Gateway Control Protocol

MGW Media Gateway

MoIP Modem over IP

MR Modem Relay

NAS Narrowband RAS

NGN Next Generation Network

OAM Operation Administration and Maintenance

OSI Open Systems Interconnection

OSS Operations Support System

PBAX Private Branch Automatic eXchange

PBX Private Branch eXchange

PCM Pulse Code Modulation

PRI Primary Rate Interface

PSTN Public Switched Telephone Network

QoS Quality of Service

RAS Remote Access Server

RGW Residential Gateway

SDH Synchronous Digital Hierarchy

SGW Signalling Gateway

SIP Session Initiation Protocol

SS7 Signaling System No. 7

TCX Trans-Compression

TDM Time Division Multiplexing

TEX Terrestrial eXchange

TGW Trunking Gateway

VAD Voice Activity Detection

VBD Voice Band Data

VoATM Voice over ATM

VoIP Voice over IP

VPN Virtual Private Network

WGW Wireless Gateway

1. Úvod Next Generation Networks (NGN, čiže siete novej generácie) - tento pojem sa

v súčasnosti stal v oblasti telekomunikácií jedným z najdiskutovanejších. Technický

pokrok, konvergencia hlasu a dát, liberalizácia telekomunikačného trhu, požiadavky na

nové multimediálne služby a komunikačné technológie, príchod takzvaných

alternatívnych operátorov a mnohé ďalšie aspekty dávajú nové pohľady na

telekomunikačné siete a stavajú výrobcov a dodávateľov technológie ako aj operátorov do

novej pozície. Jednoduchosť sieťových prvkov , ako aj samotnej architektúry NGN a fakt,

že sa využíva jedná dátová sieť pre prenos hlasu aj dát, je dôležitý faktor , ktorý

v súčasnej dobe telekomunikačným operátorom výrazne zníži náklady na prevádzku, čo

v konečnom dôsledku vedie k zvýšeniu ziskov operátorov. NGN a teda to, ako budú siete

v budúcnosti vyzerať, fungovať a samozrejme aj prinášať zisky pre operátorov je v centre

pozornosti mnohých telekomunikačných spoločností.

Cieľom tejto diplomovej práce je rozobrať problematiku prenosu služieb reálneho

času cez aktuálne paketové siete (IP) a vykonať analýzu požiadaviek na prenos

modemového (Dial-Up), faxového a DTMF signálu cez NGN siete na báze IP, keďže

práve tieto tri typy prenosu signálov sú hlavným problémom v sieti NGN.

Druhým cieľom tejto diplomovej práce je analýza problémov modemovej, faxovej

a DTMF prevádzky a návrh optimálneho riešenia.

Informácie potrebné na vypracovanie tejto práce som čerpal z dostupných

zdrojov, ako aj zo skúseností zamestnancov spoločnosti, ktorá je popredným

dodávateľom telekomunikačných technológií, VoIP riešení a NGN.

1

2. NGN Sieť NGN umožňuje svojim vybaveniam (infraštruktúra, protokoly, atď.)

konvergovať telefónne služby (tradične poskytované TDM okruhovo orientovanou

sieťou) a dátové služby (tradične poskytované paketovo orientovanou sieťou) do

spoločnej infraštruktúry, na báze Internetového protokolu (IP). Takto konvergovaná sieť

dovoľuje tvorbu, rozmiestnenie a manažment všetkých druhov služieb, v rôznej

kombinácii. Zahrňuje to služby, ktoré používajú rôzne druhy médií (audio, vizuálne,

audiovizuálne), ďalej dátové služby, hlasové, unicast, multicast a broadcast služby,

informačné služby, služby reálneho a nereálneho času. Vo vnútri NGN sa kladie zvýšený

dôraz na prispôsobovanie služieb pre koncových užívateľov. To vykonávajú

poskytovatelia služieb.

Komunikácia medzi NGN a rôznymi operátormi alebo medzi NGN a existujúcimi

sieťami, ako napríklad PSTN, ISDN a GSM, je poskytovaná prostredníctvom brán

(Media Gateways - MGW).

NGN podporuje, existujúce, aj celkom nové terminály (koncové stanice).

Terminály, ktoré sú pripojené k NGN, môžu byť nasledovné: analógové telefónne

prístroje, fax, ISDN prístroje, mobilné telefóny, GPRS terminálové zariadenia, PBAX

a privátne pobočkové siete, SIP terminály, PC telefóny, digitálne káblové prijímače, atď.

Hlavným problémom pri zavádzaní siete NGN je otázka spojená s migráciou

verejnej telefónnej siete PSTN k sieti NGN, prostredníctvom protokolu VoIP (prenos

hlasu pomocou internet protokolu (IP)).

2.1 Evolučné kroky k NGN sieťam Pri riešení otázok spojených s migráciou sietí k NGN je nutné mať na pamäti, že

sa jedná o dlhodobý proces. Migrácia k NGN predstavuje dlhodobý evolučný prechod

v postupných krokoch. Nejedná sa o revolučné zmeny v tom zmysle, že sa pôvodná

technológia (ústredne) nenahradí novou v jednom kroku. Obsah a načasovanie

jednotlivých krokov je veľmi špecifický pre každého operátora.

Prvými krokmi operátorov v ceste ku NGN je rozširovanie inštalovaných

zariadení (ústrední) o nové sieťové prvky. Príkladom môžu byť širokopásmové paketové

spojovacie polia s rozhraniami SDH a dátovými rozhraniami ATM alebo prípadne IP.

Ďalšou možnosťou rozširovania sietí a približovania hlasových a dátových služieb je

implementácia širokopásmových xDSL technológií.

2

Na Obr. 2.1 a Obr. 2.2 je naznačený prvý krok migrácie od klasickej okruhovo

orientovanej telefónie TDM, ku paketovej. Do siete budú implementované tranzitné brány

(Trunking Gateways - TGW) na báze technológie IP prípadne ATM. TGW slúžia na

spojenie dátovej a hlasovej siete, pomocou protokolov VoIP alebo VoATM (Voice over

ATM) podľa toho, aká technológia je použitá (IP alebo ATM). Hlavným prvkom tohto

migračného kroku je implementácia zariadenia Softswitch. Softswitch zabezpečuje

spojenie k signalizačnej sieti SS7 (Signalling System No.7) pomocou štandardných

protokolov (BICC, SIGTRAN) a taktiež komunikuje s tranzitnými bránami (VoIP TGW,

VoATM TGW) a riadi zostavenie spojení. Prístup do SS7 umožňuje signalizačná brána

(Signalling Gateway - SGW).

Obr. 2.1: PSTN – klasická TDM okruhovo orientovaná sieť

E1

E1

E1

E1

PRI

INT INT

TEX TEX TEX

LEX LEX LEX LEX LEX

Ostatní

národní

operátori

Prístup

PBX ISDN POTS

3

Obr. 2.2: Migrácia od okruhovej ku paketovej telefónii

Ďalším krokom migrácie k architektúre NGN, ako je zobrazené na Obr. 2.3, je

preklenutie hlasovej prevádzky do paketovej podoby. Táto fáza predstavuje

implementáciu ďalších typov brán (Access Gateway – AGW, Residential Gateway –

RGW, Wireless Gateway – WGW, ...) a predovšetkým rozšírenie funkcií zariadenia

Softswitch. Softswitch komunikuje prostredníctvom protokolov s bránami a samozrejme

aj s koncovými zariadeniami. Uvedieme si nasledovný príklad: Softswitch

prostredníctvom protokolu H.323 komunikuje napríklad s IP telefónmi; prostredníctvom

protokolu SIP komunikuje napríklad so SIP telefónmi alebo PC; prostredníctvom

protokolu MEGACO/H.248 komunikuje napríklad s média bránami (MGW). Siete PSTN

budú do tejto siete pripojené prostredníctvom tranzitných brán (TGW). Hlasová služba sa

tým pádom stane integrálnou súčasťou balíka multimediálnych služieb operátora.

4

Obr. 2.3: Preklenutie hlasovej prevádzky do paketovej podoby

Konečná podoba sietí budúcej generácie NGN je naznačená na Obr. 2.4. NGN

pracuje v paketovom prenosovom prostredí s centralizovaným riadením (Softswitch)

a automatizovaným riadiacim systémom (OSS). NGN vytvára jednotné multimediálne

prostredie pre všetky typy telekomunikačných služieb. [8]

Softswitch Riadenie

Trunking Gateway

RAS

Prístup Residential Gateway

DSLAM

Transport/Média

Sieťový manažment,

OSS

Wireless Gateway

(2G, 3G) Access Gateway

PSTN

PSTN

IN Služby

Paketová multimediálna sieť

Obr. 2.4: Konečná podoba siete NGN

5

2.2 Architektúra sietí NGN

Koncepcia NGN, ako je naznačená na Obr. 2.5, je založená na jednotnom

paketovom prenosovom prostredí pre všetky typy služieb - dáta, hlas, video, atď.

Architektúra NGN je založená na štyroch oddelených vrstvách:

• Prístupová a transportná vrstva

• Média vrstva

• Riadiaca vrstva

• Vrstva sieťových služieb (vrstva manažmentu)

Obr. 2.5: Architektúra siete NGN

Prostriedky prístupovej a transportnej vrstvy zabezpečujú pripojenie koncových

užívateľov siete do média vrstvy. Realizujú spojenie end-to-end (koniec - koniec). Média

vrstva zabezpečuje adaptáciu prichádzajúcich tokov od prístupových systémov, do

jednotného paketového prostredia a následné spracovanie (smerovanie - routing,

prepínanie - switching) prevádzky. Média vrstva je zabezpečená okrem smerovačov

a prepínačov niekoľkými typmi brán (Trunking Gateway, Access Gateway, Residential

Gateway, Wireless Gateway), ktoré môžeme pomenovať všeobecným názvom média

brány (Media Gateways - MGW). Tieto brány zabezpečia pripojenie a plnohodnotnú

6

funkciu TDM zariadení a sietí v celkovej NGN architektúre. V riadiacej vrstve

architektúry NGN je centralizovaná inteligencia siete. Riadenie spojení a všetkých

operácií spojených so sprostredkovaním služieb zabezpečujú zariadenia ako softswitch,

signalizačné brány (Signalling Gateway - SGW) a pod. OSS systém, prostriedky IN,

a pod. sú v separovanej vrstve sieťových služieb.

Medzi jednotlivými vrstvami NGN architektúry sú štandardné otvorené rozhrania,

ktoré dávajú široké možnosti škálovateľnosti a pružnosti telekomunikačných sietí.

Poskytujú tiež väčšie možnosti pre realizáciu, poskytovanie a správu služieb a nezávislosť

siete na jednom dodávateľovi technológie.

Oproti architektúram dnešných sietí, prináša koncepcia NGN dekompozíciu

sieťových uzlov. Pôvodné uzly sietí s prepájaním okruhov predstavovali takmer

monolitické bloky obsahujúce vlastné prepínacie matice, obvody linkových rozhraní,

moduly s riadiacimi funkciami a moduly pre manažment. Dekompozícia sieťových uzlov

predstavuje oddelenie a centralizáciu jednotlivých funkcií. Situácia je naznačená na

Obr.2.6. [8 ]

Obr. 2.6: Dekompozícia sieťových uzlov

7

2.3 Základné stavebné prvky NGN NGN obsahuje tri hlavné stavebné prvky:

• Softswitch

• Brány (Media Gateways - MGW)

• Paketová prenosová sieť

2.3.1 Softswitch

Softswitch je vlastne centralizovaná inteligencia (mozog), ktorá je potrebná na

kontrolu a riadenie prevádzky v sieti NGN. Je to vysoko spoľahlivý komponent, ktorý

zabezpečuje nepretržitú prevádzku. Platforma Softswitchu je modulárna a značne

škálovateľná.

Softswitch obsahuje niekoľko kľúčových aplikácií. Tie budú pomáhať operátorom

riešiť problémy, rozvíjať nové služby na existujúcich sieťach a súčastne im budú

pomáhať pri migrácii do NGN infraštruktúry. Všetky tieto aplikácie sú postavené na tej

istej základnej platforme (Obr. 2.7).

Obr. 2.7: Aplikácie a služby zariadenia Softswitch

Pre Softswitch boli definované nasledovné aplikácie:

• IP Offload (IPO) aplikácia umožňuje poskytovateľom služby (servis providerom)

optimalizovať ich sieťovú architektúru, čo má za následok podstatné zníženie

nákladov.

• The Long Distance Bypass (LDB) aplikácia umožňuje diaľkové a medzinárodné

výmeny.

• The IP Telephony (IPT) aplikácia poskytuje IP telefónne služby (hlas/video/dáta).

• The Multimedia (MuM) aplikácia poskytuje IP multimediálne služby.

8

Ďalej sa tu nachádza vrstva Application Feature Servers (AFS), kde sú zavedené

služby, ako napríklad autentifikácia, autorizácia, účtovníctvo, zobrazovanie telefónnych

čísiel atď.

Softvér, ktorý je implementovaný na platforme Softswitchu naplno využíva

modulárnu architektúru. Rôzne softvérové moduly (OAM Manager, VPN Manager, SS7

interface, atď.) sú štruktúrované v troch vrstvách: Protocol interfaces, Call/Session

Control a Function Managers (Obr. 2.8).

Obr. 2.8: Softvérové moduly zariadenia Softswitch

Protocol interfaces poskytuje prístup cez rôzne rozhrania (SS7, IPDC, H.323, SIP,

MGCP, Megaco/H.248) do vrstvy Call/Session control. SS7 interface je rozhranie pre

prepojenie si signalizačnou sieťou PSTN, ktoré podporuje normy ANSI a ETSI a tiež

široký okruh národných variantov signalizácie N7 (Number 7). To znamená, že

Softswitch je navrhnutý tak, aby fungoval hocikde vo svete s hocijakým typom

zariadenia. Softvér Call/Session control je tzv. "funkčné srdce" zariadenia Softswitch.

Function managers plní množstvo funkcií pre Call/Session control:

• OAM Manager poskytuje prevádzkovanie, monitorovanie a údržbu platformy

zariadenia Softswitch

• VPN Manager umožňuje zariadeniu Softswitch vytváranie virtuálnych privátnych

hlasových sietí

• Location Manager zabezpečuje registráciu telefónnych účastníkov a podporuje

mobilitu účastníkov platformy zariadenie Softswitch

9

• AAA Manager pridáva na platformu zariadenia Softswitch funkcie autentifikácie,

autorizácie a účtovania (Authentication, Authorization a Accounting-AAA). AAA

Manager je taktiež zodpovedný za generovanie podrobných záznamov o volaniach

(Call Detail records - CDRs)

• Service Manager umožňuje platforme zariadenia Softswitch pripojenie k

application feature servers (AFS)

• Inter-Softswitch Manager umožňuje pripojenie platformy zariadenia Softswitch k

iným zariadeniam softswitch použitím štandardizovaných protokolov

2.3.2 Média brána (Media Gateway - MGW)

Media Gateway je NGN média brána, ktorá poskytuje sprostredkovanie medzi

telefónnymi službami v TDM sieti (PSTN) a paketovej sieti. MGW ponúka servis

providerom lacný prístupový bod do konvergovanej siete hlasu a dát. Na Obr. 2.9 je

znázornených niekoľko typov média brán, ktoré spájajú IP sieť s rôznymi typmi

telefónnych účastníkov a operátorov. Všetky sú riadené zariadením Softswitch pomocou

modulu Media Gateway Controller (MGC), prostredníctvom protokolov MGCP,

MEGACO/H.248 a SIP.

Obr. 2.9: Sieť NGN s rôznymi typmi média brán

10

Vlastnosti média brány:

• Vysoká spoľahlivosť (Carrier Grade, 99,999%) a škálovateľnosť.

• Podpora protokolov MGCP, MEGACO/H.248, SIP, H.323, SIGTRAN.

• Aplikácie, ako napríklad VoIP trunking a TDM hairpinning.

• Rôzne rozhrania (prepojenia):

- 1-port STM-1/OC-3 do TDM siete (optické)

- 16-port E1/T1 do TDM siete (elektrické)

- 4-port 10/100 Ethernet do IP siete

• Voice over IP (VoIP) funkcionalita:

- hlasové kódeky (kódovanie a dekódovanie):

- G.711 (64kb/s)

- G.723 (6.3kb/s)

- G.729A (8kb/s)

- dynamické prepínanie kódekov

- silence suppression (potlačenie tichých miest):

- voice activity detection (VAD) – detekcia hlasovej aktivity

- comfort noise generation (CNG) – generovanie šumu

- G.168 rušenie echa (počas hlavných volaní) až po 128 ms konečnej dĺžky

• Fax over IP (FoIP)

- detekcia faxu a automatické prepínanie hlas/fax

- faxová PCM (G.711)

- podpora protokolu T.38 pre FoIP v reálnom čase

• Dátové služby

- detekcia modemu

- modemová prevádzka prechádza cez IP sieť pomocou kódeku G.711

11

2.4 Kľúčové výhody, charakteristiky a slabé miesta siete NGN

2.4.1 Charakteristiky siete NGN

NGN môže byť ďalej definovaná nasledovnými základnými charakteristikami:

• paketový prenos

• separácia riadiacich funkcií

• odpojenie služieb od prenosu a zabezpečenie otvorených prepojení

• podpora širokého okruhu služieb, aplikácií a mechanizmov

• širokopásmové kapacity s end-to-end QoS

• prepojenie so zvyšnými sieťami cez otvorené rozhrania

• voľný prístup užívateľov k rôznym servis providerom

• množstvo identifikačných schém

• konvergencia fixných (mobilných) služieb

• nezávislosť funkcií služieb od základných prenosových technológií

• podpora početných last-mile technológií

• zhoda so všetkými regulačnými (predpísanými) požiadavkami (núdzové

volania, bezpečnosť, súkromie, atď.)

2.4.2 Kľúčové výhody a požiadavky pre VoIP

Obchodná úloha VoIP: všadeprítomnosť IP ako sieťovej technológie otvára

možnosti veľkého rozmiestnenia inovačných služieb hlasu a dát, ktoré sú konvergované.

Tieto služby nemôžu byť cenovo priaznivé pre dnešnú PSTN infraštruktúru.

IP internetové aplikácie, ako napríklad e-mail a správa, môžu byť bez problémov

integrované do hlasových aplikácií. IP služby umožňujú sieťovým operátorom vybaviť

spoločnosti cenovo efektívnymi náhradami, pre ich zastaralú infraštruktúru. Služby VoIP

môžu byť rozšírené, aby podporovali multimédiálne aplikácie, otvárali možnosť cenovo

zefektívniť video konferenciu, video streaming, hranie po internete alebo ostatné

multimédiálne aplikácie.

Použitie IP, vzhľadom na otvorené prepojenia, vedie k zníženiu ceny, ziskom v

produktivite a rýchlejšiemu obchodu. Spojenie hlasu a dát do jednej siete môže taktiež

výrazne znížiť cenu. IP zariadenie je podstatne rýchlejšie a z dlhodobého hľaiska, kde

musíme brať do úvahy aj údržbu aj lacnejšie ako TDM zariadenie. Pre tieto výhody a

12

mnohé iné dôvody je VoIP smer budúcnosti. Poskytovatelia služieb však musia zaistiť ,

aby nasledovné kľúčové požiadavky vyhovovali aj pre PSTN:

• bezpečnosť

• QoS (kvalita služby)

• spoľahlivosť

• migrácia toku

• podpora OSS systému

• účtovanie

• prepojenie siete

2.4.3 Slabé miesta riešenia NGN

Je niekoľko otázok, ktoré treba pomenovať s cieľom dosiahnutia PSTN ekvivalentu

koniec-koniec vo VoIP sieti. Jedna z kľúčových požiadaviek pre masové zavedenie VoIP je

schopnosť ponúkať rovnakú úroveň služby ako v existujúcej PSTN. U niektorých

poskytovateľov zavádzajú siete NGN ako prostriedok poskytnutia omnoho vyššej kvality

hlasu ako služby. Kvalita hlasu je veľmi citlivá na 3 kľúčové kritéria v paketovej sieti:

• oneskorenie

• jitter

• strata paketov

Je teda nevyhnutné implementovať vhodné QoS riešenie vo väčšine prípadov, kde

jednoduchý nadhľad nemôže garantovať úspech. Je mnoho technológii, ktoré môžu byť

vybrané prevádzkovať QoS podporu ako diferenciálne služby, RSVP, MPLS, ATM, všetky

s jedným cieľom: garantovať prioritu pre hlasové toky cez best-effort sieť. Môžeme

skonštatovať, že prenos hovorového telefónneho signálu v NGN sieťach je zvládnutý, avšak

nastáva problém pri prenose modemovej, faxovej a DTMF prevádzky.

DTMF

Keď používame VoIP, je tu otázka s prenosom DTMF tónov. Tieto sa môžu prenášať

transparentne používajúc tzv. full rate kód (kód s plnou bitovou rýchlosťou) ako G.711, ale

nemôžu byť prenášané použitím kodeku s nižšou bitovou rýchlosťou, takým ako G.729.

13

Prenos faxového a modemového signálu: PSTN spoľahlivo podporuje faxové a modemové spojenia, ktoré v PSTN sieti

zriedkavo zlyhávajú. VoIP sieť musí prevádzkovať tieto služby podobne spoľahlivo. Hoci

faxová a modemová a prevádzka obsahuje určité obmedzenia voči hlasovej prevádzke.

V porovnaní s hlasovou, je faxová a modemová prevádzka viac citlivá na stratu paketov,

ale menej citlivá na celkové oneskorenie. Navyše, kodeky s nižšími prenosovými

rýchlosťami sú optimalizované pre hlasovú prevádzku a nemôžu prenášať iné než hlas.

14

3. Problémy v sieti NGN

V tejto časti opíšem problémy, ktoré sa vyskytli zavedením siete NGN. Týka sa to

modemového (dial-Up), faxového a DTMF prenosu.

Pred zavedením siete NGN bol prístup do internetu zabezpečený pomocou

prepínacej siete PSTN/ISDN (Obr. 3.1).

Obr. 3.1: Modemový (dial-Up), faxový a DTMF prenos v sieti PSTN/ISDN

Implementáciou architektúry NGN sa pôvodný užívatelia odpojili od siete

PSTN/ISDN a pripojili sa prostredníctvom prístupovej brány (AGW) k sieti NGN

(Obr.3.2).

Obr. 3.2: Modemový (dial-Up), faxový a DTMF prenos v sieti NGN/PSTN

15

3.1 Modemový (dial-Up) prenos Na Obr. 3.3 je znázornená modemová komunikácia, ktorá je riadená štandardom

V.90, medzi analógovým modemom a Remote Access Serverom (RAS), pre prístup do

internetu cez prepínaciu sieť PSTN/ISDN.

Obr. 3.3: Modemový (dial-Up) prenos v sieti PSTN/ISDN

Štandard V.90, ktorý riadi modemový prenos v sieti PSTN/ISDN je

charakteristický tým, že analógový signál, ktorý je vysielaný od užívateľa, sa nachádza vo

frekvenčnom pásme 300Hz - 3400Hz. Dátovým signálom, ktorý prichádza od PC sa

modulujú frekvenčné zložky v analógovom pásme a ďalej sa prenášajú ako štandardný

analógový signál v pásme 300Hz - 3400Hz k miestnej ústredni (Local Exchange - LEX).

Tu sa analógový signál pomocou analógovo – digitálneho prevodníka prevedie do

digitálnej podoby vo forme signálu podľa doporučenia ITU-T G.711. Ďalej je prenášaný

ako digitálny signál s nominálnou šírkou pásma 64 kb/s po prepínacej sieti PSTN/ISDN

k nasledujúcej LEX. Tu je signál prenášaný, prostredníctvom digitálnej prípojky Primary

Rate Interface (PRI), k zariadeniu RAS, ktorý plní funkciu digitálneho modemu.

RAS je server, ktorý zabezpečuje riadenie a obsluhu užívateľov prostredníctvom

protokolu PPP, ktorí sa nenachádzajú priamo v Local Area Network (LAN), ale potrebujú

k tomu vzdialený prístup (remote access). RAS umožňuje užívateľom získať prístup k

16

súborom a službám v sieti LAN zo vzdialeného miesta. Napríklad užívateľ, ktorý sa

pripojí do siete z domácnosti, kde používa analógový modem, bude pripojený

k zariadeniu RAS. Ihneď ako je užívateľ autentifikovaný a autorizovaný, môže

sprístupňovať a zdieľať súbory ako keby bol fyzicky pripojený k ústredni siete LAN.

Keď sú dodržané všetky optimálne podmienky, definované štandardom V.90 na

prenos modemového (dial-Up) signálu a nenastane žiadne rušenie signálu, štandard V.90

zaručuje prenosovú rýchlosť 56kb/s v smere od PC k IP sieti (downstream) a v opačnom

smere prenosovú rýchlosť 33kb/s (upstream). Treba zdôrazniť, že sa jedná o maximálne

prenosové rýchlosti, ktoré v dôsledku vibrácií, chvenia alebo vonkajších rušivých

vplyvov klesajú.

Zakomponovaním siete NGN sa štruktúra celkovej siete a samozrejme aj

vlastnosti modemového (dial-Up) prenosu zmení, čo prezentuje model spoločnej siete na

Obr. 3.4.

Obr. 3.4: Modemový (dial-Up) prenos v sieti NGN/PSTN spoločnosti T-com

Pri prenose modemového (dial-Up) signálu od užívateľa (PC) smerom k internetu,

prechádza signál dvoma úplne odlišnými sieťami. Sieť PSTN/ISDN je synchrónna sieť,

naproti tomu NGN je asynchrónnou sieťou, čiže tu evidentne nie je dodržaná

synchronizácia medzi analógovým modemom a zariadením RAS. Modemová (dial-Up)

komunikácia v spoločnej NGN/PSTN sieti je riadená štandardom V.90, ktorý je určený

17

výhradne pre synchrónnu sieť PSTN/ISDN. Tento poznatok je prvým dôkazom toho, že

modemová (dial-Up) komunikácia, pri takto prezentovanom sieťovom modeli (Obr.

3.4) má svoje slabé miesto.

Ďalším aspektom, ktorý vplýva na modemový (dial-Up) prenos je šírka pásma,

ktorá je potrebná pre bezproblémový prenos modemového (dial-Up) signálu. Pri sieti

PSTN/ISDN (Obr. 3.3) je digitálny signál prenášaný s nominálnou šírkou pásma 64kb/s.

Pri spoločnej sieti NGN/PSTN (Obr. 3.4) je signál pri vstupe do siete NGN, konkrétne

v prístupovej bráne (AGW), zdigitalizovaný nekompresným kóderom G.711, čo po

zapuzdrení cez prislúchajúce protokoly (RTP-UDP-IP-LLC-AAL5-ATM) spôsobuje

neúmerné zväčšenie potrebnej šírky pásma, až na 127kb/s [6], čo je skoro dvojnásobok

predošlej hodnoty. Pri priemernom trvaní modemovej (dial-Up) prevádzky okolo 100

minút, keď je užívateľ pripojený prostredníctvom modemu do internetu, môžu vznikať

komplikácie, ako napríklad kolísanie prenosovej rýchlosti údajov a dát, nestálosti

internetového spojenia, atď. Môže to vyústiť až do preťaženia siete a následnému

prerušeniu modemovej (dial-Up) komunikácie.

3.1.1 Protokolová analýza

V nasledujúcej časti je spracovaný prehľad jednotlivých protokolov, ktorými

modemový (dial-Up) signál prechádza. Najskôr sú opísané protokoly, ktoré sú použité pri

modemovej (dial-Up) komunikácii v sieti PSTN/ISDN (Obr. 3.3) a to v smere od

klasického užívateľa (PC).

HTTP - Hyper Text Transfer Protocol

Protokol HTTP pracuje podľa modelu OSI na úrovni aplikačnej vrstvy. Je to primárna

metóda prepravy informácií na World Wide Webe (WWW). HTTP je protokol, ktorý

definuje požiadavky a odpovede medzi užívateľmi a webovými servermi. Komunikácia

prebieha prostredníctom TCP protokolu. [7 ]

TCP - Transmission Control Protocol

TCP je spojovo orientovaný transportný protokol poskytujúci spoľahlivý dátový tok,

ktorý zabezpečuje, že dáta budú prenesené úplné, nepoškodené a v správnom poradí. TCP

sa neustále pokúša merať zaťaženie siete a reguluje rýchlosť odosielania, za účelom

18

vyhnutia sa preťaženiu siete. V reálnych smerovacích aplikáciách s veľkou stratou

informácií, pri prenose medzi sieťami, sa môžu stať tieto vlastnosti nevýhodou. [7]

IP - Internet Protocol

Protokol IP pracuje na úrovni sieťovej vrstvy. Nosnou funkciou protokolu je smerovanie

paketov s dátami protokolov vyšších vrstiev (TCP, UDP), od zdrojového k cieľovému

uzlu. Protokol IP vykonáva hlavne smerovaciu funciu, ako napríklad výber cesty, cez

ktorú budú posielané dáta. Pri implementáciách na úrovni IP protokolu existujú dva

hlavné prístupy k riešeniu: integrované služby a diferencované služby. Diferencované

služby poskytujú signalizáciu pri každom prenose medzi uzlami siete, bez potreby

informovať o pozícii prenosu. Kombináciou nastavení bitov v poli určenom pre typ

služby (Type of Service – TOS) paketu tak v koncových bodoch siete, ako aj na

administratívnych hraniciach, je možné špecifikovať, ako má s konkrétnym paketom

smerovač (Router) vo vnútri siete pracovať v súlade s požiadavkami na konkrétnu službu.

Integrované služby poskytujú diferenciáciu služieb, na základe presných požiadaviek od

užívateľa, na kvalitu služby a prostriedky siete. Príkladom je špeciálny protokol pre

rezerváciu prostriedkov (Resource Reservation Protocol – RSVP). [7]

RS232

RS232 je štandard pre sériové binárne dátové prepojenie medzi DTE (Data terminal

equipment) a DCE (Data communication equipment). V našom prípade platí, že

zariadením DTE je PC a zariadením DCE je analógový modem. RS232 je obyčajne

použitý v PC sériových portoch. [7]

PHY

Fyzická vrstva charakterizuje komunikáciu po fyzickej stránke, poskytuje informácie o

používanom médiu (drôty, optické vlákno, rádiové spojenie) a všetky súvisiace

podrobnosti ako konektory, kódy kanálov, modulácia, vlnová dĺžka, synchronizácia a

časovanie, maximálne vzdialenosti, atď. [7]

Dátový signál je prostredníctvom RS232 a fyzickej vrstvy prenášaný od PC k

analógového modemu. Tu sú dáta prenášané (forwarding) prostredníctvom protokolu IP k

protokolu PPP a dátový signál sa mení na signál analógový.

19

PPP

Point-to-Point Protokol (PPP) pre priame spojenie dvoch koncových bodov pôvodne

vznikol ako protokol pre prenos IP prevádzky na linkách spájajúcich dva koncové body.

Tento protokol tiež viedol k založeniu štandardov pre priradenie a manažment IP adries,

asynchrónnej a bitovo orientovanej metódy synchrónneho zapúzdrenia. [7]

HDLC

High-Level Data Link Control (HDLC) sa nachádza v linkovej vrstve OSI modelu

a poskytuje vysoko rýchlostné riadenie dátového spojenia. Táto vrstva sa niekedy

rozdeľuje na Logical Link Control (riadenie logického spojenia) a Media Access Control

(riadenie prístupu k médiu). HDLC je skupina protokolov pre synchrónny prenos dát

a paketov medzi Point-to-Point (PPP) uzlami. V HDLC sú dáta usporiadané do rámca.

HDLC rámec je synchrónny a preto záleží aj na fyzickej vrstve, aby poskytovala

synchronizáciu prenosu a príjmu týchto rámcov. [7]

V.90

Štandard V.90 špecifikuje dvojicu digitálneho a analógového modemu určeného pre

verejnú telefónnu sieť PSTN s asymetrickou prenosovou rýchlosťou 33 kbit/s (upsteam) a

56 kbit/s (downstream). Každý z dvojice modemov je špecifikovaný z hľadiska

kódovania, spúšťacích signálov a sekvencií, signalizačných procedúr na rozhraní sieť -

užívateľ. V tomto odporúčaní nie je určená prenosová rýchlosť digitálneho modemu

pripojeného k digitálnej sieti. [2]

Signál sa cez fyzickú vrstvu (PHY), ktorú v mojom prípad tvorí analógová

telefónna linka, prenesie k miestnej ústredni (LEX), kde je digitalizovaný kodekom

G.711 a ako digitálny signál prenášaný cez prepínaciu sieť PSTN/ISDN k druhej LEX.

G.711

Odporúčanie ITU-T G.711 (Pulse Code Modulation of Voice Frequencies) patrí

k formátom určeným k prenosu audio signálu. Jeho podstatou je logaritmické kódovanie.

Využíva vlastnosti logaritmického vnímania hlasitosti ľudského sluchu (zmena intenzity

je viac vnímaná pri nízkych úrovniach signálu) a toho, že prenášaný signál obvykle

obsahuje viacej vzoriek s nižšou intenzitou, ktoré budú zakódované s väčšou presnosťou,

ako menej vyskytujúce sa vzorky s väčšou hlasitosťou. K jeho výhodám patrí nízka

20

náročnosť na výpočet a tiež kompatibilita so všetkými systémami využívajúce

odporúčanie H.32x, pretože jeho implementácia je povinná. Na druhej strane ale použitím

tohto kodeku prídeme o celých 64 kbit/s, teda celý B-kanál ISDN. Kvalita audio signálu

tohto kodeku je rovnaká ako u klasickej telefónnej siete. Pri telefónnej sieti sa tento

spôsob kódovania stále používa pre prevod 14 bitového (USA), alebo 13 bitového

(Európa) signálu na 8 bitový, čo pri vzorkovacej frekvencii dáva prenosovú rýchlosť

64kbit/s. K najčastejšie používaným metódam nelineárneho kódovania patria:

A-law, používa sa v Európe

µ-law, používa sa v USA a v Japonsku [ 1]

Modemový (dial-Up) signál prechádza cez digitálnu prípojku PRI k zariadeniu RAS

(digitálny modem), kde prebieha dekódovanie signálu prostredníctvom dekódera G.711

a odrámcovanie z HDLC rámcov. Protokolom PPP sa zabezpečí spojenie dvoch

koncových bodov v našom prípade analógového a digitálneho modemu (RAS). Cez IP

protokol je signál zapúzdrený do paketov a prostredníctvom linkovej (Layer 2 – L2)

a fyzickej vrstvy (PHY) je prenášaný na IP adresu WWW servera, ktorú zadal užívateľ

(PC).

L2

L2 je linková alebo spojová vrstva a špecifikuje spôsob prenosu paketov fyzickou

vrstvou, vrátane rámcovania (t.j. špeciálne bitové vzory označujúce začiatok a koniec

paketu). Napríklad Ethernet má polia v hlavičke paketu, ktoré špecifikujú, pre ktorý stroj

alebo stroje v sieti sú pakety určené. Príkladom protokolov, ktoré sa môžu nachádzať v

tejto linkovej vrstvy sú Ethernet, ATM, Wireless Ethernet, atď. [7]

V ďalšej časti analýzy opíšem, ako sa zmenila protokolová štruktúra po

implementácii siete NGN (Obr. 3.4). Sieť NGN sa nachádza medzi analógovým

modemom a prepínacou sieťou PSTN/ISDN. Protokolová štruktúra bola doplnená

o protokoly, ktoré sa nachádzajú v sieti NGN, v mojom prípade išlo o protokoly na

prístupovej bráne (AGW), na smerovači (Router) a na tranzitnej bráne (TGW). Ostatné

časti a ich protokoly ostali nezmenené a z tohto dôvodu opíšem prenos modemového

(dial-Up) signálu iba pre sieť NGN. V podstate sa jedná o prechod modemového (dial-

Up) signálu medzi bránami AGW a TGW. Z AGW je signál prenášaný pomocou

21

protokolu RTP, ktorý je zdigitalizovaný kodekom G.711. Po vytvorení IP paketu a to tak,

že je signál zapuzdrený cez protokly RTP-UDP-IP, je tento paket prenášaný linkovou

vrstvou L2. V mojom prípade je to prenosová technológia ATM. IP paket sa musí

prispôsobiť na zapúzdrenie do ATM buniek v prispôsobovacej vrstve ATM typu 5

(AAL5). Nižšie je uvedený opis spomínaných protokolov.

RTP - Real-time Transport Protocol

Protokol RTP sa používa na realizáciu doručovacích služieb (delivery services), ktoré

slúžia na prenos dát v reálnom čase (audio a video) medzi dvoma koncovými bodmi. Je to

nadstavba protokolu UDP ktorá zaisťuje prijatie paketov v správnom poradí a dosahuje sa

pomocou číslovania paketov a časových značiek. Poradové číslo paketov umožňuje

príjemcovi detekovať pokazené alebo stratené pakety. [7]

UDP - User Datagram Protocol

Protokol UDP je nespojový datagramový protokol transportnej vrstvy, ktorý pracuje

v pevnej sieti a tvorí v podstate rozhranie medzi IP a procesmi vo vyšších vrstvách. UDP

poskytuje hlavne súčinnosť, t.j. umožňuje viacerým aplikáciám zdieľať jednu IP adresu.

Táto súčinnosť je založená na čísle UDP portu, pričom každému volaniu je pridelené iné

číslo portu. RTP používa párne číslo portu a RTCP (Real Time Control Protocol) nepárne

číslo portu. Protokol UDP sa označuje ako nespoľahlivý protokol preto, že neoveruje, či

pakety prišli do cieľa a neposkytuje záruku, že prídu v poradí v akom boli odoslané. Ak

aplikácia tieto záruky požaduje, musí si ich zabezpečiť sama, alebo použiť spojový

protokol, ako napríklad TCP. Na rozdiel od protokolu TCP, protokol UDP nijako

nezvyšuje spoľahlivosť, nezaisťuje dômyselné riadenie toku, alebo funkciu nápravy chýb.

Vďaka týmto zjednodušeniam obsahuje záhlavie UDP menej bytov a vyžaduje menej

zdrojov siete. UDP sa typicky používa v aplikáciách ako streamovanie multimédií (audio,

video atď.), kde je dôležitejšie včasné doručenie ako spoľahlivosť. [7 ]

IP

IP protokol je opísaný vyššie. Jeho nosnou funkciou je smerovanie paketov s dátami

protokolov vyšších vrstiev (TCP, UDP), od zdrojového k cieľovému uzlu.

22

LLC

Logical Link Control (LLC) je protokol riadenia logického spojenia, ktorý umožňuje

zabalenie IP protokolu cez ATM. [7 ]

AAL5

ATM Adaptation Layer type 5 (AAL5), čiže ATM adaptačná vrstva typu 5, ktorá je

špeciálne navrhnutá pre premenlivú bitovú rýchlosť dátovej prevádzky. AAL5 má

tolerantné oneskorenie, je spojovo orientovaná, vyžaduje minimálne radenie a detekciu

chýb. Je to optimálne riešenie pre dopravu IP dátových paketov cez ATM bunky. [7 ]

ATM - Asynchronous Transfer Mode

ATM je osvedčená technológia prenosu, ktorá poskytuje spojový prenos, pričom používa

bunky pevnej dĺžky. Jedna bunka ATM má celkovú dĺžku 53 bytov, pričom ju tvorí 48

bytov informačnej časti bunky s dátami a 5 bytov záhlavia bunky. ATM podporuje prenos

hlasu, dát a videa. Najväčšia výhoda použitia ATM je výborná podpora manažmentu

kvality služieb (QoS) a riadenia. [7 ]

Na vrstve ATM v sieti NGN/PSTN (Obr. 3.4) sa takmer dvojnásobne zvýšila šírka

pásma na 127kb/s, oproti pôvodnému zdigitalizovanému signálu v sieti PSTN/ISDN

(Obr. 3.3), ktorý mal šírku pásma 64kb/s. Toto je jeden z problémov, ktorý bol opísaný

vyššie.

Následne je signál prenášaný v ATM bunkách jednou zo štandardných metód cez

fyzickú vrstvu (PHY) do smerovača (routera). Tu sa signál cez protokoly ATM-AAL5-

LLC vráti do podoby IP paketov a prostredníctvom IP protokolu je smerovaný k linkovej

vrstve L2 (v našom prípade ju tvorí technológia Ethernet) cez fyzickú vrstvu (PHY) je

signál prenášaný k tranzitnej bráne (TGW). Tu sa signál rozbalí cez protokoly IP-UDP-

RTP a ako digitálny signál je prenášaný cez digitálnu fyzickú linku E1, ktorá má

prenosovú rýchlosť 2048 Mb/s, k miestnej ústredni (LEX). Tu prenos pokračuje ako pri

klasickej prepínacej sieti PSTN/ISDN, ktorá je opísaná vyššie, s tým rozdielom, že

modemový (dial-Up) signál sa v miestnej ústredni nedigitalizuje, pretože už je

zdigitalizovaný.

23

Ethernet

Ethernet je technológia LAN počítačových sietí, ktorá je založená na rámcovaní. V 90.

rokoch 20. storočia sa stal dodnes najrozšírenejšou LAN technológiou a z prevažnej

miery nahradil všetky ostatné LAN štandardy. Ethernet je založený na nápade, že

počítače v sieti budú posielať správy spôsobom, ktorý pripomína rádio, prostredníctvom

spoločného kábla alebo kanála, niekedy označovaného ako ether. Každý počítač má

globálne jedinečnú 48-bitovúMAC adresu, ktorú má každá karta pridelenú od výrobcu,

aby bolo zabezpečené, že všetky systémy v spoločnom Ethernete majú rozdielne adresy.

Vďaka tomu, že Ethernet je v dnešnej dobe najrozšírenejšou LAN technológiou,

zabudovali mnohí výrobcovia ethernetové karty priamo do matičných dosiek počítačov.

[7]

24

3.2 Faxový prenos Na Obr. 3.5 je naznačený faxový prenos medzi dvoma faxami, ktoré spolu

komunikujú cez prepínaciu sieť PSTN/ISDN prostredníctvom štandardu T.30.

Obr. 3.5: Faxový prenos v sieti PSTN/ISDN

Faxový signál, ktorý má za úlohu doručiť faximilnú správu z prvého faxu

k druhému, sa nachádza, podobne ako modemový (dial-Up) signál, vo frekvenčnom

pásme 300Hz – 3400Hz. V tomto pásme sa analógový faxový signál ovzorkuje

a prostredníctvom klasickej telefónnej linky je prenášaný k miestnej ústredni (LEX).

Následne je, presne ako modemový (dial-Up) signál, prevedený do digitálnej podoby

prostredníctvom doporučenia ITU-T G.711 a už ako digitálny signál prenášaný

prepínacou sieťou PSTN/ISDN, s nominálnou šírkou pásma 64kb/s, k nasledujúcej LEX.

Tu sa pomocou digitálno-analógového prevodníka (dekóder G.711) prevedie späť na

analógový signál a cez analógovú telefónnu linku je doručený k cieľovému faxu. Faxy

v sieti PSTN/ISDN medzi sebou komunikujú rýchlosťami od 9,6kb/s až po 33,6kb/s.

25

Štruktúra celkovej siete spolu s prislúchajúcimi protokolmi, po implementácii

siete NGN, je znázornená na Obr. 3.6.

Obr. 3.6: Prenos faxového signálu v spoločnej sieti NGN/PSTN soločnosti T-

com

Presne ako pri modemovej (dial-Up) prevádzke aj tu sa vyskytli dva závažné

problémy pri prenose faxového signálu. Prvým je nedodržanie synchronizácie v celkovej

sieti NGN/PSTN a druhým je zvýšenie šírky pásma potrebnej na prenos faxového signálu

z 64kb/s na 127kb/s. [6 ]

3.2.1 Protokolová analýza

Pre implementovanú sieť NGN platí, že má rovnaké vlastnosti ako pri modemovej

(dial-Up) prevádzke a tým pádom aj rovnakú protokolovú štruktúru. Zmena nastala pri

faxovej prevádzke v sieti PSTN/ISDN (Obr. 3.5). Tu je faxový signál zarámcovaný cez

HDLC a prostredníctvom skupiny faxových protokolov G.3 prenášaný cez fyzickú vrstvu

(PHY) k miestnej ústredni (LEX). Ďalší prenos faxového signálu je opísaný vyššie.

26

G.3

Faxy skupiny 3 (Group 3 – G.3) pripojené k analógovej telefónnej linke, sú najbežnejšie

faxové zariadenia, ktoré sa dnes používajú a pravdepodobne ešte aj dlho budú. Klasický

fax obsahuje faxový modem, protokolový softvér a obrazový prevod. Faxový modem má

mnoho prenosových štandardov, ktoré konvertujú dáta do analógového alebo digitálneho

tvaru, za účelom pripojiť fax k ústredni prostredníctvom analógovej telefónnej linky.

Protokolový softvér, ktorý sa taktiež nachádza vo faxe, je jeho mozog a má obojsmerné

spojenie s faxovým modemom. Posiela príkazy k tej časti faxu, ktorá slúži na tlačenie a

prijíma signály z optického snímača (scanner).

T.30 protokolový softvér faxového zariadenia G.3

ITU-T T.30 je štandard, ktorý riadi prenos faxového signálu cez prepínaciu sieť

PSTN/ISDN.

Štandard T.30 opisuje 4 základné fázy faxového prenosu:

• vytváranie spojenia, ktoré inicializujú vysielacie a prijímacie faxové zariadenia

• predbežná oznamovacia procedúra, ktorá umožňuje prijímajúcemu faxu

identifikovať sa

• prenos správ v dvoch fázach, prvá fáza zabezpečuje synchronizáciu, sledovanie

liniek, detekciu problémov a druhá fáza zabezpečuje prenos dát

• nasledujúca oznamovacia procedúra, ktorá začína akonáhle je strana prenesená.

Umožňuje odosielateľovi poslať viacej stránok, tým že použije tzv. multi-stranový

signál (Multi-Page Signal)

T.4 protokolový softvér pre tvorbu obrazu

T.4 definuje, akým spôsobom a v akej forme by mal byť faxový signál prenášaný.

Zahrňuje to napríklad, kódovanie, dekódovanie alebo či má byť obraz čiernobiely alebo

farebný. T.4 taktiež definuje požiadavky, ktoré sú potrebné pre vytlačenie a skenovanie

dokumentov. To zahrňuje procedúry merania, dimenzovania, rozloženia, kompresie a

dekompresie, aby bol obraz prenesený a vytlačený v rovnakej podobe a forme ako bol

naskenovaný. [4]

27

3.3 DTMF prenos Dual-tone multifrequency (DTMF) je multifrekvenčná voľba v telefónnej sieti.

Každé tlačidlo telefónu má pridelený tón určitej frekvencie. Na základe toho je možné cez

DTMF voľbu ovládať na diaľku telekomunikačné zariadenia, ako napríklad automatické

hláskové systémy, hlasové záznamníky a pod.

Na Obr. 3.7 je znázornená DTMF prevádzka v prepínacej sieti PSTN/ISDN.

Obr. 3.7: DTMF prenos v sieti PSTN/ISDN

DTMF signál sa nachádza vo frekvenčnom pásme 300Hz – 3400Hz. V tomto

pásme sa analógový DTMF signál ovzorkuje a cez klasickú telefónnu linku je prenášaný

k miestnej ústredni (LEX), kde je prevedený do digitálnej podoby prostredníctvom

doporučenia ITU-T G.711 a už ako digitálny signál je prenášaný prepínacou sieťou

PSTN/ISDN, s nominálnou šírkou pásma 64kb/s, k nasledujúcej LEX. . Tu je signál

DTMF signál prenášaný prostredníctvom digitálnej prípojky PRI k Private Branch

Automatic Exchange (PBAX-automatická pobočková ústredňa).

Pobočková ústredňa (PBX) je telefónna ústredňa, ktorú vlastní privátny sektor,

napr. verejný dopravca, alebo rôzne iné spoločnosti. PBX umožňuje pripojenie

podnikových telefónnych prístrojov oddelene k PSTN, alebo k ISDN. Takto vybavená

28

spoločnosť má väčšinou vlastnú internú sieť (Virtual Private Network - VPN). PBAX

a PBX znamenajú v podstate to isté.

V protokolovej štruktúre sa vyskytuje nový protokol DTMF, ktorý zabezpečuje

DTMF signalizáciu. DTMF signalizácia zrýchľuje voľbu účastníka použitím

viacfrekvenčného vytáčania účastníka. Vysielané číslice sú reprezentované dvanástimi,

alebo šestnástimi frekvenciami. Keďže existuje viac ako 10 kombinácii frekvencií,

zvyšné kombinácie sú použité pre signalizáciu ďalších udalostí a služieb. V Tab 3.1 sú

zobrazené frekvencie pre DTMF.

Tab 3.1: DTMF frekvencie Štruktúra siete po implementácii siete NGN je znázornená na Obr. 3.8.

Obr. 3.8: DTMF prenos v spoločnej sieti NGN/PSTN spoločnosti T-com

29

Tak ako pri modemovej (dial-Up) a faxovej prevádzke, aj pri DTMF prevádzke sa

vyskytli dva problémy. Prvý sa týka už spomínanej synchronizácie a druhý zväčšenia

šírky prenosového pásma.

4.Riešenie problémov v sieti NGN

4.1 Modemový (dial-Up) prenos Ako bolo uvedené v kapitole 3.1, pri modemovej (dial-Up) prevádzke, po

implementácii siete NGN, sa vyskytli dva hlavné problémy, ktoré ovplyvňujú bezchybný

prenos modemového (dial-Up) signálu. Prvým je synchronizácia medzi analógovým

modemom a zariadením RAS, ktorá nie je dodržaná, keďže sieť NGN je asynchrónna

a prepínacia sieť PSTN/ISDN je sieťou synchrónnou. Druhým problémom je šírka pásma,

ktorou modemový (dial-Up) signál prechádza a ktorá dosahuje skoro dvojnásobnú

hodnotu 127kb/s, oproti šírke pásma v prepínacej sieti PSTN/ISDN, ktorá má hodnotu

64kb/s. Znížením šírky pásma sa samozrejme dosiahne aj zníženie nákladov. Na riešenie

týchto problémov pri modemovej (dial-Up) prevádzke môžeme použiť nasledujúce

metódy:

• použitie štandardu ITU-T V.150.1

• použitie tunelového protokolu L2TP

4.1.1 V.150.1

Štandard V.150.1 obsahuje možnosti pre čiastočné zakončenie modemu a taktiež

aj spoľahlivý transportný protokol, ktorý nesie dáta cez IP sieť. Typy Modem over IP

(MoIP) prenosou nevyžadujú zdokonalenie QoS existujúcich IP sietí. Kvalita

modemového spojenia, ktorá je dosiahnutá cez brány, by mala byť taká dobrá, ako

spojenie cez sieť PSTN.

Stavy MoIP brán

MoIP brány môžu byť v jednom z troch stavov:

• Audio je normálny VoIP stav, v ktorom brána monitoruje volanie, aby zistila

modemové tóny a signalizuje druhej bráne, že boli prijaté. Druhá brána bude

reprodukovať tieto signály vo vlastnom telefónnom rozhraní.

30

• Voice Band Data (VBD). V tomto stave je volajúcí signál prenesený medzi

bránami pomocou telefónneho kodeku, ktorý má minimálne skreslenie pri

VAD/CNG a má zablokované DC (jednosmerné) odstránenie filtrov. Tento stav sa

hodí k pomalým modemom. Modemy s vyššími rýchlosťami, ako V.34 a vyššie,

nebudú v tomto móde za normálnych sieťových podmienok pracovať.

• Modem Relay - v tomto stave sú modemové signály zakončené v každej bráne.

V dátovej fáze sa dáta prenášajú medzi bránami pomocou SPRT protokolu.

Okrem týchto stavov, MoIP brána môže prechádzať aj ku stavu Fax over IP (FoIP).

Počiatočný stav brány je obyčajne Audio stav. Neskôr môže byť brána v stave

VBD alebo v stave Modem Relay, ale musí byť jasné, že sa jedná o modemové volanie.

Metóda modemového prenosu (modem relay - MR)

Táto metóda modemového prenosu je charakteristická tým, že brána zakončuje aj

fyzickú vrstvu aj funkcie korekcie chýb (error-correction).

Obr. 4.1 popisuje základný referenčný model pre metódu MR. Cx a Dx reprezentujú

funkcie kompresie a dekompresie. EC je vrstva korekcie chýb, obsahuje linkovú vrstvu,

ktorú reprezentuje HDLC.

Cx/Dx

EC

Modem Physical Layer Connection Modem Physical Layer Connection

Dx/Cx

IP Transport

EC

Cx/Dx

EC

Dx/Cx

EC

Cx/Dx

EC

Cx/Dx

EC

G1 G22 M2M1

Control Channel

Data Path

Obr. 4.1: Referenčný model MR

Okrem primárneho toku dát medzi bránami je poskytnutý aj sekundárny riadiaci

kanál (Control channel), ktorý slúži na priamu výmenu informácií medzi bránami.

31

Charakteristiky a zloženie tohoto riadiaceho kanála sú závislé od použitého IP

transportného protokolu.

Najskôr štandard V.150.1 presne určí dva typy kompatibilných brán G1 a G2,

v našom prípade to budú brány AGW a TGW.

MR trans-kompresné (Trans-Compression) funkcie

Brány môžu byť rozdelené podľa ich Trans-Compression (TCX) funkčnosti, ktorá

pozostáva z dekompresnej funkcie typu A (Dx) a kompresnej funkcie typu B (Cx), kde

výstup z Dx je pripojený k vstupu do Cx . Kompresné a dekompresné typy A a B môžu

ale nemusia byť rovnaké. Obr. 4.2 ukazuje trans-kompresnú funkciu.

Dx Cx

Obr. 4.2: Funkcie TCX

Toto doporučenie definuje tri základné konfigurácie TCX, ktoré sú popísané nižšie.

Prvá konfigurácia: Bez trans-kompresie (No Trans-Compression (N-TCX))

V tejto konfigurácii (Obr. 4.3), brány nevykonávajú žiadnu trans-kompresiu.

Komprimované dáta, ktoré sú generované modemami M1 a M2, sú prenášané z jedného

konca (M1) na druhý (M2).

X X

X XDx

Cx Dx

Cx

M1 G1 G2 M2

PSTN Link PSTN LinkIP Network

X X

X X

Obr. 4.3: N-TCX

32

Druhá konfigurácia: Jednodielna trans-kompresia (Single Trans-Compression

(S-TCX))

Tento typ konfigurácie (Obr. 4.4) je ten, ktorý potrebujeme použiť v našom

prípade. M1 je analógový modem, G1 je prístupová brána (AGW), G2 je tranzitná brána

(TGW) a M2 je digitálny modem, čiže RAS. Pri modemovej (dial-Up) prevádzke od

užívateľa (PC) k internetu, prebieha dátová kompresia v analógovom modeme (M1).

Prístupová brána (G1) prepúšťa dáta, ktoré prechádzajú celou sieťou NGN až sa dostanú

k tranzitnej bráne (G2). Tu sa dáta dekomprimujú a znovu komprimujú, tak že sú použité

parametre analógového modemu (M1). Týmto spôsobom tranzitná brána (G2) emuluje

analógový modem (M1) a digitálnemu modemu RAS (M2) sa zdá, ako keby

komprimované dáta, ktoré prijíma, boli priamo od analógového modemu. Pri opačnej

modemovej (dial-Up) prevádzke, čiže v smere od internetu k užívateľovi (PC), je tento

proces opačný. Dáta sú skomprimované v digitálnom modeme (M2) a prechádzajú cez

tranzitnú bránu (G2), ktorá tieto dáta voľne prepúšťa. Cez sieť NGN sa dáta dostávajú

k prístupovej bráne (G1), kde prebieha dátová dekompresia a následne sa dáta znova

skomprimujú, ale tak, že sa použijú parametre digitálneho modemu (M2), čiže prístupová

brána (G1) emuluje digitálny modem (M2). Takto skomprimované dáta sa dostávajú

k analógovému modemu, ktorému sa zdá, že komunikuje priamo s digitálnym modemom.

XXDx

Cx X

DxCx

Dx Cx D

C

M1 G1 G2 M2

PSTN Link PSTN LinkIP Network

X

Obr. 4.4: S-TCX

Tretia konfigurácia: Dvojitá trans-kompresia (Double Trans-Compression

(D-TCX))

Dvojitá trans-kompresná brána, je iba jedna, ktorá má obe kompresné funkcie Dx

a Cx v každej prenosovej ceste. Na Obr. 4.5 je dvojitou trans-kompresnou bránou G2 a na

Obr. 4.6 sú obe brány G1 aj G2 dvojitými trans-kompresnými bránami.

33

Dx

Cx Dx Cx

DxCx

Dx

Cx

M1 G1 G2 M2

PSTN Link PSTN LinkIP Network

X X

X X

Obr. 4.5: D-TCX

Dx

Cx Dx Cx

DxCx

Dx

Cx

M1 G1 G2 M2

PSTN Link PSTN LinkIP Network

Dx Cx

DxCx

Obr. 4.6: D-TCX

Spoľahlivý prenosový protokol

Štandard taktiež definuje Simple Packet Relay Protocol (SPRT). SPRT je

jednoduchý paketový protokol, ktorý poskytuje spoľahlivý a postupný prenos dát cez IP

sieť. Nachádza sa v transportnej vrstve a je zapuzdrený v UDP/IP. Poskytuje štyri

prenosové kanály. Dva spoľahlivé kanály pre dáta a riadenie, kde riadenie má vyššiu

prioritu a dva nespoľahlivé kanály pre potvrdenia a dáta, ktoré nevyžadujú spoľahlivé

doručenie. Pakety v spoľahlivých kanáloch, ktoré nie sú potvrdené počas 500ms ich

prenosu, sú opakovane prenášané.

Spolužitie XoIP protokolov

Štandard V.150.1 spája existujúcu FoIP (T.38) a VoIP štandardy. Existujúce

VoIP a FoIP štandardy boli vyvinuté nezávisle od seba a majú málo spoločného.

Napríklad, každý používa iný prenosový protokol (VoIP - RTP/UDP, FoIP - TCP/UDP).

V.150.1 štandard používa protokol RTP na určenie signalizácie a protokol SPRT používa

na prenos dát. [3]

Na Obr. 4.7 je znázornená modemová (dial-Up) komunikácia v spoločnje sieti

NGN/PSTN, ktorá je riadená štandardom V.150.1.

34

Obr. 4.7: Modemový (dial-Up) preos v spoločnej sieti NGN/PSTN spoločnosti

T-com riadený štandardom V.150.1

Z obrázka je zrejmé, že použitím štandardu V.150.1 sa zmenila aj protokolová

štruktúra spoločnej siete NGN/PSTN. Zmeny sa udiali v oboch bránach. Keďže podľa

štandardu V.150.1, ako je opísané vyššie (Obr. 4.4), AGW emuluje RAS a TGW emuluje

analógový modem. Pri prenose modemového (dial-up) signálu smerom od užívateľa (PC)

k IP sieti (internet) má signál nasledovný priebeh. Prechod od PC, cez analógový modem,

až k AGW je rovnaký ako v kapitole 3.1. V AGW signál nemôže byť komprimovaný a

ani dekomprimovaný. Štandardom V.90 sa analógový signál mení na dátový signál a

prechádza k linkovej vrstve HDLC, ktorá plní úlohu korekcie chýb (error-correction).

Dátový signál je zapuzdrený cez protokoly SPRT-UDP-IP, ktoré sú potrebné na

vytvorenie IP paketu. Ďalší prenos modemového (dial-up) signálu prebieha obdobne ako

je opísané v kapitole 3.1, t.j. signál sa cez smerovač (Router) dostáva ku TGW. Tu je

signál rozbalený prostredníctvom protokolov IP-UDP-SPRT. Štandard V.90 zmení

dátový signál na analógový a kóder G.711 ho zdigitalizuje. Prostredníctvom fyzickej

linky, ktorú tvorí linka E1, sa signál prenáša k miestnej ústredni (LEX). Prenos pokračuje

presne ako v kapitole 3.1.

35

Problém týkajúci sa veľkej šírky pásma, ktorý vznikol tým, že signál bol

zdigitalizovaný kóderom G.711 a následne zapuzdrený cez prislúchajúce protokoly (RTP-

UDP-IP-LLC-AAL5-ATM) je vyriešený. Kóder G.711 je odstránený a protokol RTP je

nahradený protokolom SPRT, ktorý sa snáží využívať čo najmenšiu šírku pásma.

Druhým problémom bola synchronizácia medzi analógovým modemom a

zariadením RAS. Tento problém rieši pridaná linková vrstva reprezentovaná HDLC

rámcovaním. HDLC zabezpečuje synchrónny prenos dát a paketov medzi PPP uzlami.

HDLC rámec je synchrónny.

4.1.2 L2TP

Protokol L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol) poskytuje výkonné riešenie pre

efektívny prenos modemových (dial-Up) volaní, ktoré sú vytvárané telefónnymi

účastníkmi, ktorí sa nachádzajúcimi sa v Access Gateway (AGW), cez IP sieť.

Tento cieľ je dosiahnutý tým, že sa vykoná modemové zakončenie v AGW tak, že

iba užívateľské dáta sú prenesené cez IP sieť.

Tradičná úloha NB-RAS (Narrowband RAS) je rozštiepená na dve časti, ktoré sú

od seba fyzicky separované. Prvá časť NAS je vložená do AGW a nazýva sa L2TP

Access Concentrator (LAC). Obsahuje fyzické prepojenie k dial-Up užívateľom,

zakončuje linky vrstvy 2 (L2) a vykonáva nahromadenie a dodanie viacnásobných PPP

dátových spojení cez jeden alebo niekoľko L2TP tunelov.

Druhá časť zariadenia NAS je realizovaná L2TP Network Serverom (LNS), je to

funkcia ktorá je väčšinou integrovaná v BB-RAS (Broadband Ras). LNS poskytuje

logické zakončenie PPP protokolu a vykonáva klasické AAA (autentifikácia, autorizácia

a účtovníctvo) operácie.

Na Obr. 4.8 je zobrazená sieť, kde je použitý protokol L2TP. Jedná sa o sieť, ktorá

nie je veľmi podobná predošlej sieti, ktorá je opísaná vo všetkých predošlých kapitolách,

keďže tu chýba sieť PSTN/ISDN. Na tomto prípade sa však môže najlepšie ukázať

využitie L2TP protokolu, keďže na sieti opisovanej v predošlých kapitolách by sa

protokol L2TP nemohol prezentovať. V tomto modeli siete je taktiež opísaný prístup

alternatívnych operátorov k sieti NGN dominantného operátora. Alternatívni operátori,

ktorí poskytujú svoje služby bežným užívateľom majú oproti dominantnému operátorovi

nevýhodu v tom, že nemajú tak rozvinutú sieť a musia si prístup svojich zákazníkov

kupovať. Zákazníci alterntívnych operátorov, ktorí sú pripojený cez dial-Up k AGW, kde

36

je zakončený modemový prenos (dial-Up), sa musia presmerovať na zariadenie BRAS

a odtiaľ cez tunelový protokol L2TP sa dostanú k svojmu alternatívnemu operátorovi

(ISP).

Na Obr. 4.8 je znázornená štruktúra siete NGN prostredníctvom protokolu L2TP.

Obr. 4.8:Modemový (dial-up) prenos v sieti NGN prostredníctvom protokolu L2TP

Volanie k ISP (Internet Servis Provider) od telefónnych účastníkov je detekované

počas procedúry vytvárania volania analýzami vytáčania číslic. Táto detekcia je aktuálne

vykonávaná v AGW, bez zásahu zariadenia Softswitch alebo MGC.

Modemové spojenie telefónneho účastníka je zakončené vnútri AGW pomocou

DSP (Digital Signal Processor). Z tohoto dôvodu, výmena užívateľských dát medzi AGW

a Internet Service Providerom je dokonalá na paketovej báze, ako je popísané nižšie.

37

V smere od AGW k ISP, užívateľské dáta (PPP rámce) sú demodulované a

odrámcované z HDLC prostredníctvom DSP. PPP rámce sú zabalené cez vhodnú

protokolovú štruktúru (L2TP-UDP-IP) . Výsledné pakety sú posielané cez NGN sieť k

BRAS, zabalené cez LLC-AAL5-ATM v ATM linke (možnosť zabaliť cez Ethernet bude

k dispozícii v nasledujúcom produkte). BAS napokon posiela užívateľské pakety k

určenému ISP cez IP sieť.

Tok dát od ISP k AGW je opakom k vyššie popísanému.

Keď sa pozrieme na protokolové zobrazenie, prvý skok reprezentujú protokoly

medzi užívateľským zariadením (napríklad PC + modem) a DSP, ktorý zakončuje

modemové spojenie vnútri AGW. DSP je taktiež zodpovedný za realizovanie HDLC

rámcovania.

Druhý skok reprezentuje protokolové zobrazenie medzi AGW a zariadením

BRAS. Ako je ukázané na obrázku, výmena PPP rámcov medzi AGW a zariadením

BRAS sa robí prostredníctvom L2TP protokolu. Tento protokol umožňuje rozšírenie PPP

spojenia až k zariadeniu BRAS, tým že sa použije koncept tunelového protokolu.

Nakoniec, tretí skok reprezentuje protokolové zobrazenie zodpovedné za

rozšírenie užívateľskej roviny (PPP spojenie) medzi zariadením BRAS a ISP. Táto

protokolová štruktúra môže byť realizovaná niekoľkými spôsobmi a nemusí tvoriť časť

tohto dizajnu.

4.2 Faxový prenos Ako bolo uvedené v kapitole 3.2, pri faxovej prevádzke v spoločnej sieti

NGN/PSTN (Obr. 3.6) sa vyskytli dva problémy spojené so synchronizáciou a šírkou

pásma. Tento problém môžeme vyriešiť použitím štandardu T.38.

4.2.1 T.38

T.38 je štandardom ITU-T, ktorý riadi prenos v reálnom čase cez IP siete. Bol

ratifikovaný v roku 1998, prostredníctvom SG 8 ITU (Study Group). Definuje postupy,

ktoré umožňujú skupine 3 (Group 3) faxový prenos medzi terminálmi, kde časť toku

zahrňuje IP sieť.

Architektúra T.38 musí obsahovať fax terminál G.3 (Group 3) pripojený k bráne,

ktorá zakóduje faxový signál do IP faxových paketov a pošle signál cez IP sieť ku

prijímajúcej bráne, ktorá dekóduje IP faxové pakety do faxových signálov a vytvorí

38

presnú kópiu PSTN volania, akú má zariadenie na druhej strane. Iný scenár je taký, že

pripojíme jeden koniec faxového zariadenia (napríklad PC) priamo k IP systému.

Faxový signál, ktorý je prenášaný sieťou je vysoko výkonný s nízkymi

paketovými stratami a zmenami oneskorenia (jitter). Použitie T.38 umožňuje bránam

odolávať problémom znižovania kvality siete bez tvorby chýb v prijatom obraze.

Štandard T.38 je rozhodujúci pre budovanie štruktúry FoIP (Fax over IP). FoIP

dáva užívateľom rovnaké možnosti, ktoré by dostali od faxov a navyše podstatne sa

usporia náklady.

Dva rôzne G3 faxové zariadenia, ktoré komunikujú medzi sebou cez sieť PSTN,

obsahujú vo svojej protokolovej štruktúre skupinu faxových protokolov G.3, ktorá

pozostáva z obrazového protokolu T.4, štandardu T.30 a rozlišných G.3 faxových

modemov. Bližšie je táto problematika opísaná v kapitole 3.2.1. Sieť NGN obsahuje

brány, ktoré musia fungovať tak ako keby boli faxami. Zariadenia G3 Fax porozumejú

iba zariadeniu T.30 a súvisiacim dátam T.4. To znamená, že brána musí mať rovnaké

protokoly ako fax, ktorý je ku nej pripojený, avšak musí obsahovať aj časť, ktorá by bola

schopná prenášať tieto dáta cez IP sieť. Toto zabezpečuje štandard T.38, ktorý špecifikuje

dva spôsoby prenosu dát a to buď cez protokol TCP, alebo cez protokol UDP.

Faxový signál sa pomocou štandardu T.30 prispôsobí štruktúre HDLC rámcov

a každá T.30 správa bude zobrazená do príslušnej T.38 správy tak, že zariadenie G.3 Fax

nebude poznať, že to nie je komunikácia s iným zariadením G.3 Fax. [5]

Na Obr. 4.9 je znázornený faxový prenos v sieti NGN/PSTN, ktorý je riadený štandardom

T.38.

39

Obr. 4.9: Faxový prenos v sieti NGN/PSTN spoločnosti T-com riadený

štandardom T.38

4.3 DTMF prenos DTMF prenos má trvanie v priemere iba niekoľko sekúnd a z toho dôvodu nie je

až také nutné riešiť tento typ prenosu. Keď nám spojenie vypadne nespôsobuje to také

problémy ako modemový (dial-Up), alebo faxový prenos.

40

5. Záver Sieť NGN zabezpečuje konvergenciu hlasovej a dátovej siete. Týmto spôsobom sa

zabezpečí vytvorenie jednej spoločnej siete, kde sa dáta a hlas prenášajú pomocou

protokolu IP. NGN je smer budúcnosti pre telekomunikačný priemysel, ktorého hlavné

výhody sú: veľké množstvo inovačných služieb pre bežného užívateľa a samozrejme aj

pre spoločnosti, poskytovatelia služby ušetria náklady, ktoré sa zredukovali iba na jednu

sieť (NGN), kým predtým to boli siete dve (hlasová a dátová sieť).

V prvej časti tejto diplomovej práce je stručne opísaná sieť NGN, jej vlastnosti,

evolúciu, architektúru a základné prvky, z ktorých sa skladá.

V druhej časti diplomovej práce je analyzovaná modemová (dial-Up), faxová a

DTMF prevádzka v sieti NGN, opísaná základná sieťová a protokolová štruktúra týchto

troch typov prenosu signálu. Sú tu porovnané vlastnosti siete PSTN/ISDN s vlastnosťami

spoločnej siete NGN/PSTN, ktorá vznikla implementáciou siete NGN. Vo všetkých

prípadoch sa v sieti NGN zväčšila šírka pásma, ktorou je signál prenášaný, na úroveň

127kb/s a to z dôvodu digitalizácie signálu nekompresným kóderom G.711. Pri sieti

PSTN/ISDN je prenášaný úplne rovnaký signál cez šírku pásma, ktorá má hodnotu len

64kb/s. Druhým problémom je synchronizácia medzi analógovým modemom a

zariadením RAS, keďže PSTN je synchrónnou sieťou a NGN je asynchrónnou sieťou. V

celkovej spoločnej sieti NGN/PSTN nie je dodržaná synchronizácia.

V tretej časti tejto diplomovej práce je opísaných niekoľko spôsobov, ako možno

vyššie uvedeným problémom so synchronizáciou a s neúmerne vysokou šírkou pásma

predísť. Pri modemovej (dial-Up) prevádzke existujú dva spôsoby riešenia. Prvým je

použitie štandardu ITU-T V.150.1, ktorý zabezpečuje, že brány sa správajú ako modemy

a takýmto spôsobom je sieť NGN akoby obídená. Synchronizácia je vyriešená doplnením

protokolovej štruktúry brán AGW a TGW o linkovú vrstvu HDLC, ktorá zabezpečuje

synchronizáciu toku dát. Šírka pásma klesla zo spomínaných 127kb/s na hodnotu okolo

80kb/s. Je to zabezpečené tým, že signál už nie je digitalizovaný nekompresným kóderom

G.711. Tento spôsob predstavuje optimálne riešenie pre modemový prenos v spoločnej

sieti NGN/PSTN spoločnosti T-com. Druhý spôsob riešenia problémov modemovej (dial-

Up) prevádzky je použitie tunelového protokolu L2TP. Týmto protokolom vytvoríme

tunel, ktorý bezpečne a bez nežiadúceho zväčšenia šírky prenosového pásma zabezpečí

prenos modemového (dial-Up) signálu. Aj pri tomto riešení je synchronizácia vyriešená

41

prostredníctvom HDLC rámcovania. Vo všeobecnosti sa uvažuje o 20% šetrení šírky

pásma.

Pri faxovej prevádzke je opísané riešenie, ktoré je definované štandardom T.38. V

podstate sa jedná o to, aby sa média brány v sieti NGN správali ako faxové zariadenia,

čiže aby mali rovnaké vlastnosti. Týmto spôsobom sa bude zdať zariadeniam, ktoré sú

pripojené k NGN sieti akoby komunikovali priamo s faxami a sieť NGN je pre nich

transparentná. Synchronizáciu opäť vyriešila linková vrstva HDLC rámcovania a vo

všeobecnosti počítame so znížením šírky pásma o 20%, čo je spôsobené vynechaním

kódera G.711 z protokolovej štruktúry siete.

DTMF prevádzka nepotrebuje žiadne úpravy, pretože trvá v priemere len niekoľko

sekúnd, takže ak sa aj vyskytne nejaký problém, maximálne sa nám preruší spojenie,

ktoré môžeme po chvíli znovu obnoviť. Naproti tomu má modemová (dial-Up) prevádzka

priemerné trvanie okolo 100 minút a faxová prevádzka v priemere niekoľko minút. Z toho

dôvodu sú v mojom prípade tieto dva spôsoby prenosu signálu prioritou.

42

6. Zoznam použitej literatúry

[1] ITU-T Recommendation G.711, Pulse code modulation (PCM) of voice

frequencies

[2] ITU-T Recommendation V.90, A digital modem and analogue modem pair for

use on the Public Switched Telephone Network (PSTN) at data signalling rates of

up to 56 000 bit/s downstream and up to 33 600 bit/s upstream

[3] ITU-T Recommendation V.150.1, Procedures for the end-to-end connection of V

series DCEs over an IP network

[4] ITU-T Recommendation T.30, Procedures for document facsimile transmission

in the general switched telephone network

[5] ITU-T Recommendation T.38, Procedures for real-time Group 3 facsimile

communication over IP networks

[6] Buday M.: Zabezpečenie kvality služieb (QoS) v paketovej sieti NGN. Diplomová

práca, Žilinská Univerzita v Žiline, 2005

[7] http://www.wikipedia.org

[8] http://www.alcatel.sk

[9] http://www.t-com.sk

[10] Interné materiály spoločnosti Alcatel Slovakia a.s.

43

ČESTNÉ VYHLÁSENIE

Vyhlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne, pod

odborným vedením vedúceho diplomovej práce Ing. Jozefa Kukuru a používal som len

literatúru uvedenú v práci.

Súhlasím so zapožičiavaním diplomovej práce.

V Žiline dňa ................................ podpis diplomanta ..............................

Poďakovanie Touto cestou by som sa rád poďakoval všetkým tým, ktorí mi pomohli pri tvorení

tejto diplomovej práce. Osobitne by som sa chcel poďakovať za cenné rady a usmernenia

môjmu vedúcemu diplomovej práce, pánovi Ing. Jozefovi Kukurovi. Moje veľké ďakujem

patrí aj pánovi Ing. Pavlovi Pirohovičovi za jeho ochotu so mnou konzultovať viaceré

technické problémy. Taktiež ďakujem firme Alcatel Slovakia a.s. za poskytnutie

interných dokumentov.

V neposlednom rade sa chcem poďakovať rodičom za ich podporu počas môjho

celého štúdia na vysokej škole.

Ešte raz ďakujem.