Boštjan Šteiner

VIDEOTELEFONIJA PREKO IP OMREŽJA

Diplomska naloga

Maribor, februar 2010 I

Diplomska naloga univerzitetnega študijskega programa

VIDEOTELEFONIJA PREKO IP OMREŽJA

Študent: Boštjan ŠTEINER Študijski program: UN ŠP Telekomunikacije

Mentor: red. prof. dr. Zdravko KA ČIČ Somentorica: doc. dr. Mirjam SEPESY MAU ČEC

Maribor, februar 2010 II

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju dr. Zdravku Ka čič in somentorici dr. Mirjam Sepesy Mau čec za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogo čili študij in ženi, saj me je vsa ta leta vzpodbujala ter mi stala ob strani.

IV

VIDEOTELEFONIJA PREKO IP OMREŽJA

Klju čne besede: videotelefonija, SIP, H.323, IP omrežje, Asterisk

UDK: 621.39(043.2)

Povzetek

V diplomskem delu opišemo delovanje videotelefonije. Opis je podan na na čin, ki ga ponujajo globalni ponudniki in na na čin za doma čo uporabo. V uvodu je podana zgodovina videotelefonije in njen razvoj po svetu. V nadaljevanju smo se osredoto čili na signalizacijske protokole, kodirnike in na kratko opisali njihovo delovanje. Posvetili smo se strukturi videotelefonije, ki jo imajo realizirano razli čni ponudniki v Sloveniji. Na koncu smo se lotili še problema izvedbe domače centrale za videotelefonijo s pomo čjo odprtokodnega telekomunikacijskega sistema Asterisk.

V

VIDEO TELEPHONY OVER IP NETWORK

Key words: video telephony, SIP, H.323, IP network, Asterisk

UDK: 621.39(043.2)

Abstract

In our diploma work we have described the video telephony. The description is presented as given by global providers and for home usage. In the introduction we have presented the history of the video telephony and her worldwide development. Hereinafter we have focused on signal protocols, encoders and shortly described their functioning. We have focused on the structure of video telephony, which is realised by various providers in Slovenia. At the end we have tackled with the problem of implementing the video telephony home exchange with the help of the open source telecommunication system Asterisk.

VI

KAZALO

1 UVOD ...... 1 2 VIDEOTELEFONIJA PO SVETU ...... 3 2.1 Zgodnja zgodovina ...... 3 2.2 Razvoj protokolov ...... 5 2.3 Videotelefonija danes ...... 5 3 SIGNALIZACIJSKI PROTOKOLI ...... 7 3.1 H.323 standard ...... 7 3.1.1 Kaj je H.323? ...... 7 3.1.2 Arhitektura H.323 ...... 8 3.1.3 Pregled protokolov H.323...... 12 3.1.4 Naslavljanje H.323 ...... 14 3.1.5 Signalizacija RAS ...... 15 3.1.6 Klicna signalizacija...... 16 3.2 P rotokol za zagon seje ...... 21 3.2.1 Arhitektura SIP ...... 21 3.2.2 Vzpostavljanje klica SIP ...... 25 3.2.3 Prednosti SIP-a pred drugimi signalizacijskimi protokoli ...... 26 3.2.4 Zahteve SIP ...... 28 3.2.5 Odgovori SIP ...... 31 3.2.6 Naslavljanje SIP ...... 31 3.2.7 Čela sporo čila ...... 32 3.3 Protokol za opis seje ...... 34 3.3.1 Zgradba opisov SDP ...... 34 3.3.2 Skladnja SDP ...... 36 4 KODIRNIKI ...... 38 4.1 AUDIO KODIRANJE ...... 38 4.1.1 Metode kodiranja govora ...... 38 4.1.2 Vrste kodekov za govor ...... 38 4.1.3 G.711 ...... 39 4.1.4 Adaptivni diferen čni PCM - ADPCM ...... 40

VII

4.1.5 Kodeki z analizo s sintezo - AbS ...... 41 4.1.6 Izbira kodekov ...... 43 4.2 VIDEO KODIRANJE ...... 45 4.2.1 H.261: Kodek za osnovno video konferenco...... 45 4.2.2 H.263: Video kodek za srednje kvalitetno video konferenco ...... 46 4.2.3 H.264 / MPEG-4: Video kodek za visoko kvalitetne video konference ...... 50 5 VARNOST ...... 53 6 STRUKTURA OMREŽJA ...... 55 6.1 Globalna uporaba ...... 55 6.2 Doma ča uporaba ...... 58 6.3 Prikaz grafov razli čnih video klicev ...... 62 7 GRADNIKI OMREŽJA ...... 66 7.1 Asterisk ...... 66 7.2 Videotelefon Leadtek BVP 8882 ...... 68 7.3 Usmerjevalnik Netgear WGR614 ...... 69 7.4 Primerjava programske opreme VoIP central ...... 70 8 SKLEP ...... 74 VIRI, LITERATURA ...... 75 PRILOGE ...... 76

VIII

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Prvi videotelefon ...... 3 Slika 2.2: VideoPhone 2500 ...... 4 Slika 3.1: Arhitektura H.323 ...... 8 Slika 3.2: Primer cone ...... 10 Slika 3.3: Centralizirana konferenca ...... 11 Slika 3.4: Decentralizirana konferenca ...... 11 Slika 3.5: Mešana konferenca ...... 12 Slika 3.6: Logi čni kanali ...... 13 Slika 3.7: Klic, ko ni vratarjev ...... 17 Slika 3.8: Klic z vratarji ...... 18 Slika 3.9: Klic z vratarji ...... 19 Slika 3.10: Arhitekturni model H.323 za internetno telefonijo ...... 20 Slika 3.11: Signalizacijski podatki ...... 22 Slika 3.12: Delovanje strežnika proksi ...... 23 Slika 3.13: Preusmeritveni strežnik ...... 24 Slika 3.14: Vzpostavljanje klica SIP ...... 26 Slika 3.15: Vzpostavitev klica do zasedenega naro čnika ...... 27 Slika 3.16: Uporaba sporo čila CANCEL ...... 30 Slika 3.17: Splošna zgradba SDP ...... 35 Slika 4.1: Graf kakovosti kodekov ...... 39 Slika 5.1: Šifriranje ter dešifriranje ...... 53 Slika 5.2: Postopek šifriranja multimedijskih podatkov ...... 54 Slika 6.1: Struktura omrežja med uporabniki ...... 55 Slika 6.2: Podrobna struktura omrežja ...... 56 Slika 6.3: Uporaba videotelefonije preko Asterisk centrale ...... 58 Slika 6.4: Konfiguracija videotelefona ...... 61 Slika 6.5: Potek uspešnega klica v Wiresharku ...... 63 Slika 6.6: Zaklju ček uspešnega klica v Wiresharku ...... 64 Slika 6.7: Klicani ne prevzame klica ...... 64

IX

Slika 6.8: Klicani klic zavrne ...... 65 Slika 7.1: Zgled telefonske centrale Asterisk ...... 67 Slika 7.2: Videotelefon BVP 8882 ...... 68 Slika 7.3: Usmerjevalnik ...... 69

X

KAZALO TABEL

Tabela 3.1: Metode SIP, definirane v osnovni specifikaciji ...... 28 Tabela 4.1: Protokolna struktura H.261...... 46 Tabela 4.2: Formati slik in njene lastnosti ...... 47 Tabela 4.3: Glava v na činu A ...... 48 Tabela 4.4: Glava v na činu B ...... 49 Tabela 4.5: Glava v na činu C ...... 50 Tabela 4.6: Lastnosti in prednosti H.264 / MPEG-4 ...... 51 Tabela 4.7: NAL ...... 52 Tabela 4.8: Enote koristne vsebine NAL...... 52 Tabela 6.1: Datoteka »extensions.conf« ...... 59 Tabela 6.2: Datoteka »SIP.conf« ...... 60 Tabela 7.1: Primerjava VoIP central 1.del ...... 72 Tabela 7.2: Primerjava VoIP central 2.del ...... 73

XI

UPORABLJENE KRATICE

3G - Third Generation of Mobile Telephony, tretja generacija mobilne telefonije AbS - Analysis by Synthesis, analiza s sintezo ACELP - Algebraic Code Excited Linear Predictive Coding, algebrai čno kodno vzbujano linearno napovedno kodiranje ADPCM - Adaptive Differential Pulse Code Modulation, prilagodljiva diferen čna impulzno kodna modulacija ASCII - American Standard Code for Information Interchange, ameriška standardna koda za izmenjavo informacij AT&T - American Telephone & Telegraph, AVC - Advanced Video Coding, napredno video kodiranje BRI - Basic Rate Interface, osnovni vmesnik CCBC - Call Completion to Busy Subscriber, vzpostavitev klica do zasedenega naro čnika CDMA - Code Division Multiple Access, kodno porazdeljeni ve čto čkovni dostop CDR - Call Data Record, zapis podatkov o klicih CELP - Code Excited Linear Predictive, kodno vzbujano linearno napovedno kodiranje CIF - Common Interchange Format , splošni izmenjalni format CNG - Comfort Noise Generation, tvorjenje poživitvenega šuma DNS - Domain Name Server, strežnik domenskih imen DPCM - Differential Pulse Code Modulation, diferen čna impulzno kodna modulacija DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer, dostopovni multipleksor digitalne naro čniške linije DSP - Digital Signal Processor, digitalni signalni procesor DTX - Discontinuous Transmission, nezvezni prenos GSM - Global System Mobile, globalni sistem mobilne telefonije HDTV - High Definition Television, televizija visoke lo čljivosti HTTP - Hyper Text Transfer Protocol, protokol za prenos hiperteksta IANA - Internet Assigned Numbers Authority, uprava za dodeljevanje številk v internetu IETF - Internet Engineering Task Force, delovna skupina za internetsko inženirstvo IP - Internet Protocol, medmrežni protokol ISDN - Integrated Services Digital Network, digitalno omrežje z integriranimi storitvami

XII

ISO - International Organization for Standardization, mednarodna organizacija za standardizacijo ISUP - ISDN user part, ISDN uporabniški del ITU-T - International Telecommunication Union – Telecommunication Standardization Sector, mednarodno telekomunikacijsko združenje – sektor za standardizacijo v telekomunikacijah LAN - Local Area Network, lokalno omrežje LPC - Linear Predictive Coding, linearno napovedano kodiranje MAC - Medium Access Control, krmiljenje dostopa do medija MC - Multipoint Controller, ve čto čkovni krmilnik MCU - Multipoint Controller Unit, enota ve čto čkovnih krmilnikov MGCP - Media Gateway Control Protocol, krmilni protokol za nadzor medijskih prehodov MGW - Media Gateway, medijski prehod MIPS - Million Instructions Per Second, milijon inštrukcij na sekundo MOS - Mean Opinion Score, rezultat srednje ocene MP - Multipoint Processor, ve čto čkovni procesor MPE - Multi Pulse Excited, ve čimpulzno vzbujano MPEG-2 - Motion Picture Expert Group 2, ekspertna skupina za gibljive slike 2 MPEG-4 - Motion Picture Expert Group 4, ekspertna skupina za gibljive slike 4 MP-MLQ - Multi-Protocol Multicast Listener Query, večprotokolno povpraševanje po oddajanju ve čim uporabnikom NAL - Network Abstraction Layer, omrežni nivo abstrakcije PBX - Private Branch eXchange, zasebna naro čniška centrala PC - Personal Computer, osebni ra čunalnik PCM - Pulse Code Modulation, pulzno kodna modulacija PRI - Primary Rate Interface, primarni vmesnik PSTN - Public Switched Telephone Network, javno komutirano telefonsko omrežje QCIF - Quarter Common Interchange format, četrtinski splošni vmesni format QoS - Quality of Service, kakovost storitev RAS - Registration, Admission, and Status, signalizacija re gistracije, dostopa in statusa RPE - Regular-Pulse Excited, RTP - Real Time Transport Protocol, transportni protokol v realnem času

XIII

RTSP - Real Time Streaming Protocol, protokol za prenos v realnem času SAP - Session Announcement Protocol, protokol za najavo seje SDP - Session Description Protocol, protokol za opis seje SID - System Identification, identifikacija sistema SIP - Session Initiation Protocol, protokol za zagon seje SQCIF - Sub Quarter Common Intermediate Format, podčetrtinski splošni vmesni format SS7 - Signaling System No. 7, signalizacijski sistem številka 7 TCP - Transmission Control Protocol, protokol za krmiljenje prenosa TDM - Time Division Multiplex, časovni multipleks TSAP - Transport Layer Service Access Point, storitvena dostopovna to čka na trasportnem nivoju UAC - User Agent Client, odjemalec uporabniškega agenta UDP - User Data Protocol, protokol za uporabniške podatke UMTS - Universal Mobile Telecommunication System, univerzalni mobilni telekomunikacijski sistem URL - Uniform Resource Locator, naslov vira v enotni obliki VAD - Voice Activity Detection, ugotavljanje govorne aktivnosti VCL - Virtual Channel Link, vezni člen navideznega kanala VoIP - Voice over Internet Protocol, govor prek internetnega protokola xBC - Border Controller, krmilnik seje xDSL - Digital Subscriber Line, digitalna naro čniška linija

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 1

1 UVOD

Videotelefonija je popolnoma dvosmerni prenos podatkov. V realnem času lahko med sabo preko avdio video komunikacije komunicira končno število uporabnikov. Ideja videotelefona je tako stara, kot telefonija sama.

Glavni izziv, s katerim so bili soo čeni razvijalci video telefona je dejstvo, da potrebuje video s polnim gibanjem in visoko resolucijo veliko ve čjo pasovno širino kot avdio sam. To drži ne glede na to ali so signali analogni ali digitalni. Pasovna širina video signala se lahko minimizira z uporabo najnižje resolucije slike, ki daje še vedno zadovoljiv rezultat. Namesto barvne slike lahko uporabimo črno belo. Eden od na činov zmanjšanja pasovne širine je tudi uporaba prenosa mirujo če slike, ki se vsakih nekaj sekund osveži. Video signal takšnega tipa se lahko oddaja in sprejema preko navadne bakrene telefonske linije.

Širokopasovni internet preko xDSL, kabla ali brezžičnega omrežja so vse tehnologije, ki podajajo rešitve, s katerimi lahko oddajamo in sprejemamo video z visoko resolucijo in s hitrejšim osveževanjem v primerjavi z navadno telefonsko linijo. Dandanes imamo tudi širokopasovni dostop preko satelitskega omrežja z eno pomanjkljivostjo, ki je za nekatere ljudi zelo mote ča. Ta slabost je prenosni čas med geostacionarnimi sateliti, zaradi katerega sta slika in zvok zamaknjena. Čeprav imajo dandanes uporabniki na voljo najboljšo tehnologijo, bo kvaliteta slike skromna, če bodo sliko sprejemali na slabih sprejemnikih.

Tehnologija za videotelefonijo preko navadne telefonske linije je na voljo že ve č let, vendar se ni razširila kot pri čakovano. Glavni razlog je verjetno v tem, da ve čina ljudi no če videti svojega sogovornika razen, če gre za poslovno komunikacijo (video konferenca). Drugi razlog bi lahko bila cena opreme, saj potrebujemo ustrezen zaslon in video kamero. Tretji razlog pa je v glavnem slaba kakovost prenašane slike. Danes, ko ima

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 2

skoraj vsaka hiša dostop do interneta preko širokopasovnega dostopa in se razvija HDTV videotelefonija so upi razvijalcev in ponudnikov videotelefonije bolj pozitivni. Upajo, da bo na tak na čin videotelefonija postala bolj zanimiva, tako za doma čo kot za poslovno uporabo.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 3

2 VIDEOTELEFONIJA PO SVETU

2.1 Zgodnja zgodovina

AT&T je v za četku leta 1960 (vklju čno s svetovnim sejmom v New Yorku 1964) izvajal eksperimente in demonstracije videotelefonov, ki pa so takrat prikazovali samo slike in ne videa. Demonstracijska enota je bila v majhni ovalni škatli na vrtljivem podestu. Videotelefoni, ki so ponavadi bili AT&T enote, so bili oblikovani pri Telephone Association of Canada Pavilion (The 'Bell' Pavilion) na svetovnem sejmu (Expo 67) v Montrealu leta 1967. Na sejmu so bili dostopni videotelefoni, kjer so lahko obiskovalci izvajali poskusne klice k prostovoljcem v ZDA, ki so imeli doma testne videotelefone. Slika je bila seveda črno-bela. Videotelefon je bil sestavljen iz kamere Plumbicon in majhnega katodnega zaslona. V komplet sta spadala tudi slušalka in zvo čnik. Povezana sta bila na škatlo, ki je upravljala tudi kvaliteto slike. Pasovna širina videa je bila 1 MHz. Linija je bila sestavljena iz treh paric. Od tega sta bile 2 parici za prenos videa in 1 parica za prenos avdia. Na kratkih razdaljah so linije imele na vsakih 1,6 km priklopljene oja čevalnike, na daljših linijah pa se je signal digitilaziral z 2 MHz in 3 biti na vzorec z uporabo DPCM in prenosom preko T2 nosilca (T2 je omogo čal prenose do 6.312 Mbit/s).

Slika 2.1: Prvi videotelefon [10]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 4

Videotelefon je bil javnosti ponujen v New Yorku, Washingtonu, Chicagu in Pittsburghu leta 1970. Zaslon je bil ve čji kot pri demonstracijskem in sicer je obsegal približno 15 cm 2 (slika 2.1). Prav tako so naredili telefonske govorilnice z videotelefoni, ki pa so bile postavljene le na glavnih železniških postajah in drugih pomembnih mestih. Veliko število tehnikov se je podalo v šole, kjer so jih nau čili uporabe ter pravilne konfiguracije videotelefonov. Prav tako so podjetja za čela vlagati v modernizacijo svojih omrežij, da bi lahko v uporabo prevzeli videotelefone. Kljub vsemu trudu podjetij in New York Telephone, se videotelefonija ni najbolj razširila. V poro čilu CNN 6. 9. 2001 je bilo zapisano, da se je za videotelefonijo prijavilo nekje 500 uporabnikov, kar je pripeljalo do tega, da se je leta 1974 videotelefonija umaknila v ozadje. Eden od mogo čih razlogov je bila cena naro čnine, ki je bila dokaj visoka in sicer je znašala 90 US$ / mesec.

AT&T je javnosti spet za čel ponujati videotelefone med letom 1992 in 1995 in sicer model telefona VideoPhone 2500 (slika 2.2). Omejen je bil s priklopom na analogno linijo, ki je imela pasovno širino 19 kbit/s. Od tega je video zahteval kar velik delež in sicer 11,2 kbit/s, slika pa se je osveževala z 10 slikami na sekundo. Telefoni so uporabljali standardne protokole [14].

Slika 2.2: VideoPhone 2500 [14]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 5

2.2 Razvoj protokolov

Videokonferenca je bila v poznem 20. stoletju omejena s protokolom H.323. Novejši videotelefoni pogosto uporabljajo protokol SIP, ki je v doma čem omrežju lažji za uporabo in konfiguracijo. Dandanes obstaja tudi veliko aplikacij, ena izmed teh je Skype, ki že prav tako ponujajo video pogovore in uporabljajo prav tako SIP. H.323 se še vedno uporablja, ampak ve činoma v poslovnem okolju. Protokol, ki ga tudi uporabljajo videotelefoni je protokol H.324, ki združuje nastavitve klicev in stiskanje videa. Telefoni z uporabo protokola H.324 uporabljajo navadno telefonsko linijo (parico), ki pa ima omejeno pasovno širino – nekje 33 kbit/s, kar pa povzro či izgubo kvalitete pri prenosu videa. Trenutno je v uporabi tudi nadgrajena razli čica protokola H.324, ki se imenuje 3G-324M in je našla uporabo tudi v mobilni tehnologiji, v UMTS omrežju [14].

2.3 Videotelefonija danes

Danes je videotelefonija najbolj razširjena v mobilni telefoniji, saj dandanes skoraj vsi mobilni telefoni podpirajo UMTS omrežje. Telefoni imajo vgrajeno majhno kamero in omogo čajo video pogovor preko UMTS omrežja tako znotraj države kot tudi po celem svetu. V prvi polovici leta 2007 je bilo 131 milijonov UMTS uporabnikov, v 134 omrežjih in 59 državah po svetu .

Videotelefone lahko uporabljajo tudi naglušni ljudje, ki lahko preko telefona komunicirajo s t.i. znakovnim jezikom. V ZDA agencija FCC pla čuje podjetjem, ki nudijo storitve videotelefonije gluhim in naglušnim posameznikom. Ta podjetja nudijo videotelefone z možnostjo pretvorbe znakovne govorice v avdio signal. S tem so gluhim ljudem omogo čili komunikacijo na takšni ravni kot jo uporabljajo slušeči ljudje vsak dan.

V letu 2004 je Telmex, najve čji ponudnik telefonskih storitev v Mehiki, predstavil storitev videotelefonije preko navadne telefonske linije (uporabil je H.324). Storitev do marca 2006 ni požela takšnega zanimanja kot so se nadejali. Videotelefone znamke LG-Nortel je za Telmex dostavljal Telekom Italija [14].

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 6

Danes velja pravilo, da bo mehanizem, ki ni natan čen, cenovno ugoden in široko uporabljan, prej ali slej odšel v pozabo. Dandanes, ko ima skoraj vsak posameznik osebni ra čunalnik in dostop do interneta ter je na trgu veliko razli čnih spletnih kamer in mikrofonov, ki se lahko prav tako uporabijo za videotelefonijo, se bodo morala podjetja z videotelefonijo zelo potruditi, da bo le-ta uspešna.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 7

3 SIGNALIZACIJSKI PROTOKOLI

Prvenstvena vloga telefonskih central je vzpostavljanje zvez med naro čniki storitev. Če se dve ali ve č telefonskih central želijo sporazumeti o telefonski zvezi, morajo slediti ustaljenim in predpisanim proceduram - protokolom. Tem proceduram in sporo čilom, ki se izmenjujejo med centralami, pravimo signalizacija. Uporabljajo se razli čne signalizacije, odvisno od tipa zveze.

3.1 H.323 standard

3.1.1 Kaj je H.323? Standard H.323 predstavlja osnovo za zvo čno, slikovno in podatkovno komunikacijo preko IP omrežja. H.323 je bil razvit z namenom, da lahko multimedijski produkti in aplikacije razli čnih proizvajalcev komunicirajo brez težav in odve čnih vprašanj o kompatibilnosti. H.323 tako postaja klju č komunikacije od kon čnih uporabnikov do poslovnih aplikacij.

V tradicionalnih telefonskih omrežjih se pred in med klicem izvajajo posebni signalizacijski protokoli za zahtevo po vzpostavitvi klica, spremljanje napredovanja klica in za kon čanje klica. Morda najbolj znan protokol te vrste je tudi nam dobro znani ISUP iz protokolnega sklada SS7. V sistemih VoIP so potrebni signalizacijski protokoli za isti namen.

Prvi sistemi VoIP so uporabljali signalizacijske protokole proizvajalcev. Njihova slabost je bila, da sta uporabnika lahko komunicirala samo, če sta oba uporabljala sistem istega proizvajalca. Nezmožnost skupnega delovanja sistemov razli čnih proizvajalcev je bila ena od velikih slabosti in je prepre čila hitrejšo uveljavitev VoIP. Kot dogovor na to težavo je ITU-T razvil priporo čilo H.323, ki je standardiziran protokol za VoIP. H.323 je danes najbolj uporabljani standard v omrežjih VoIP.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 8

Prva razli čica H.323 je bila izdana leta 1996, nosila je naslov ''Visual Telephone Systems and Equipment for Local Area Networks Which Provide a Non-Guaranteed of Service''. Bila je razvita za multimedijske aplikacije prek LAN-ov. Mnogi so v tej razli čici pogrešali funkcije, potrebne za podporo VoIP v širšem okolju. Zato je ITU-T leta 1998 izdal razli čico 2. H.323 je sedaj nosil naslov ''Packet-based Multimedia Communications Systems'' in so ga pri čeli bolj intenzivno uporabljati. Kasneje so specifikacije še izpopolnili in nastala je razli čica 4. Zadnja razli čica H.323 (iz leta 2003) ima številko 5 in se od prejšnje razlikuje samo v nekaj dodatkih [12].

3.1.2 Arhitektura H.323 H.323 je eno od tistih priporo čil ITU-T, ki specificirajo celotno arhitekturo in metodologijo ter vklju čujejo ve č drugih priporo čil. Pri H.323 sta to na primer H.225.0 in H.245.

Slika 3.1: Arhitektura H.323 [12]

Doseg H.323 je prikazan na sliki 3.1. Arhitektura vsebuje terminale H.323, prehode, vratarje in enote ve čto čkovnih krmilnikov - MCU. Namen H.323 je omogo čiti izmenjavo

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 9

medijskih tokov med kon čnimi to čkami H.323. Kon čna to čka H.323 je terminal H.323, prehod ali MCU.

Terminal H.323 je kon čna to čka, ki ponuja komunikacijo v realnem času z drugimi kon čnimi to čkami H.323. Ponavadi je terminal komunikacijska naprava kon čnega uporabnika, ki podpira vsaj en avdio kodek, po izbiri pa še druge avdio ali video kodeke. Prehod je kon čna to čka H.323, ki ponuja storitve prevajanja med omrežjem H.323 in drugo vrsto omrežja, na primer ISDN ali GSTN oz. PSTN. Ena stran prehoda podpira signalizacijo H.323 in zaklju čuje paketne medije v skladu z zahtevami H.323. Druga stran prehoda pa je vmesnik do vodovno preklapljanega omrežja in podpira prenosne lastnosti in signalizacijske protokole tega omrežja. Na strani H.323 ima prehod lastnosti terminala H.323, na vodovno preklapljani strani pa ima lastnosti vozliš ča vodovno preklapljanega omrežja. Prevajanje med signalizacijskimi protokoli in medijskimi formati ene in druge strani se izvaja znotraj prehoda in je transparentno za druga vozliš ča vodovno preklapljanega omrežja in omrežja H.323. Prehodi lahko služijo tudi za omogo čanje komunikacije med terminali H.323, ki niso v istem omrežju, tj. kjer mora komunikacija med terminali potekati čez zunanje omrežje, kot je PSTN.

Vratar je opcijski enota znotraj omrežja H.323. Kadar obstaja, nadzira terminale H.323, prehode in ve čto čkovne krmilnike - MC. Z nadzorom je mišljeno, da vratar daje dovoljenja za omrežni dostop eni ali ve č kon čnim to čkam in lahko dovoli ali zavrne klic od kon čne to čke, ki jo ima pod nadzorom. Vratar lahko izvaja storitve nadzora pasovne širine, in tako prispeva k zagotavljanju QoS, če so uporabljene skupaj z metodami za upravljanje pasovne širine in virov. Vratar izvaja tudi storitve prevajanja naslovov in s tem omogo ča uporabo »aliasov« v omrežju.

Skupina terminalov, prehodov in MC-jev pod nadzorom istega vratarja se imenuje cona. Primer prikazuje slika 3.2. Cona se lahko razprostira po ve č omrežjih ali omrežnih segmentih in ni treba, da so vsi osebki v coni med seboj sosednji.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 10

Slika 3.2: Primer cone [12]

MC je kon čna to čka H.323, ki upravlja ve čto čkovne konference med tremi ali ve č terminali ali prehodi. Za takšne konference MC vzpostavi medije, katerih skupno uporabo lahko omogo či z oddajo nabora zmožnosti razli čnim udeležencem konference. MC lahko v primeru, da se konferenci pridružijo nove kon čne to čke ali jo nekatere kon čne to čke zapustijo, nabor zmožnosti spremeni. MC sam ne izvaja prevajanja in mešanja. To dvoje izvaja ve čto čkovni procesor - MP, ki ga nadzira MC. MC se lahko nahaja v lo čenem MCU-ju, lahko pa je vgrajen v isti platformi kot prehod, vratar ali terminal H.323. Za vsak MC obstaja vsaj en MP, ki dela pod njegovim nadzorom. Dejanske medijske tokove procesira MP. Iz množice vhodnih medijskih tokov tvori množico izhodnih tokov. To dela s preklapljanjem, mešanjem ali s kombinacijo obojega. Krmilni protokol med MC in MP ni standardiziran. MC-ji lahko podpirajo dve glavni vrsti ve čto čkovnih konferenc: centralizirane in decentralizirane. Ponazorjeni sta na sliki 3.3 in 3.4. Pri centralirirani konferenci vsaka kon čna to čka v konferenci komunicira z MC-jem na t. i. na čin "hub and spoke". Pri decentralirirani si vsaka kon čna to čka v konferenci izmenjuje krmilno signalizacijo z MC na na čin od to čke do to čke, medij pa si lahko deli z drugimi udeleženci

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 11

konference z uporabo ve čponorne oddaje. MC omogo ča tudi mešane konference (njen primer je tudi na sliki 3.5). Pri njih nekateri udeleženci uporabljajo ve čponorno, nekateri pa enoponorno oddajo [12].

Slika 3.3: Centralizirana konferenca [12]

Slika 3.4: Decentralizirana konferenca [12]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 12

Slika 3.5: Mešana konferenca [12]

3.1.3 Pregled protokolov H.323 Kot smo omenili, so dejanska sporo čila, ki se izmenjujejo med osebki H.323, specificirana v priporo čilih H.225.0 in H.245. H.225.0 je dvodelni protokol. En del je dejansko razli čica priporo čila Q.931. Ta signalizacija je uporabljena za vzpostavljanje in sproš čanje povezav med kon čni mi to čkami H.323. Re čejo ji tudi klicna signalizacija ali kar signalizacija Q.931. Drugi del H.225.0 je znan kot signalizacija re gistracije, dostopa in statusa - RAS. Uporabljena je med kon čnimi to čkami in vratarji ter omogo ča, da vratar upravlja kon čne to čke v svoji coni. Na primer, kon čna to čka uporablja signalizacijo RAS za registracijo pri vratarju in vratar uporablja signalizacijo RAS, da kon čni to čki dovoli ali zavrne dostop do omrežnih virov.

Signalizacija RAS se vedno prenaša prek UDP, klicna signalizacija pa se lahko prenaša prek UDP ali TCP (razli čica 2 H.323 je dovoljevala samo TCP, kar pa lahko povzro či ve čjo zakasnitev). Dejansko sta UDP in TCP lahko uporabljena vzporedno. Oddajni osebek pošlje prvo sporo čilo z UDP in hkrati vzpostavi povezavo TCP. Če do takrat, ko je

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 13

vzpostavljena povezava TCP, še ni prispel odziv na sporo čilo, poslano z UDP, se pri čne uporabljati povezava TCP. Če je prispel, pa oddajnik lahko privzame, da druga stran podpira razli čico 4 H.323 in lahko naprej uporablja UDP, povezavo TCP pa sprosti.

H.245 je krmilni protokol, uporabljen med dvema ali ve č kon čnimi to čkami. Glavni namen H.245 je upravljanje medijskih tokov med udeleženci sej H.323. Zato H.245 med drugim skrbi, da en osebek za oddajo uporablja medije, ki jih zna sprejemati in ki jih razume drugi. H.245 deluje tako, da vzpostavi enega ali ve č logi čnih kanalov med kon čnimi to čkami. Logi čni kanali nosijo medijske tokove med udeleženci in imajo vrsto lastnosti, kot so vrsta medija, bitna hitrost itd.

Pri vzpostavljanju, vzdrževanju in kon čanju klica se lahko uporabljajo vsi trije signalizacijski protokoli RAS, klicna signalizacija in H.245. Njihova sporo čila se lahko prepletajo. Vzemimo na primer kon čno to čko, ki bi rada vzpostavila klic z drugo. Prva bi najprej lahko na primer uporabila signalizacijo RAS za pridobitev dovoljenja od vratarja. Nato bi uporabila klicno signalizacijo za komunikacijo z drugo to čko za vzpostavitev klica. Nazadnje bi lahko uporabila krmilno signalizacijo H.245 za pogajanje o medijskih parametrih z drugo to čko in vzpostavitev medijskega prenosa.

Slika 3.6: Logi čni kanali [12]

Sporo čila H.323 se prenašajo po razli čnih kanalih, odvisno od sporo čila (in v časih od konteksta). Sporo čila RAS se na primer prenašajo po kanalu RAS, sporo čila klicne signalizacije se prenašajo po kanalu signalizacije klica, krmilna sporo čila H.245 se

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 14

prenašajo po krmilnem kanalu H.245 in dejanski medijski tokovi se prenašajo po enem ali ve č logi čnih kanalih. Čeprav se zdi, da nastopa veliko razli čnih kanalov, pa velja opozoriti, da nimajo nujno zveze z dolo čenimi fizi čnimi vmesniki ali strojno opremo. Če gre za okolje IP, kanal preprosto pomeni sklicevanje na naslov vti čnice (tj. naslov IP in številko vrat). Na primer, če kon čna to čka uporablja za sprejem sporo čil RAS dolo čen naslov IP in številko vrat, potem za katerokoli sporo čilo, ki prispe na ta naslov IP in vrata, pravimo, da je prispelo po kanalu RAS te kon čne to čke. Slika 3.6 prikazuje zna čilne logi čne kanale, ki obstajajo pri klicu med kli čočim in klicanim [12].

3.1.4 Naslavljanje H.323 Vsak osebek v omrežju H.323 ima omrežni naslov, ki ga edinstveno identificira. V okolju IP je omrežni naslov naslov IP. Če je na voljo strežnik DNS, je lahko naslov IP specificiran v obliki URL-ja. URL ras://GKl @nekaJ10mena bi bil na primer veljaven URL vratarja, ker je RAS protokol, ki ga podpira vratar. Vsak URL ima lahko pripeto številko vrat. V primeru RAS obstaja privzeta številka vrat (1719), ki jo je treba uporabiti, kadar številka vrat ni posebej dolo čena. Za lažjo identifikacijo naj bi osebki, kot so terminali, prehodi in MCU-ji, imeli domensko ime, skupno z njihovim vratarjem. Čeprav je uporaba URL-jev za identifikacijo kon čnih to čk in vratarjev priro čna, pa se v sporo čilih med osebki H.323 prenašajo dejanski naslovi IP. Za vsak omrežni naslov lahko ima osebek H.323 enega ali ve č identifikatorjev TSAP-ov. Na splošno je identifikator TSAP-a identifikator dolo čenega logi čnega kanala pri osebku. Kot vemo, je v izrazju IP to naslov vti čnice. Na splošno se številke vrat za signalizacijske transakcije in medijsko izmenjavo dodeljujejo dinami čno. Pomembne izjeme so vrata UDP odkrivanja vratarja s številko 1718, vrata UDP registracije in statusa z vrednostjo 1719 ter vrata TCP ali UDP signalizacije klica z vrednostjo 1720. Te številke so registrirane pri IANA. Poleg omrežnih naslovov in identifikatorjev TSAP-ov imajo terminali in prehodi enega ali ve č aliasov. Glede na to, da morajo sporo čila vsebovati dejanske naslove IP, to pomeni, da je potrebno prevajanje med aliasi in naslovi IP. Prevajanje je ena od nalog vratarja in ga podpira signalizacija RAS.

H.323 je zelo prožen glede dodeljevanja aliasov. Lahko imajo poljubno obliko in ena kon čna to čka jih ima lahko ve č. Edina omejitev je, da mora biti dani alias edinstven znotraj cone. Eden od koristnih na činov uporabe aliasov je uporaba številk E.164 kot aliasov. Na

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 15

primer, prehod, ki je povezan na obi čajen PBX prek PRI ISDN, bi imel kot aliase lahko ve č številk E.l64. Te bi lahko ustrezale telefonskim številkam, ki so dosegljive pri tem PBX-u. Če ho če druga kon čna to čka H.323 poklicati številko na tem PBX-u, to lažje stori z aliasom. Vratar in prehod morata poznati zvezo med aliasom in naslovom prehoda. Kli čoča kon čna to čka in drugi osebki se lahko zanašajo, da bo za prevod poskrbel vratar [12].

3.1.5 Signalizacija RAS Signalizacija RAS se uporablja med vratarjem in končnimi to čkami, ki jih nadzira. RAS je signalizacijski protokol, s pomo čjo katerega vratar nadzira kon čne to čke v svoji coni. Ker je vratar opcijski osebek v omrežju H.323, je seveda tudi signalizacija RAS opcijska. Če ho če kon čna to čka uporabljati storitve vratarja, mora imeti implementiran RAS. Če kon čna to čka ni takšna, ki bi uporabljala storitve vratarja, morajo biti funkcije, ki jih obi čajno zagotavlja vratar, zagotovljene znotraj kon čne to čke.

Signalizacija RAS je definirana v H.225.0 in podpira naslednje funkcije: Odkrivanje vratarja: omogo ča, da kon čna to čka ugotovi, kateri vratar je na voljo za njen nadzor. Registracija: omogo ča, da se kon čna to čka registrira pri dolo čenem vratarju in tako pridruži njegovi coni. Deregistracija: omogo ča, da se kon čna to čka umakne izpod nadzora vratarja ali da vratar sam ukine obstoje čo registracijo kon čne to čke ter jo tako prisilno odstrani iz cone. Dostop: uporabi kon čna to čka za zahtevo dostopa do omrežja z namenom, sodelovati v seji. Zahteva po dostopu specificira pasovno širino, ki bi jo rada uporabljala kon čna to čka. Vratar lahko na podlagi zahtevane pasovne širine zahtevo odobri ali zavrne. Sprememba pasovne širine: to funkcijo uporabi kon čna to čka, da od vratarja zahteva dodelitev dodatne pasovne širine. Lahko pa jo uporabi vratar, da kon čni to čki zmanjša uporabo pasovne širine. Lociranje kon čne to čke: je funkcija, s katero vratar prevede alias v omrežni naslov. Kon čna to čka sproži to funkcijo, kadar ho če komunicirati z dolo čeno kon čno to čko, za katero pozna samo alias. Vratar ji odgovori z omrežnim naslovom, ki naj ga uporabi za komunikacijo s to to čko.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 16

Odhod: uporabi kon čna to čka za informiranje vratarja, da zapuš ča dolo čen klic. To funkcijo lahko uporabi tudi vratar, da kon čno to čko prisili, da zapusti klic. Status: je uporabljen med vratarjem in kon čno to čko za informiranje vratarja o stanju kon čne to čke ali za seznanitev z dolo čenimi podatki v zvezi s klicem, na primer o trenutni porabi pasovne širine. Razpoložljivost virov: je uporabljena med kon čno to čko in vratarjem za informiranje vratarja o trenutno razpoložljivih zmogljivostih kon čne to čke. Na primer o njeni trenutno razpoložljivi pasovni širini. S to funkcijo lahko kon čna to čka vratarja tudi obvesti, da ji je zmanjkalo ali da ji bo vsak čas zmanjkalo zmogljivosti. Nestandardno: s tem se lahko med kon čno to čko in vratarjem pošiljajo proizvajalcem lastne informacije. Seveda vsebina sporo čil in funkcije, ki naj se pri tem sprožijo, niso definirane v H.225.0 [12].

3.1.6 Klicna signalizacija Vemo že, daje ta signalizacija uporabljena za vzpostavljanje in sproš čanje klicev med kon čnimi to čkami. H.225.0 v ta namen uporablja kar sporočila Q.931 z nekaterimi spremembami.

Na prvi pogled se to zdi nekoliko nenavadno, saj je Q.931 signalizacijski protokol tretjega sloja za vmesnik uporabnik-omrežje ISDN. H.225.0 zares uporablja kar ta protokol in njegova sporo čila z nekaterimi spremembami, potrebnimi za uporabo v arhitekturi H.323. H.225.0 uporablja tudi sporo čila Q.932. Tako je bilo prihranjeno veliko dela pri razvoju H.323. H.225.0 ne uporablja vseh sporo čil Q.931, ampak le tista, ki so potrebna za klicno signalizacijo v arhitekturi H.323. Tu jih ne bomo naštevali in podrobneje komentirali. Skupaj s Facility od Q.932 jih je 12 in med njimi so nam znana osnovna sporo čila, kot so Connect, Setup, Release Complete (med njimi pa ni Release in Released). Videli jih bomo v primerih uporabe H.323 v nadaljevanju. Omenimo samo, kako se v sporo čilih Q.931 prenašajo informacije, specifi čne za H.323, na primer tiste v zvezi z vratarji, aliasi kon čnih to čk in naslovi H.245, ki naj se uporabijo za logi čne kanale. H.225.0 ni uvedel novih informacijskih elementov, ampak v ta namen uporablja kar informacijski element User-to- User (tj. od uporabnika do uporabnika), ki se v ISDN uporablja za prenos med uporabnikoma po kanalu D, ne da bi njegovo vsebino interpretiralo omrežje.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 17

Klicni scenariji

Slika 3.7 prikazuje osnovni klic za primer, ko ni vratarjev. Kot vidimo, se za zahtevo po sprostitvi klica uporablja kar Release Complete in ta ne zahteva potrditve. Sproš čanje lahko zahteva katerakoli stran.

Slika 3.7: Klic, ko ni vratarjev [12]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 18

Slika 3.8: Klic z vratarji [12]

Slika 3.8 prikazuje primer klica z vratarji. Preden se kon čna to čka lahko registrira pri vratarju, ga mora izbrati. Če ji naslov ni vnaprej znan, mora najprej odkriti vratarja. Zato odda paket UDP (sporo čilo RAS GRQ) na skupinski naslov IP in vrata 1718 za odkritje vratarja. Ko vratar odgovori (s sporo čilom RAS GCF), si kon čna to čka zapomni vratarjev naslov IP. Zdaj se registrira pri vratarju, tako da mu pošlje v paketu UDP sporo čilo RAS RRQ, ta pa mu registracijo potrdi z RCP. Pred pri četkom klicne signalizacije mora kon čna to čka najprej dobiti dovoljenje od vratarja. Lahko ga dobi z izmenjavo sporo čil za dostop ARQ/ACF (ali pa ji ga je dal vratar vnaprej pri registraciji). Sporo čilo ARQ vsebuje zahtevano pasovno širino za celoten medijski tok brez balasta (na primer, če bosta obe strani pošiljali govor s 64 kbps, je v sporo čilu vrednost 1,280). ACF odobri to ali pa manjšo pasovno širino. Na koncu klica mora kon čna to čka vratarja obvestiti, da je klic

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 19

kon čan. Slika 3.8 prikazuje t. i. neposredno klicno signalizacijo kon čnih to čk, kjer se ta prenaša neposredno med njima.

Slika 3.9: Klic z vratarji [12]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 20

Slika 3.9 pa prikazuje klic v kombinaciji s signalizacijo prek vratarja. V tem primeru je vratar pri kli čočem terminalu izbral, da se bo klic usmerjala prek njega. Enako bi lahko izbral še vratar klicanega. Tudi za sporo čila H.245 bi eden ali oba vratarja lahko izbrala, da morajo iti klici preko njiju. Spomnimo, da medijski tokovi RTP potujejo vedno neposredno med kon čnima to čkama. Lahko si tudi predstavljamo, da je prvi terminal PC s slike 3.10, namesto drugega pa si lahko predstavljamo prehod na tej sliki, ki povezuje internet s telefonskim omrežjem [12].

Slika 3.10: Arhitekturni model H.323 za internetno telefonijo [12]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 21

3.2 Protokol za zagon seje

Mnogi menijo, da je protokol za zagon - SIP mo čna alternativa H.323. Trdijo, da je SIP prožnejši, preprostejši kot H.323, lažji za implementacijo, primernejši za pametne uporabniške naprave in za implementacijo naprednih storitev. Ti dejavniki so najpomembnejši za proizvajalce opreme in omrežne operaterje. Preprostost pomeni, da lahko proizvode in napredne storitve razvijajo hitreje in da jih lahko v krajšem času ponudijo naro čnikom.

SIP so zasnovali kot del arhitekture za multimedijske podatke in krmiljenje IETE. Kot tak se SIP uporablja skupaj z mnogimi drugimi protokoli IETF, kot so SDP, RTSP in SAP. Pri IETF obstaja posebna delovna skupina za SIP. SIP je bil najprej specificiran v RFC 2543. Sledila je in še sledi vrsta dodatkov in izboljšav, kar pri ča o tem, kakšno pozornost doživlja. Mnogi razvijalci vklju čujejo SIP v svoje proizvode, ne da bi čakali na dopolnitve, ker velja SIP kot pot za prihodnost signalizacije VoIP. Mnogi menijo, da bo SIP skupaj z enim od protokolov za krmiljenje medijskih prehodov (MGCP ali MEGACO) v prihodnosti prevladujo ča signalizacijska arhitektura VoIP. Novi RFC SIP nosi številko 3261.

3.2.1 Arhitektura SIP SIP je signalizacijski protokol, ki skrbi za vzpostavljanje, spreminjanje in sproš čanje multimedijskih sej. SIP se, skupaj z drugimi protokoli, uporablja za opisovanje lastnosti seje morebitnim udeležencem seje. Čeprav je, strogo vzeto, SIP napisan tako, da medij, uporabljen v seji, lahko uporablja katerikoli transportni protokol, se mediji obi čajno prenašajo z RTP.

Zelo možno je, da sporo čila SIP potujejo skozi nekatere iste fizi čne naprave kot prenašani mediji. Kljub temu pa je treba SIP obravnavati lo čeno od medijev. Slika 3.11 prikazuje logi čno lo čitev med signalizacijskimi podatki in podatki seje. Lo čitev je pomembna, ker lahko signalizacija potuje skozi enega ali ve č proksijev ali preusmeritvenih strežnikov, medijski tokovi pa po neposrednejši poti. To je nekoliko podobno lo čitvi signalizacije in medijev, omenjeni pri H.323.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 22

Slika 3.11: Signalizacijski podatki [12]

Omrežni osebki SIP SIP definira dva osnovna razreda omrežnih osebkov: odjemalce in strežnike. Strogo re čeno je odjemalec (znan tudi kot odjemalec uporabniškega agenta, "User Agent Client" - UAC) aplikacijski program, ki pošilja zahteve SIP. Strežnik je osebek, ki odgovarja na te zahteve. SIP je torej protokol odjemalec-strežnik. Klici VoIP, ki uporabljajo SIP, se pri čenjajo pri odjemalcu in zaklju čijo pri strežniku. Odjemalec je lahko v uporabnikovi napravi, ki je na primer lahko PC s slušalkami ali telefon SIP. Odjemalci pa se lahko nahajajo tudi na isti platformi kot strežnik. SIP na primer omogo ča uporabo proksijev, ki so hkrati odjemalci in strežniki. Obstajajo štiri vrste strežnikov: strežnik proksi, preusmeritveni strežnik, strežnik uporabniškega agenta in registrator. Strežnik proksi (lahko bi mu rekli tudi posredovalni strežnik) deluje podobno kot strežnik proksi za spletni dostop z LAN-a podjetja. Odjemalci pošiljajo zahteve proksiju in ta jih obravnava sam ali pa jih pošlje drugim strežnikom, morda po izvedbi dolo čenega prevajanja. Tem drugim strežnikom se zdi, kot da je sporo čilo prišlo od proksija in ne od kakšnega osebka, skritega za njim. Ker proksi sprejema zahteve in jih oddaja, vsebuje funkcionalnost strežnika in odjemalca.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 23

Slika 3.12: Delovanje strežnika proksi [12]

Slika 3.12 prikazuje primer delovanja strežnika proksi. Zlahka vidimo, kako se lahko takšna funkcionalnost uporabi za preusmeritev klica, usmerjanje po dnevnem času ali sledilne storitve. Če je na primer sporo čilo od klicalca (tj. na sliki Caller) h klicanemu (tj. na sliki Collins) povabilo za sodelovanje v klicu, se klic preusmeri h Collinsu doma. Seveda mora proksi vedeti, da je Collins doma in ne v službi.

Preusmeritveni strežnik je strežnik, ki sprejema zahteve, preslika ciljni naslov v ni č ali ve č novih naslovov ter pošlje novi naslov oz. naslove izvoru zahteve. Nato lahko slednji pošilja zahteve neposredno na naslov( e), ki mu ga oz. jih je poslal preusmeritveni strežnik. Slednji sam ne tvori zahtev SIP. Slika 3.13 prikazuje primer delovanja preusmeritvenega strežnika. To je lahko drugi na čin za preusmerjanje klica ali sledilno storitev. Razlika z uporabo strežnika proksi je v tem, da v primeru uporabe preusmeritvenega strežnika dejansko preusmeritev klica izvede izvorni odjemalec. Preusmeritveni strežnik priskrbi samo informacijo, ki jo izvorni odjemalec potrebuje za pravilno usmeritev klica, nato pa ne sodeluje ve č.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 24

Slika 3.13: Preusmeritveni strežnik [12]

Strežnik uporabniškega agenta sprejema zahteve SIP in kontaktira uporabnika. Odgovor uporabnika strežniku uporabniškega agenta povzro či, da ta pošlje odgovor SIP v imenu uporabnika. V resnici bo naprava SIP (na primer telefon SIP) delovala hkrati kot odjemalec uporabniškega agenta in kot strežnik le-tega. Kot odjemalec uporabniškega agenta je zmožna pošiljati zahteve SIP. Kot strežnik le-tega pa jih je zmožna sprejemati in nanje odgovarjati. Prakti čno to pomeni, da je zmožna pri čenjati in sprejemati klice. To omogo ča, da SIP (protokol odjemalec-strežnik) uporabljamo za komunikacijo enakovrednih partnerjev ("peer to peer"). Registrator je strežnik, ki sprejema zahteve SIP REGISTER. SIP vsebuje koncept registracije uporabnikov, s čimer uporabnik pove omrežju, da se nahaja na dolo čenem naslovu. Uporaba registracije omogo ča, da SIP podpira osebno mobilnost. Uporabnik bi na primer lahko imel ve č naprav SIP in ena bi lahko bila uporabnikov PC na delovnem mestu. Ko bi se uporabnik prijavil v službenem omrežju, bi PC poslal zahtevo SIP REGISTER ustreznemu registratorju. Nato bi se klici lahko usmerjali na uporabnikov službeni PC. Ko bi uporabnik odšel iz službe, bi se lahko prijavil pri drugi napravi, recimo doma čem PC-ju

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 25

ali telefonu SIP. Tako bi se izvedla nova registracija in uporabnik bi postal dosegljiv na novi napravi. Zna čilno je, da je registrator kombiniran s proksijem ali preusmeritvenim strežnikom. Čeprav prakti čna implementacija združuje odjemalca uporabniškega agenta in strežnika uporabniškega agenta ter kombinira registratorje s strežniki proksi ali preusmeritvenimi strežniki, lahko konkretno omrežje vsebuje tudi samo uporabniške agente in preusmeritvene strežnike ali strežnike proksi [12].

3.2.2 Vzpostavljanje klica SIP Gledano na visokem nivoju je, kot prikazuje slika 3.14, vzpostavljanje klica SIP preprosto. Proces pošlje sporo čilo SIP INVITE, ki se uporablja od kli čočega h klicanemu. To sporo čilo povabi klicanega k sodelovanju v seji, tj. v klicu. Na INVITE se lahko pošlje ve č odgovorov, preden klicana stran sprejme sodelovanje v klicu. Kli čoči je na primer lahko informiran, da je klic postavljen v vrsto in/ali da je klicani opozarjan (tj. da telefon zvoni). Nato klicani odgovori na klic, pri čemer se tvori odgovor OK in pošlje kli čočemu. Kli čoči odjemalec potrdi prejem odgovora klicanega z oddajo sporo čila ACK. Uporaba zaporedja INVITE, OK in ACK torej pomeni, da je za vzpostavljanje klica uporabljeno t. i. trojno rokovanje. Nato se izmenjuje medij. Medij je najpogosteje obi čajni govor, lahko pa je na primer tudi video ali kaj drugega. Nazadnje ena od strani "odloži pogovorko", kar povzro či, da se pošlje sporo čilo BYE. Stran, ki prejme BYE, pošlje OK, da potrdi njegov sprejem. S tem se klic kon ča.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 26

Slika 3.14: Vzpostavljanje klica SIP [12]

3.2.3 Prednosti SIP-a pred drugimi signalizacijskimi protokoli Glede na to, da je vzpostavljanje in sproš čanje klica dokaj preprosto, se lahko vprašamo, kaj je tako posebnega pri SIP. Navsezadnje mora vsak protokol za klicno signalizacijo imeti na čin, da ena stran pokli če drugo, za oznanitev pripravljenosti za sodelovanje v klicu in za njegovo sprostitev. SIP izvaja te akcije in še malenkost ve č, vendar v nasprotju z mnogimi protokoli tradicionalne telefonije ponuja veliko prožnosti. SIP-a na primer ne zanima, katera vrsta medijev se bo izmenjavala med sejo ali vrsta transporta, uporabljenega za te medije. Dejansko se SIP lahko izvaja prek mnogo razli čnih transportnih protokolov. Z drugimi besedami, SIP zagotavlja ve čjo prožnost kot obi čajni telekomunikacijski protokoli. Izkoristimo jo lahko za storitve za stranke.

Sporo čila SIP lahko vsebujejo veliko opcijskih polj, ki lahko vsebujejo uporabniško specificirane informacije. Ta pristop omogo ča, da si uporabniki pošiljajo nestandardne uporabniško specifi čne informacije, ki omogo čajo, da uporabniki in naprave sprejemajo inteligentne odlo čitve za ravnanje s klici. Sporo čilo INVITE na primer lahko vsebuje polje

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 27

o predmetu ("subject") klica. Oseba, ki sprejme INVITE, se tako lahko odlo či ali bo sprejela ali zavrnila klic, na osnovi tega, kdo kliče in kaj je predmet klica. Lahko si zamislimo situacijo, ko INVITE vsebuje besedilo, kot je "Vem, kje si. Prosim, odgovori na klic." Če je klic zavrnjen, lahko odgovor na primer vsebuje tekstovni niz "Ne kli či me ve č!" Zamislimo si še drug scenarij, kjer je klic usmerjen k uporabniku, ki trenutno ni na voljo. Seveda bo odgovor SIP naznanil, da uporabnik ni na voljo. Odgovor pa bi lahko vseboval tudi naznanilo, da uporabnik pri čakuje, da bo spet na voljo ob 16h. V takšnem primeru bi kli čoči terminal lahko storil dvoje. Najprej bi terminal lahko povedal kli čočemu, da klicani uporabnik pri čakuje, da bo na voljo spet ob 16h. Drugi č, ob 16h bi lahko vprašal kli čočega, ali bi rad spet poklical, in če da, potem bi terminal lahko samodejno vzpostavil klic. Tak scenarij je na sliki 3.15. To je pameten in preprost na čin iz sveta IP za zagotovitev storitve zaklju čitve klica, podobne storitvi vzpostavitev klica do zasedenega naro čnika - CCBC iz telefonskega sveta.

Slika 3.15: Vzpostavitev klica do zasedenega naro čnika [12]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 28

Navedli smo nekaj preprostih primerov uporabe, ki jih ponuja SIP. Ker SIP omogo ča, da v sporo čila vklju čimo mnogo razli čnih informacij, in ker lahko vklju čimo tudi dodatne, nestandardne informacije, obstaja možnost za uvedbo množice pametnih storitev za naro čnike. Poleg tega je nadzor nad temi storitvami v rokah stranke. Stranki se ni ve č treba naro čiti na dolo čeno storitev, pri čemer bi storitev dejansko bila pod nadzorom omrežnega operaterja [12].

3.2.4 Zahteve SIP Zahteva SIP se pri čne z vrstico zahteve, ki vsebuje oznako metode, URL zahteve in oznako razli čice SIP-a. Oznaka metode pove, za katero vrsto zahteve gre, URL zahteve pa je naslov osebka, ki naj se mu zahteva pošlje. Skladnjo pravzaprav že poznamo od HTTP-ja (s SP bomo ozna čevali presledek): request-line = method SP Request-URI SP SIP-Version CRLF

RFC 3261 definira šest razli čnih metod (in prav toliko vrst zahtev): INVITE, ACK, OPTIONS, BYE, CAN CEL in REGISTER (tabela 1). Ve č razširitev SIP-a specificira dodatne metode, kot so INFO, REFER in UPDATE. Metoda INVITE se uporablja za zahtevo po pri četku seje. Za preprost klic med dvema stranema se INVITE uporablja za pri četek klica, pri čemer sporo čilo vsebuje informacije o kli čočem in klicanem ter vrsto medija. INVITE se lahko uporabi tudi za zahtevo po pri četku konferen čnega klica z ve č udeleženci. Metoda Opis INVITE Za četek vzpostavljanja klica ACK Potrditev vzpostavitve zveze BYE Zaklju ček klica OPTIONS Povpraševanje po zmožnostih sodelujo čih v seji CANCEL Preklic iskanja in zvonjenja REGISTER Registracija pri registracijskem strežniku INFO Namenjeno je pošiljanju dodatnih informacij, ki ne spremenijo stanje seje med aktivno sejo Tabela 3.1: Metode SIP, definirane v osnovni specifikaciji

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 29

Potem ko odjemalec prejme kon čen odgovor na INVITE, pošlje ACK. Metoda ACK se uporablja za potrditev, da je bil sprejet kon čni odgovor. Če na primer odgovor na INVITE ozna čuje, da je klicani zaseden in da klic ne more biti vzpostavljen, potem kli čoči odjemalec pošlje ACK. Če odgovor na INVITE ozna čuje, da pri klicanem uporabniku zvoni ali da se klic preusmerja, pa odjemalec ne pošlje ACK, ker se takšni odgovori ne jemljejo kot kon čni.

Metoda BYE kon ča sejo. To zahtevo lahko pošlje bodisi kli čoči ali klicani in se uporabi, ko uporabnik odloži »pogovorko«.

Metoda OPTIONS povprašuje neki strežnik po njegovih zmožnostih. Lahko jo na primer uporabimo za ugotovitev ali klican uporabnik podpira dolo čeno vrsto medija ali kako bi se odzval klican uporabniški agent, če bi mu poslali INVITE. V takšnem primeru bi odgovor lahko ozna čeval, da uporabnik podpira dolo čen tip medija ali pa recimo, da uporabnik trenutno ni na voljo.

Metoda CANCEL se uporablja za kon čanje obstoje če zahteve. CANCEL bi na primer uporabili za kon čanje seje, za katero je bil poslan INVITE, ni pa še prispel kon čen odgovor. Možno je sprožiti vzporedno iskanje na ve č ciljih ( če je uporabnik registriran za ve č lokacij). V tem primeru, če je bil kon čen odgovor sprejet od enega od ciljev, CANCEL lahko uporabimo za kon čanje obstoje čih zahtev na drugih ciljih.

Metodo REGISTER uporablja odjemalec uporabniškega agenta za svojo prijavo in registracijo svojega naslova pri strežniku SIP, s čimer pove registratorju naslov, na katerem je dosegljiv uporabnik. Odjemalec uporabniškega agenta se lahko v za četku registrira pri lokalnem strežniku SIP pri znanem registratorskem strežniku, katerega naslov je dolo čen znotraj uporabniškega agenta ali pa z ve čponorno oddajo na t. i. skupinski naslov "vseh strežnikov SIP" (224.0.1.175).

Odjemalec se lahko registrira pri ve č strežnikih, lahko pa ima tudi ve č registracij pri enem samem. Tak primer bi se pojavil, če bi se uporabnik prijavil pri ve č terminalih ali napravah. Če ima uporabnik ve č aktivnih registracij, potem se klici lahko izvajajo do vseh registriranih ciljev. Ta možnost dopuš ča t. i. storitev z eno številko ("one number"), kjer uporabnik objavi samo eno številko, ko pa kdo pokliče nanjo, zvonijo uporabnikov

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 30

službeni, doma či in brezži čni telefon. Slika 3.16 prikazuje tak primer ter uporabo sporo čila CANCEL.

Slika 3.16: Uporaba sporo čila CANCEL [12]

Omenimo še, da je metoda INFO specificirana v RFC 2976 in je namenjena za prenos informacij med izvajajo čo se sejo, tj. med klicem. Z njo se lahko na primer prenašajo digiti DMTF, obvestilo o trenutnem stanju na telefonskem ra čunu (na primer, da se predpla čnikova vsota bliža ni čli) in nasploh informacije iz aplikacijskega sloja [12].

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 31

3.2.5 Odgovori SIP Prva vrstica odgovora SIP je statusna vrstica. Vsebuje statusno kodo, ki je kot pri HTTP trimestno število in ozna čuje rezultat zahteve. Prva vrstica vsebuje tudi statusno frazo, tj. besedni opis izida. Kodo lahko uporabi odjemalska programska oprema, fraza pa se lahko prikaže uporabniku. Skladnja statusne vrstice je: status-line = SIP-version SP status-code SP reason-phrase CRLF

Statusne kode, definirane v SIP, imajo vrednosti med 100 in 699. Prva cifra ozna čuje razred odgovora:

• 1XX - za časen (181 na primer pomeni, da se izvaja preusmerjanje klica). • 2XX - uspeh (definirana je samo koda 200, ki pomeni, da je bila zahteva razumljena in izvedena; v primeru INVITE se odgovor 200 uporablja za oznanilo, da je klicana stran sprejela klic - tj. da bo sodelovala). • 3XX - preusmeritev (302 na primer pove, da klicani ni dosegljiv na naslovu iz zahteve in je treba zahtevo poslati na nov naslov, naveden v odgovoru). • 4XX - neuspeh zahteve (401 na primer pove, da odjemalec ni avtoriziran za izvedbo zahteve). • 5XX - neuspeh pri strežniku (505 na primer pove, da strežnik ne podpira razli čice SIP, navedene v zahtevi). • 6XX - globalni neuspeh (604 na primer pove, da klicani uporabnik ne obstaja nikjer). Vsi odgovori razen lXX se jemljejo kot kon čni in morajo biti potrjeni s sporo čilom ACK, če je bilo prvotno sporo čilo INVITE. SIP dolo ča, da so odgovori lXX za časni in da ne potrebujejo potrditev.

3.2.6 Naslavljanje SIP Tako kot pri drugih signalizacijskih protokolih se zahteve in odgovori pošiljajo na dolo čene naslove. V SIP-u se ti naslovi imenujejo URL-ji SIP. Imajo obliko uporabnik@gostitelj, kar je zelo podobno naslovom elektronske pošte. Velikokrat je zares

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 32

možno uporabnikov naslov SIP uganiti iz njegovega naslova elektronske pošte. Njihova oblika se nekoliko razlikuje. Na primer, če bi imel naslov elektronske pošte obliko mailto:[email protected], bi bil naslov SIP sip:[email protected]. SIP dela z multimedijskimi sejami, ki lahko vklju čujejo govor. Poleg tega morajo omrežja SIP delovati skupaj s tradicionalnimi vodovno preklapljanimi omrežji. Zato SIP omogo ča, da je uporabniški del naslova SIP telefonska številka. Lahko bi na primer imeli naslov SIP sip:[email protected]. V danem omrežju bi tak naslov lahko bil uporabljen za usmeritev medija v prehod, ki bi služil kot vmesnik k tradicionalnemu telefonskemu podjetju. V URL SIP lahko dodamo parametre, ki nosijo ve č informacij. Na primer, za izrecno ozna čitev, da gre za klic na telefonsko številko, URL lahko vsebuje še izraz user=phone. V tem primeru bi imel URL obliko sip:[email protected];user=phone.

3.2.7 Čela sporočila SIP pozna mnogo razli čnih čel sporo čila. To so kosi informacij, vklju čeni v zahtevo ali odgovor zato, da ve č povedo o sporo čilu ali da omogo čijo ustrezno ravnanje z njim. V tem smislu so čela sporo čila sorodna parametrom sporo čil ali informacijskim elementom sporo čil v znanih signalizacijskih protokolih, kot so ISUP, Q.93l itd. Dejansko pa gre za čela sporo čil, seveda ne nujno enake vrste in pomena, kot jih poznamo že iz elektronske pošte RFC 822, MIME in HTTP. SIP definira veliko več čel kot ti in si jih tu ne bomo natan čno ogledovali. Mnogo jih je enakih ali podobnih omenjenim. Na primer, čelo To: v sporo čilu INVITE ozna čuje klicanega, From: pa kli čočega.

Lo čimo štiri skupine čel: Splošna čela - to so čela, ki so lahko uporabljena v zahtevah in odgovorih. Ta čela vsebujejo osnovne informacije, potrebne za ravnanje z zahtevami in odgovori. Mednje spada To: ki ozna čuje naslovnika zahteve, From:, ki ozna čuje izvor zahteve, in Call-ID:, ki edinstveno identificira specifi čno povabilo v sejo. Eno od najkoristnejših splošnih čel je Contact: ki vsebuje URL za uporabo v prihodnji komunikaciji v dolo čeni seji. V INVITE je lahko druga čen kot From: in v tem primeru pomeni, da iniciator seje SIP ne bo tudi udeleženec seje, kot na primer administrator, ki samo organizira konferenco z ve č udeleženci.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 33

Čela zahtev - Uporabljajo se samo v zahtevah SIP. Namenjeno je zagotavljanju dodatnih informacij strežniku v zvezi s samo zahtevo ali odjemalcem. Primera sta že omenjeni Subject: ki vsebuje besedni opis predmeta seje, in Priority: ki ozna čuje stopnjo nujnosti zahteve.

Čela odgovorov - so samo v odgovorih. Namenjena so podajanju informacij o odgovoru, ki ne morejo biti vklju čene v statusno vrstico. Primer je Unsupported: ki ozna čuje zmožnosti ("feature"), ki jih strežnik ne podpira, in Retry-After: ki ozna čuje, kdaj bo klican uporabnik na voljo, če je trenutno zaseden ali ni na voljo.

Osebkovna čela - v SIP-u se telo sporo čila uporablja zato, da vsebuje informacije o seji ali informacije, ki naj se predstavijo uporabniku. V primeru informacij glede seje je opis seje najpogosteje podan v skladu s SDP, na primer za ozna čitev tipa koristne vsebine RTP in naslova ter vrat, kamor naj se pošilja medij. Namen osebkovnih čel je oznaka tipa in formata informacij, vklju čenih v telesu sporo čila, tako da se nato lahko pokli če ustrezna aplikacija, ki reagira na informacije znotraj telesa. Osebkovna čela so naslednja: Content- Length: specificira dolžino telesa sporo čila v oktetih. Content- Type: ozna čuje tip medija v telesu sporo čila. Za VoIP ponavadi ozna čuje SDP, torej Content-Type: applicationlsdp. Content-Encoding: ozna čuje morebitna dodatna kodiranja, uporabljena v telesu sporo čila, na primer kakšno stiskanje je bilo uporabljeno. Content-Disposition: opisuje, kako naj se interpretira telo oz. za večdelna sporo čila, del telesa sporo čila; na primer, ali opisuje lastnosti seje (potem ima vrednost session) ali na primer nosi sliko kli čočega (icon). Content-Language: ozna čuje jezik telesa sporo čila [12].

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 34

3.3 Protokol za opis seje

Do sedaj še nismo natan čneje opisali zgradbe telesa sporo čila SIP. Čeprav ta sporo čila lahko nosijo razli čne vrste informacij (na primer sliko ali besedilo za prikaz), so njegova najobi čajnejša vsebina informacije o seji, ki opisujejo medije, ki naj se izmenjujejo med udeleženci. Oblika opisa seje je ponavadi v skladu s SDP. SIP uporablja SDP na na čin ponudba-odgovor. Kli čoči pošlje INVITE z opisom SDP, ki opisuje množico medijskih formatov, naslovov in vrat, ki jih je kli čoči pripravljen uporabljati. To je ponudba kli čočega. Klicani odgovori z opisom SDP, ki se ujema s ponujenim, a nosi informacije o sprejemu ali zavrnitvi za vsak ponujeni medijski format. Rezultat izmenjave je strinjanje obeh strani, katere vrste medijev bosta skupaj uporabljali.

3.3.1 Zgradba opisov SDP SDP je bil specificiran v RFC 2327. Od njegove prve objave je bilo predlaganih veliko sprememb in IETF je pripravil osnutek obnovljene specifikacije. RFC 3264 opisuje, kako naj se skupaj uporabljata SDP in SIP. SDP preprosto zagotavlja le format za opisovanje informacij o seji morebitnim udeležencem seje. V osnovi seja sestoji iz ve č medijskih tokov. Zato opis seje vsebuje specifikacijo parametrov v zvezi z vsakim od tokov. Obstajajo tudi informacije, skupne seji kot celoti. Zato lo čimo parametre na nivoju seje in parametre na nivoju medijev. Parametri na nivoju seje vsebujejo informacije, kot so ime seje, izvor seje in čas(i), ko na bi bila seja aktivna. Informacije na nivoju medijev vsebujejo tip medija, številko vrat, transportni protokol in medijski format. To splošno zgradbo prikazuje slika 3.17.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 35

Slika 3.17: Splošna zgradba SDP [12]

Ker SDP ne ponuja sredstva za izvajanje ali oglaševanje sej morebitnim udeležencem, ga je treba uporabljati skupaj z drugimi protokoli (kot je SIP). Kot smo že dejali, SIP nosi informacije SDP v telesu sporo čila SIP. Podobno kot SIP je tudi SDP tekstovni protokol. Uporablja znakovni nabor ISO 10646 v formatu UTF-8 ("Unicode standard Transmission Format") (RFC 2044). To kodiranje omogo ča uporabo mnogih jezikov in vklju čuje US- ASCII kot podnabor. Čeprav imena polj SDP uporabljajo samo US-ASCII, je tekstovna informacija lahko v kateremkoli jeziku. Na primer, ime polja, ki nosi ime seje, mora biti v US-ASCII, toda samo ime seje je lahko v kateremkoli jeziku. Čeprav je uporaba ASCII v SDP napram dvojiškemu kodiranju nekoliko potratna glede pasovne širine, so opisi SDP napisani tako stnjeno, da var čujejo z njo. Namesto angleških besed so za imena polj uporabljene za četne črke imen, na primer v za "version", s za "session name" in b za "bandwidth information" [12].

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 36

3.3.2 Skladnja SDP SDP nosi informacije o seji v obliki ve č vrstic teksta. Vsaka vrstica ima obliko polje=vrednost, tu je polje natanko enemu znak (ni vseeno ali je mala ali velika črka) in vrednost je odvisna od polja. V nekaterih primerih vrednost lahko sestoji iz ve č delov, lo čenih s presledki. Med poljem in znakom = in med = in vrednostjo presledki niso dovoljeni.

Najprej morajo biti navedena polja na nivoju seje, nato pa polja na nivoju medijev. Meja med podatki na nivoju seje in medijev nastopa tam, kjer se prvi č pojavi polje opisa medija (m=). Vsaka naslednja pojavitev takšnega polja označuje pri četek podatkov v zvezi z drugim medijskim tokom seje. SDP vsebuje obvezna polja, ki morajo nastopati v vsakem opisu seje in opcijska, ki jih je dovoljeno izpustiti. Oba bomo tu na kratko opisali. Obvezna polja: • v=: ozna čuje razli čico protokola. Pojav tega polja ozna čuje za četek opisa seje in konec prejšnjega opisa seje, če obstaja. • o=: izvor ali tvorec seje in identifikator seje. • s=: ime seje, niz znakov, ki ga je možno prikazati potencialnim udeležencem seje. • t=: podaja čas pri četka in konca seje. Nima pomena za seje, vzpostavljene s SIP, ker te lahko trajajo, kolikor ho čejo. Zato mora to polje v telesu sporo čil SIP imeti obliko t=0 0. • m=: ozna čuje tip medija, transportna vrata, kamor morajo biti poslani podatki, transportni protokol (na primer RTP) in medijski format (tipi čno eden od formatov koristne vsebine RTP). Pojav tega polja tudi ozna čuje mejo med informacijami na nivoju seje in medijev ali med razli čnimi opisi medijev.

Opcijska polja: Nekatera so samo za uporabo na nivoju seje ali samo na nivoju medijev, druga pa lahko za oboje. V takem primeru vrednost, uporabljena na nivoju medijev, prevlada nad vrednostjo z nivoja seje za ta primerek medija. Polja so: • i=: na nivoju seje je to besedni opis predmeta seje z namenom podati natan čnejši opis kot ime seje. To polje lahko nastopa na nivoju seje in medijev. V SIP-u je, čeprav ga lahko uporabimo, odve č, ker ima SIP že čelo Subject: .

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 37

• u=: to je URL (na primer spleten naslov), kjer je možno dobiti nadaljnje informacije o seji. Se redko najde v telesu sporo čila SIP. • e=: to je naslov elektronske pošte osebe, ki je odgovorna za sejo. Če je ve č takih oseb, je lahko ve č takih polj. Uporablja se samo na nivoju seje. • p=: to je telefonska številka osebe, odgovorne za sejo. Če je ve č takih oseb, je lahko ve č takih polj. Uporablja se samo na nivoju seje. Redko se najde pri SIP.

Ker smejo nekatera polja nastopati na obeh nivojih, je vrstni red nastopanja polj dolo čen. Mnogo polj vsebuje podpolja. V tem primeru je vrednost polja skupina ve č vrednosti (podpolj), lo čenih s presledki [12].

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 38

4 KODIRNIKI

4.1 AUDIO KODIRANJE

4.1.1 Metode kodiranja govora Kot vemo, je treba najprej govorni signal vzor čiti, nato pa kvantizirati. Ker je človeški govor v frekven čnem obmo čju med 300 in 3800 Hz, se z nizkoprepustnim filtrom izlo či vse frekvence nad 4000 Hz in vzor či s hitrostjo 8000 otipkov v sekundi. Ta na čin uporabljajo vsi govorni kodeki. Kot vemo lahko pri kvantizaciji nastane kvantizacijski pogrešek oz. šum, zato se lahko uporabi neenakomerna kvantizacija.

4.1.2 Vrste kodekov za govor Obstajajo tri vrste kodekov za govor: valovni, izvorni (znani tudi kot vokoderji) in hibridni.

Valovni kodeki ("waveform codec") v osnovi vzor čijo in kodirajo vstopni analogni signal, ne da bi upoštevali, kako je bil signal tvorjen. Nato oddajo kvantizirane vrednosti otipkov na cilj, kjer se rekonstruira prvotni signal, vsaj kot zelo dober približek prvotnega. Na splošno valovni kodeki tvorijo zelo kakovosten izhod in niso preve č zapleteni. Njihova zelo slaba lastnost pa je, da v primerjavi z drugimi kodeki porabijo veliko pasovne širine. Če so uporabljeni pri nizkih pasovnih širinah, se kakovost govora ob čutno poslabša.

Izvorni kodeki ("source codec", "vocoder") skušajo vstopni signal vzporediti z matemati čnim modelom tvorjenja govora. Ponavadi uporabljajo model vokalnega trakta v obliki linearno napovednega filtra skupaj z zastavico, ki dolo ča, ali je vzbujanje filtra trenutno zvo čno ali nezvo čno. S kodeka se na cilj pošlje skupina parametrov modela, ne pa predstavitev samega signala. Cilj je z uporabo istega modela v obratni smeri iz sprejetih

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 39

vrednosti rekonstruira analogni signal. Vokoderji delajo z nizkimi bitnimi hitrostmi, vendar lahko tvorijo govor, ki zveni sinteti čno. Uporaba višjih bitnih hitrosti ne pomaga veliko zaradi omejitev v uporabljenem modelu. Vokoderji se uporabljajo v zasebnih komunikacijskih sistemih in predvsem v vojaških aplikacijah, v javnih omrežjih pa se na splošno ne uporabljajo.

Hibridni kodeki skušajo ponujati najboljše iz prvih dveh vrst kodekov. Do dolo čene mere skušajo upoštevati valovno obliko signala, uporabljajo pa tudi znanje o tem, kako ljudje tvorijo zvoke. Lahko zagotavljajo precej visoko kakovost z nižjimi bitnimi hitrostmi kot valovni kodirniki. Slika 4.1 podaja primerjavo med omenjenimi vrstami kodekov glede na kakovost in pasovno širino [12].

Slika 4.1: Graf kakovosti kodekov [12]

4.1.3 G.711 G.711 je danes najbolj uporabljana metoda kodiranja. Gre za valovni kodek in je kodirna metoda, ki se uporablja v vodovno preklapljanih telefonskih omrežjih po vsem svetu. Nam je bolj znana pod imenom impulzno kodna modulacija (PCM). Kot vemo, ima frekvenco vzor čenja 8000 Hz, vsak otipek je predstavljen z 8 biti, uporablja nelinearno kvantizacij o

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 40

po zakonu A ali µ (pretežno v Severni Ameriki) in da bitno hitrost 64 kbps. Oba zakona dasta zelo dobro kakovost z MOS okoli 4,3. Najve čja slabost G.711 je potreba po pasovni širini 64 kbps.

4.1.4 Adaptivni diferen čni PCM - ADPCM Kodeki PCM, kot je G.711, pošiljajo na cilj posamezne otipke, kjer se rekonstruirajo, da se dobi signal zelo podobne oblike kot prvotni. Ker se govorni signal spreminja relativno po časi, pa je možno vrednost otipka napovedati na osnovi vrednosti prejšnjih. V tem primeru je treba poslati samo razliko med napovedano in dejansko vrednostjo otipka. Ker sprejemni konec proizvaja enake napovedi, lahko dolo či prvotno vrednost otipka, če pozna razliko med napovedano in dejansko vrednostjo. Ta metoda je znana pod imenom diferen čni PCM (DPCM) in lahko ob čutno zmanjša potrebno pasovno širino brez drasti čnega zmanjšanja kakovosti. Najpreprostejša oblika DPCM niti ne napoveduje vrednosti naslednjega otipka, ampak le odda razliko med otipkom N in N + 1.

Nekoliko izpopolnjena razli čica DPCM je adaptiven DPCM (ADPCM). Ta tipi čno napoveduje vrednosti otipkov na podlagi preteklih otipkov in z upoštevanjem nekaj poznavanja o tem, kako se govorni signal s časom spreminja. Napaka napovedi glede na dejansko vrednost se kvantizira in pošlje na cilj. Če privzamemo, da so napovedi razmeroma to čne, je za predstavitev napak potrebnih manj bitov in tako je manjša potreba po pasovni širini. Dober primer ADPCM je priporo čilo ITU-T G.721, ki daje z ADPCM kodiran govor z 32 kbps.

G.721 je bil sedaj nadomeš čen z G.726, ki je naprednejši kodek ADPCM. Kodirnik G.726 vzame govor, kodiran po zakonu A ali µ, in ga pretvori v kanal s hitrostjo 16, 24, 32 ali 40 kbps. Pri 32 kbps ima ADPCM G.726 MOS okoli 4,0, kar je precej dobro. Tako pri PCM kot ADPCM gre za valovne kodeke. Kot takšni nimajo algoritemske zakasnitve. To pomeni, da za delovanje algoritma ni treba kvantiziranih vrednosti otipkov ali kvantiziranih vrednosti napak za kratek čas zadržati pred oddajo. Glede na to, da je govorna komunikacija ob čutljiva na zakasnitve, je odsotnost algoritemske zakasnitve zelo dobra lastnost. Slabost pa je potrebna pasovna širina, posebno tiste višje [12].

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 41

4.1.5 Kodeki z analizo s sintezo - AbS Hibridni kodeki skušajo zapolniti vrzel med valovnimi in izvornimi. Kot smo omenili, valovni kodeki zagotavljajo dobro kakovost z višjimi bitnimi hitrostmi. Relativno sprejemljivo kakovost lahko dajo celo pri hitrostih do okoli 16 kbps. Za nižje hitrosti pa je njihova uporabnost omejena. Vokoderji pa lahko razumljiv govorni signal zagotovijo pri hitrosti 2,4 kbps in nižjih, vendar pri nobeni hitrosti ne morejo zagotoviti naravno zvene čega govora. Cilj hibridnih kodekov je zagotoviti visoko kakovosten govor pri nižjih bitnih hitrostih kot pri valovnih kodirnikih.

Najuspešnejši in najpogosteje uporabljani hibridni kodeki so kodeki v časovni domeni z analizo s sintezo - AbS. Uporabljajo isti model vokalnega trakta z linearno napovednim filtrom kot vokoderji z linearno napovednim kodiranjem - LPC. Namesto prej omenjenega dvostanjskega modela z zastavico uporabljajo za dolo čitev vhodnega signala za filter vzbujevalni signal, ki ga izberejo s tem, da skušajo dose či čim boljše ujemanje med valovno obliko rekonstruiranega signala in prvotnega govornega signala. Druga če povedano, preskusijo se razli čni vzbujevalni signali in izbere se tisti, ki da rezultat, kateri je najbližje prvotni valovni obliki (od tod ime AbS). Kodeki AbS so se pojavili leta 1982 in so postali znani pod imenom MPE. Kasneje so bili uvedeni kodeki RPE in CELP.

Omenimo priporo čilo G.728, ki definira nizko zakasnitveni CELP-kodirnik. Nizko zakasnitveni se imenuje zato, ker povzro ča zelo nizko algoritemsko zakasnitev, le 0,625 ms. To je tako malo, da je ne bi opazilo niti najpozornejše uho. Rabi samo 16 kbps. Glede na njegov MOS okoli 3,9 padec kakovosti v primerjavi s PCM ni tako velik, kot pa je prihranek pasovne širine. Kljub temu pa njegovo uporabo zelo redko zasledimo v komercialnih proizvodih VoIP. DSP so uporabljeni za G.728 in so precej dragi. Obstajajo kodirniki, ki zagotavljajo dobro kakovost pri nizki pasovni širini in ceneje kot G.728. Priporo čilo G.723.1 specificira govorni kodirnik, ki lahko dela s 6,3 kbps ali 5,3 kbps. Pri 6,3 kbps je signal kakovostnejši. Kodek mora obvezno ponujati obe hitrosti in lahko med njima med pogovorom izbiramo.

Kodirnik vzame pasovno omejen govorni signal, ga vzor či z 8000 Hz in enakomerno PCM-kvantizira, tako da nastane 16-biten signal PCM. Kodirnik nato hkrati dela na enem okvirju s po 240 otipki. Vsak okvir ustreza 30 ms govora, kar pomeni, da kodirnik

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 42

avtomati čno povzro či zakasnitev 30 ms. Uporablja tudi predogled s trajanjem 7,5 ms, kar da skupno algoritemsko zakasnitev 37,5 ms. Seveda se pojavijo še druge manjše zakasnitve znotraj kodirnika zaradi procesiranja. Vsak okvir gre skozi visokoprepusten filter za odstranitevenosmernih komponent in se nato razdeli na 4 podokvirje s po 60 otipki. Nad podokvirji se izvedejo razli čne operacije za ugotovitev primernih koeficientov za filter. V primeru hitrosti 5,3 kbps je uporabljen postopek ACELP, za 6,3 kbps pa MP-MLQ. Na cilj so poslani 24-oktetni okvirji (pri 6,3 kbps) oziroma 20-oktetni okvirji (pri 5,3 kbps), ki vsebujejo koeficiente linearne predikcije in druge podobne parametre.

Kot vemo, obi čajen pogovor vsebuje opazna obdobja tišine (ali vsaj tišino na eni strani). Za takšna obdobja je zaželeno, da ne bi porabili preve č pasovne širine s prenosom tišine z enako bitno hitrostjo, kot se prenaša govor. Zato G.723.1 Annex A specificira na čin za izlo čanje tišine ("silence suppression"), pri čemer se lahko uporabijo tudi t. i. okvirji za opis vstavitve tišine ("Silence Insertion Description" SID). Ti so dolgi samo 4 oktete, kar pomeni, da prenos tišine zaseda okoli 1 kbps. To je ob čutno bolje kot pri G.711, kjer se tudi tišina prenaša s 64 kbps.

Pri G.723.1 torej lahko oddajamo tri razli čne vrste okvirjev: tiste za 6,3 kbps, za 5,3 kbps in okvirje SID. G.723.1 ima MOS okoli 3,8, kar je dobro glede na zelo zmanjšano pasovno širino. Njegova slabost pa je najmanj 37,5 ms zakasnitve pri kodirniku. Čeprav je ta zakasnitev čisto v mejah sprejemljivosti za govor dobre kakovosti, pa se moramo zavedati, da je pomembna krožna zakasnitev, ne pa samo v eni smeri. Poleg tega se v omrežju pojavijo še druge zakasnitve, na primer zaradi procesiranja in čakalnih vrst v usmerjevalnikih v omrežju VoIP.

Priporo čilo G.729 specificira govorni kodirnik, ki dela pri 8 kbps. Uporablja vhodne okvirje s trajanjem 10 ms, kar ustreza 80 otipkom pri hitrosti vzor čenja 8000 Hz. Uporablja tudi 5 ms predogleda, kar daje algoritemsko zakasnitev 15 ms (to je veliko boljše kot pri G.723.1). Iz vsakega okvirja kodirnik ugotovi potrebne parametre. Informacije pošlje na cilj v 80-bitnih okvirjih. Ker vhodni signal ustreza 10 ms govora in povzro či oddajo 80 bitov, je oddajna bitna hitrost 8 kbps. G.729 ima MOS okoli 4,0. Obstaja tudi nekaj aneksov h G.729. Najprej omenimo G.729 Annex B. To je priporo čilo za ugotavljanje govorne aktivnosti - VAD, nezvezni prenos - DTX in tvorjenje poživitvenega šuma - CNG. Pri VAD gre preprosto za odlo čitev ali je na vhodu govor ali šum. Odlo čitev temelji na

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 43

analizi ve č parametrov vhodnega signala. Izvede se na osnovi trenutnega okvirja in prejšnjih dveh. To zagotavlja, da se prenos nadaljuje še vsaj dva okvirja potem, ko je govorec nehal govoriti. Druga odlo čitev je ali ne poslati ni česar ali poslati okvir SID. Okvir SID vsebuje informacije, ki omogo čajo, da dekodirnik tvori poživitveni šum, ki simulira šum ozadja z oddajne strani. Okvir SID G.729B je dolg le 15 bitov in ne 80 kot govorni. S privzetkom, da tišina traja nekaj časa, kodirnik opazuje šum ozadja. Če se ne pojavi znatna sprememba, se ne pošlje ni č in dekodirnik še naprej tvori isti poživitveni šum. Če kodirnik opazi znatno spremembo v energiji šuma ozadja, pa pošlje nov okvir SID da dekodirnik dobi nove informacije o lastnostih šuma ozadja. To prepre čuje poživitveni šum, ki bi bil konstanten in ki, če bi trajal dolgo, ne bi bil ve č poživitven za poslušalca. G.729 Annex D pošilja s hitrostjo 6,4 kbps in ima zato MOS podoben kot G.723.1 pri 6,3 kbps. G.729 Annex E pošilja s hitrostjo 11,8 kbps za ve čjo robustnost v prisotnosti znatnega šuma ozadja (predvsem glasbe) na vhodu [12].

4.1.6 Izbira kodekov Poleg predstavljenih kodekov obstaja še mnogo kodirnih metod, med katerimi lahko izbiramo. Na voljo so na primer kodeki iz brezži čnih sistemov CDMA in GSM. Za oboje je predpisan format prenosa s protokolom RTP. Poleg tega neprestano razvijajo nove kodirne na čine. Pri izbiri pri izvedbi omrežja gre za tehtanje med kakovostjo in porabo pasovne širine. Pri vrednostih MOS, navedenih pri posameznih kodekih, se je treba zavedati, da so praviloma bile pridobljene v laboratorijskih razmerah. Zelo možno je, da izbran kodek ne bo dal iste kakovosti v dolo čenem omrežju. Tako na primer G.711, čeprav zagotavlja najvišjo kakovost v idealnih razmerah, ne vsebuje postopkov za ravnanje z izgubljenimi paketi. V nasprotju z njim pa je G.729 zmožen nadomestiti izgubljen okvir z interpolacijo iz prejšnjih. Po drugi strani to povzro či, da imajo naslednji govorni okvirji pri dekodirniku napake, ker tvori izhodni signal na osnovi parametrov iz prejšnjih okvirjev in traja nekaj časa do okrevanja po izgubljenem ali okvarjenem okvirju. Odlo čiti se je treba, ali bo uporabljeno izlo čanje tišine ali ne. Statistike kažejo, da v zna čilnem pogovoru vsaka stran govori od 30 do 40 odstotkov časa, preostali čas pa je tišina.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 44

Pomembna postavka pri odlo čanju je zakasnitev, ki jo bo povzro čil kodek. Medtem ko valovni kodeki nimajo algoritemske zakasnitve, imajo napovedni kodeki zakasnitev pri kodirniku in nekoliko manjšo pri dekodirniku. Pomemben je tudi interval paketiranja, tj. na koliko časa bomo za oddajo kodiranega govora naredili nov paket. Daljši interval paketiranja pomeni manjši omrežni balast, povzro čen s čeli RTP, UDP in IP. Hkrati pa pomeni ve čjo zakasnitev, kar vpliva na kakovost govora. Zna čilno je, da interval paketiranja med 20 in 40 ms pomeni dobro uravnovešenost med zakasnitvijo in porabo pasovne širine. Dejanska zakasnitev paketiranja pa je odvisna od izbranega kodeka. G.729 na primer deluje na 10 ms govornih otipkih, tako da ne moremo recimo izbrati interval paketiranja 25 ms. G.723.1 pa deluje na 30 ms otipkih, kar pomeni, da za ta kodek ne moremo uporabiti intervala 20 ms. RFC 1889 definira privzeti interval paketiranja 20 ms za kodeke, ki delujejo z 20 ms okvirji ali krajšimi. Kadar je interval okvirjenja daljši od 20 ms, pa naj bi bil interval paketiranja enak intervalu okvirjenja. Še en dejavnik je zahtevana mo č digitalnega signalnega procesorja, merjena v milijonih inštrukcij na sekundo - MIPS. Medtem ko bi G.728 ali G.729 potreboval procesor s 40 MIPS, bi G.726 lahko delal s procesorjem z l0 MIPS. Na splošno velja, da je DSP z ve č MIPS dražji. Na sre čo se razmerje med ceno in MIPS izboljšuje, tako da ta dejavnik ni ve č tako pomemben [12].

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 45

4.2 VIDEO KODIRANJE

4.2.1 H.261: Kodek za osnovno video konferenco H.261 je standard ITU za video kodiranje. Na črtovan je bil za podatkovne prenose, ki so ve čkratniki 64 kbit/s. Ozna čimo jih lahko tudi kot p × 64 kbit/s (p je v obmo čju med 1 in 30). Ti podatkovni prenosi so narejeni za ISDN linije, za katere je bil kodek H.261 tudi na črtovan. H.261 prenaša video z uporabo realno – časovnega transportnega protokola (RTP) in z vsemi nižjimi protokoli.

Kodirni algoritem je hibrid medslikovne napovedi, transformacijskega kodiranja in kompenzacije gibanja. Podatkovni prenos kodirnega algoritma je bil na črtovan za nastavitev med 40 kbit/s in 2 Mbit/s. Pri vmesnem kodiranju se bloki velikosti 8 x 8 med sabo kodirajo v zvezi s samim sabo in so poslani direktno k blokovnemu transformiranju. Po drugi strani se vmesno kodirani okvirji kodirajo v povezavi z drugimi okvirji. Medslikovna napoved odstranjuje za časen presežek, transformacijsko kodiranje pa odstranjuje prostorski presežek. Za odstranitev vsakega nadaljnjega presežka v prenesenem toku bitov (bitstream) uporabimo kodiranje s spremenljivo dolžino [3].

H.261 podpira kompenzacijo gibanja pri kodiranju kot opcijo. Pri kompenzaciji gibanja se zgradi polje za iskanje prejšnjega okvirja za dolo čitev najboljše zveze z makro blokom.

H.261 podpira dve slikovni resoluciji in sicer QCIF velikosti 144 x 176 to čk in CIF velikosti 288 x 352 to čk. CIF je del videokonferen čnega standarda ITU H.261, ki specificira hitrost 30 slik v sekundi, od katerih vsebuje vsaka 288 vrstic s po 352 piksli.

Video multiplekser strukturira stisnjene podatke v hierarhi čni »bitstream«, ki se ga lahko univerzalno interpretira. Hierarhija je sestavljena iz štirih plasti: 1. Sloj slike: ujema se z eno video sliko (okvir) 2. Množica blokov: ujema se z ½ CIF slik ali 1/3 QCIF 3. Makro bloki: ujema se z 16 x 16 to čkami luminance (svetlosti) in 8x8 krominance (barvitosti) 4. Bloki: ujema se z 8 x 8 to čkami.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 46

Protokolna struktura - H.261: Video kodiranje in dekodiranje (CODEC)

3 6 7 8 12 17 22 27 32 bits SBIT EBIT I V GOBN MBAP QUANT HMVD VMVD Tabela 4.1: Protokolna struktura H.261

• SBIT – začetni bit. Število najbolj pomembnih bitov, ki bodo ignorirani v prvi vrsti podatkovnega okteta. • EBIT – kon čni bit. Število najmanj pomembnih bitov, ki bodo ignorirani v zadnji vrsti podatkovnega okteta. • I – vmesno kodirano podatkovno polje. Nastavljeno na 1, če »stream« vsebuje samo vmesne okvirje in na 0, če »stream« mogo če vsebuje vmesne okvirje. • V – gibalna vektorska zastavica. Nastavljeno na 0, če vektorji gibanja niso uporabljeni in na 1, če so vektorji gibanja mogo če uporabljeni. • GOBN – GOB številka. Dekodira GOB število na za četku paketa. Če je paket nastavljen na 0, vsebuje paket GOB glavo (header). • MBAP –naslovna napoved makro bloka. • QUANT – kvantizacijsko polje. • HMVD – podatkovno polje z vodoravnim vektorjem gibanja. • VMVD – podatkovno polje z navpi čnim vektorjem gibanja.

4.2.2 H.263: Video kodek za srednje kvalitetno video konferenco H.263 – ITU podpira video kompresiranje za video konference in videotelefonijo ter njene aplikacije. H.263 je bil razvit za prenos videa pri pasovnih širinah 20 – 24 kbit/s in je osnovan na protokolu H.261. Protokol H.263 potrebuje polovico pasovne širine v primerjavi z H.261, da doseže enako kvaliteto videa. Kot rezultat tega je H.263 v veliki ve čini zamenjal H.261. H.263 uporablja RTP za prenos videa. Kodirni algoritem je podoben tistemu, ki je uporabljen pri H.261, vendar z dolo čenimi izboljšavami in spremembami. Te spremembe bi naj izboljšale zmogljivost in odkrivanje napak. Polovi čna piksel preciznost je uporabljena pri kompenzaciji gibanja, medtem ko H.261 uporablja

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 47

polno piksel preciznost in filter za odkrivanje zank. Nekateri deli hierarhi čne strukture podatkovnega pretoka so sedaj na izbiro, da je lahko kodek konfiguriran za nižje podatkovne prenose ali za boljše popravljanje odkritih napak. Sedaj so na razpolago štiri dodatne možnosti za izboljšanje zmogljivosti: • Neomejen vektor gibanja. • Sintaksno podprto aritmeti čno kodiranje. • Napredna napoved. • Naprejšnja in nazajšnja napoved okvirjev podobno kot MPEG.

H.263 nam podaja pet rešitev. K seštevku QCIF in CIF, ki ju že podpira CIF, so dodani še SQCIF, 4CIF in 16CIF. SQCIF je natan čno pol resolucije od QCIF. 4CIF in 16CIF sta 4 ali 16-kratnika resolucije CIF. Podpora 4CIF in 16CIF pomeni, da lahko kodek konkurira s standardi kot so MPEG. H.263 video tok mora biti razdeljen v pakete za prenos preko omrežij. Transportni protokol H.263 uporablja RTP (protokol za prenos v realnem času) [4].

Format Luminanca Luminanca H.261 H.263 Nestisnjena bitna hitrost (Mbit/s) slike (piksel) (vrstice) podpora podpora 10 okvirjev/s 30 okvirjev/s sivo barvno sivo barvno SQCIF 128 96 DA 1.0 1.5 3.0 4.4 QCIF 176 144 DA DA 2.0 3.0 6.1 9.1 CIF 352 288 opcija opcija 8.1 12.2 24.3 36.5 4CIF 704 576 opcija 32.4 48.7 97.3 146.0 16CIF 1408 1152 opcija 129.8 194.6 389.3 583.9 Tabela 4.2: Formati slik in njene lastnosti

Protokolna struktura - H.263: Video kodiranje in dekodiranje

Protokol za prenos v realnem času je uporabljen za transport H.263 video toka. Vsebina glave za H.263 je definirana s tremi formati – na čin A, na čin B in na čin C. • V na činu A: pred dejanskim kompresiranim H.263 video pretokom je postavljena vsebina glave s štirimi zlogi. Ta omogo ča drobitev na meji GOB. • V na činu B: uporabljena je 8 zlogovna vsebina glave. Vsak paket se za čne na MB meji brez opcije PB okvirjev.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 48

• V na činu C: definirana je 12 zlogovna glava, ki podpira drobitev na MB meji za okvirje kodirane z opcijo PB okvirjev. Drobitev ali fragmentacija je postopek IP, pri katerem se paket razseka na ve č manjših delcev, tako kot to zahteva fizi čno omrežje prek katerega se prenaša paket.

Format glave v na činu A

1 2 5 8 11 12 13 14 15 16 bit F P SBIT EBIT SRC I U S A R R (cont.) DBQ TRB TR Tabela 4.3: Glava v na činu A

• F – zastavica nakazuje na čin vsebine glave: 0 - na čin A. 1 - na čin B ali na čin C odvisno od P bita. • P - P bit specificira opcijski PB-okvir. • SBIT - začetni bit. Število najbolj pomembnih bitov, ki bodo ignorirani v prvi vrsti podatkovnega okteta. • EBIT - kon čni bit. Število najmanj pomembnih bitov, ki bodo ignorirani v zadnji vrsti podatkovnega okteta. • SRC – izvorni format, ki specificira resolucijo trenutne slike. • I – kodirni tip slike. • U – zastavica nastavljena na 1, če je izbira »Unrestricted Motion Vector« nastavljena na 1 v trenutni glavi slike, druga če je nastavljena na 0. • S - zastavica nastavljena na 1, če je izbira »Syntax-based Arithmetic Coding« nastavljena na 1 v trenutni glavi slike, druga če je nastavljena na 0. • A - zastavica nastavljena na 1, če je izbira »Advanced Prediction« nastavljena na 1 v trenutni glavi slike, druga če je nastavljena na 0. • R - rezervirano, nastavljeno na 0. • DBQ – diferen čno kvantizacijski parameter. Vrednost bi morala biti enaka kot v DBQUANT. Nastavljen na 0, ko PB okvir ni uporabljen. • TRB – »TemporaReference« za B okvir kompresiranega pretoka v H.263. Nastavljen na 0, če opcija PB okvirjev ni uporabljena.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 49

• TR – »TemporaReference« za P okvir kompresiranega pretoka v H.263. Nastavljen na 0, če opcija PB okvirjev ni uporabljena.

Format glave v na činu B

1 2 5 8 11 16 bit F P SBIT EBIT SRC QUANT GOBN MBR R I U S A HMV1 VMV1 HMV2 VMV2 Tabela 4.4: Glava v na činu B

F, P, SBIT, EBIT, SRC, I, U, S in A so definirani kot v na činu A.

• QUANT – kvantizaijska vrednost za prvi MB kod na za četku paketa. Nastavljen na 0, če se paket za čne z GOB glavo. • GOBN - GOB številka z učinkom na za četku paketa. GOB številka je specificirana razli čno za razli čne resolucije. • MBA – naslov znotraj GOB za četnega MB v paketu, upoštevajo č od 0 v skeniranem zaporedju. Npr.: tretji MB v bilo katerem GOB je podan z MBA=2. • R - rezervirano, nastavljeno na 0. • HMV1, VMV1 – horizontalna in vertikalna gibalna vektorska napoved za prvi MB v paketu. Ko so štirje gibalni vektorji uporabljeni za trenutni MB z opcijo napredne napovedi, so ti gibalni vektorji napovedi za blok 1 v MB. Vsako 7-bitno polje dekodira gibalni vektor v polovi čni resoluciji v primerjavi z drugo dopolnilno številko. • HMV2, VMV2 - horizontalna in vertikalna gibalna vektorska napoved za blok številka 3 v prvem MB v paketu, ko so uporabljeni štirje gibalni vektorji z opcijo napredne napovedi. To je potrebno zaradi tega, ker blok številka 3 v MB potrebuje druga čne gibalne vektorje kot drugi bloki v MB. To dvoje polj ni uporabljeno, ko ima MB samo en gibalni vektor. Vsako 7-bitno polje dekodira gibalni vektor v polovi čni resoluciji v primerjavi z drugo dopolnilno številko.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 50

Format glave v na činu C

1 2 5 8 11 16 bit F P SBIT EBIT SRC QUANT GOBN MBR R I U S A HMV1 VMV1 HMV2 VMV2 RR RR(c) DBR TRB TR Tabela 4.5: Glava v na činu C

F, P, SBIT, EBIT, SRC, I, U, S, A, DBQ, TRB in TR so definirani kot v na činu A. QUANT, GOBN, MBA, HMV1, VMV1, HMV2, VNV2 so definirani kot v na činu B.

4.2.3 H.264 / MPEG-4: Video kodek za visoko kvalitetne video konference H.264 in MPEG-4 (Part 10), tudi imenovan napredno video kodiranje (AVC - kodirni postopek, ki zahteva bistveno manjšo pasovno širino ob enaki kakovosti videa), je bil razvit v združenju med ITU in ISO. H.264/MPEG-4 podpira video kompresijo za aplikacije video konference in videotelefonije. H.264 video kodek ima zelo velik nabor aplikacij za vse vrste digitalnega videa. To pomeni, da podpira pretok vsebine za nizke pasovne širine, vse tja do HDTV.

H.264 / MPEG-4 je bil na črtovan kot enostaven in prilagojen za video kodiranje s pove čano kompresijo storitev, kar omogo ča “network-friendly” video predstavitev. H.264 / MPEG-4 je dosegel pomembno izboljšavo v stopnji popa čenja u činkovitosti. Poskrbel je za eno ali dve izboljšavi v ohranjanju bitne hitrosti v primerjavi z MPEG-2 videom, ki je najbolj splošen standard, uporabljen za shranjevanje in prenos videa. Kodirna pridobitev H.264 je v primerjavi z H.263 v obsegu med 25 % in 50 %, odvisno od tipa aplikacije, v kateri se uporablja.

H.264/MPEG-4 zasnova pokriva VCL, ki u činkovito predstavlja video vsebino v sloju NAL, ki oblikuje VCL predstavitev videa in priskrbi informacije v glavi na na čin, ki je primeren za prenašanje s posebnimi transportnimi sloji (protokol za prenos v realnem času) ali pomnilniškimi mediji. Vsi podatki so vsebovani v NAL enotah. NAL enota specificira splošno obliko uporabe v paketno orientiranem in bitnem sistemu [5].

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 51

H.264 / MPEG-4 video pretok mora biti razdeljen v pakete za prenos preko omrežja. Transportni protokol za H.264 / MPEG-4 pretok je RTP - protokol za prenos v realnem času. Spodnja tabela prikazuje H.264 / MPEG-4 lastnosti in prednosti.

Lastnost Prednost Natan čen četrtinski vzorec gibalne H.264 kodek uporablja natan čen četrtinski kompenzacije vzorec gibalne kompenzacije kot H.263, ampak z nadaljnjo izboljšavo in zmanjšano zapletenostjo Prikazovalni red in referen čna neodvisnost Dekodirnik lahko izbere najboljši na čin prikazovanja slike za gibalno kompenzacijo, če se s tem izboljša celotna zmogljivost Utežena napoved Signal napovedi gibalne kompenzacije je lahko utežen ali odmaknjen s strani dekodirnika, če se s tem izboljša zmogljivost v scenah, ki pojemajo. Mala blokovna transformacija H.264 je prvotno osnovan na 4 × 4 transformaciji, ki pozitivno vpliva na kvaliteto dolo čenih scen. Hierarhi čna blokovna transformacija Čeprav je osnovna blokovna transformacija 4 × 4, je standard dovolj fleksibilen tudi za ve čje blokovne transformacije kot so npr. 8 × 8 ali 16 × 16, če se s tem izboljša zmogljivost. Kratka besedna transformacija H.264 zmanjša zapletenost zaradi potrebe po samo 16-bitnem procesiranju. Natan čna inverzna transformacija V nasprotju s prejšnjimi standardi, vsi dekodirniki, ki procesirajo video z uporabo H.264, bo slika producirana vedno enako. Aritmeti čno in okoliš činam prilagodljivo H.264 kodek uporablja napredne entropijske entropijsko kodiranje metode za izboljšavo celotne zmogljivosti. Parametri čni nabor strukture Lo čitev parametri čnega nabora strukture od preostanka podatkov in posebno ravnanje naredi vse skupaj manj ob čutljivo za izgubo informacij Tabela 4.6: Lastnosti in prednosti H.264 / MPEG-4

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 52

Protokolna struktura - H.264: Video kodiranje in dekodiranje (CODEC)

Network Abstraction Layer (NAL) enota velikosti enega okteta ima naslednjo obliko: 1 3 8 bit F NRI Type Tabela 4.7: NAL

F: prepovedan ni čelni bit. H.264 specifikacija deklarira vrednost 1 kot sintaksno kršitev. NRI: 00: vsebina NAL enote ni uporabljena za rekonstrukcijo slike za medslikovno napoved

Ostale vrednosti: dekodiranje NAL enote je potrebno za vzdrževanje integritete reference slike.

Tip: NAL enote koristne vsebine Tip Paket Ime tipa 0 Nedefinirano 1 – 23 NAL enota Enojni paket NAL enote za H.264 24 STAP-A Enkratno združevanje paketov 25 STAP-B Enkratno združevanje paketov 26 MTAP16 Ve čč asovno združevanje paketov 27 MTAP24 Ve čč asovno združevanje paketov 28 FU-A Drobitvena enota 29 FU-B Drobitvena enota 30 – 31 Nedefinirano Tabela 4.8: Enote koristne vsebine NAL

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 53

5 VARNOST

Pri vsakem prenosu sporo čil med pošiljateljem ter prejemnikom obstaja možnost, da tretja nepovabljena oseba na prenosnem mediju prestreza sporo čila. V namen prepre čitve nepooblaš čenega dostopa uporabimo kriptografske postopke. To je podro čje v znanosti, ki se ukvarja z zaš čito podatkov.

Vsebino sporo čila P želimo prenesti med dvema to čkama, ki sta povezani s transportnim sistemom. Dokler je sporo čilo znotraj lokalne informacijske infrastrukture, imamo dovolj na činov za zaš čito njegove vsebine. Ko pa sporo čilo zapusti varno zavetje lokalnega ra čunalnika, uporabnik izgubi nadzor nad njim. Izpostavljen je vrsti nepoklicanih, ki se lahko okoristijo z njegovo vsebino. Da bi zmanjšali nevarnost vdora, moramo možnim vdiralcem delo čim bolj otežiti. Kot primerno oteževanje se je izkazalo skrivanje ali kriptiranje sporo čil. Sporo čilo z metodo zakrivanja (enkripcijska metoda) in enkripcijskim klju čem predelamo v obliko E(P), ki je vdiralec ne razume. Tako spremenjeni podobi sporo čila re čemo kriptogram. Na sprejemni strani prejemnik s pomo čjo dekripcijske metode in dekripcijskega klju ča kriptogram pretvori v izvorno obliko sporo čila. Slika 5.1 nam prikazuje celoten postopek šifriranja in dešifriranja podatkov [7].

Slika 5.1: Šifriranje ter dešifriranje [7]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 54

Sistemi H.323 komunicirajo preko paketnih omrežij, ki ne zagotavljajo dolo čene kakovosti storitev. Poleg tega ne omogo čajo tudi varnostnih storitev, kot sta avtentikacija uporabnikov in zasebnost podatkov. V ta namen je bilo razvito priporo čilo H.235, ki opisuje, kako implementirati razli čne varnostne mehanizme v sistemih, ki za kontrolni protokol uporabljajo protokol H.245.

V procesu avtentikacije gre za ugotavljanje, če je uporabnik res to, za kar se izdaja. Priporo čilo H.235 opisuje protokol za izmenjavo certifikatov, ne predpisuje pa kriterijev za preverjanje in potrjevanje veljavnosti certifikatov. Namen certifikata je potrditev, da je uporabnik kon čne naprave (in ne kon čna naprava sama) res to, za kar se izdaja. Poleg tega na čina avtentikacije lahko uporabimo signalizacijo ali pa lo čen varnostni protokol.

Prvi korak pri varovanju tokov multimedijskih podatkov je vzpostavitev zasebnega nadzornega kanala (H.245). Po njem se dolo či šifrirne klju če in odpre logi čne kanale, po katerih se bodo prenašali šifrirani toki multimedijskih podatkov. Sami tokovi multimedijskih podatkov morajo nato biti šifrirani v skladu z algoritmom in klju či, ki so podani v kontrolnem kanalu H.245. Podatki se na transportnem nivoju segmentirajo in potem še šifrirajo, kot nam prikazuje slika 5.2.

Slika 5.2: Postopek šifriranja multimedijskih podatkov [7]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 55

6 STRUKTURA OMREŽJA

6.1 Globalna uporaba

Na sliki 6.1 je prikazana splošna oblika omrežja za videotelefonijo. Preko strukturiranega omrežja se med sabo povezujeta dva uporabnika.

Slika 6.1: Struktura omrežja med uporabniki

V realnosti se preko omrežja povezuje na tiso če uporabnikov, vendar bomo zaradi lažje razlage uporabljal samo dva uporabnika. Ta dva uporabnika se lahko med sabo povezujeta preko ve č tehnologij. Danes se v Sloveniji najve č ljudi povezuje preko xDSL ali opti čnega omrežja. Uporabnik 1 se preko bakrenega kabla ali opti čnega vlakna najprej poveže na njemu najbližjo centralo. Nato je ta centrala vezana na drugo njej najbližjo centralo, itd. Vsaka centrala je sestavljena iz ve č elementov. Na centrali so lahko DSLAM-i, stikala, usmerjevalniki, strežniki. Vse centrale imajo tudi skupno vozliš če preko katerega poteka ves promet. Na tem skupnem vozliš ču je lahko oprema, ki je prikazana na sliki 6.2. in omogo ča videotelefonijo. Sledi podrobnejši opis sistema, ki je potreben za delovanje videotelefonije. Na sliki 6.2 so prikazani gradniki brez katerih videotelefonija ali IP telefonija nasploh ne more delovati.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 56

Slika 6.2: Podrobna struktura omrežja

Kot že prej omenjeno, se bomo tudi tokrat osredoto čili na dva uporabnika. Na vsaki strani je potrebna dolo čena oprema brez katere storitev videotelefonija ne deluje. Tako mora biti na strani uporabnika videotelefon in aktivna povezava v omrežje ponudnika. To povezavo omogo ča xDSL modem, kabelski modem ali opti čno stikalo. Na ta modem ali stikalo se poveže videotelefon. Pogoj, ki mora biti izpolnjen je pravilna konfiguracija videotelefona. Kot vsi ostali telefoni, mora imeti tudi videotelefon svojo telefonsko številko.

Telefonske številke se po podro čju med sabo razlikujejo. Številke se lahko konfigurirajo v obliki 200001386xxxxxxxx – za podro čje Ljubljane, 200003386xxxxxxxx – za podro čje Maribora, itd. Vsak operater ima druga čno obliko telefonske številke. Zelo pomembno pri konfiguraciji telefonskih številk je dolo čitev poštne številke. Z izbiro poštne številke dolo čimo prvi del telefonske številke in sicer 200003 386xxxxxxxx. Zakaj je pravilna izbira poštne številke pomembna? Ta skrbi, da v primeru klica na 113 ali 112 veže klicatelja na njemu najbližjo centralo za pomo č. Če je izbrana napa čna poštna številka in se telefon prijavi na napa čen strežnik se lahko zgodi, da uporabnik, ki potrebuje pomo č v Mariboru dobi reševalno službo v Ljubljani. Naslednja pomembna stvar pri konfiguraciji videotelefona je nastavitev pravilnih strežnikov za registracijo. Po Sloveniji je postavljenih

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 57

ve č strežnikov za registracijo in sicer za vsako področje vsaj eden. Naslov strežnika je podan v obliki IP naslova 84.255.xxx.xx. Strežnikov je ve č, da se bi stranke porazdelile enakomerno po razli čnih podro čjih. To je tudi varnostno zagotovilo v primeru, če se pripeti okvara na opremi. Če bi imeli samo en strežnik, bi bila v izpadu celotna Slovenija, tako pa izpade samo dolo čeno podro čje. Če je modem povezan v omrežje in videotelefon pravilno konfiguriran, se klic lahko izvede. Ko se videotelefon prvi č poveže v omrežje, mora najprej pridobiti IP naslov. Če ga ne pridobi, se videotelefon ne more povezati v omrežje. Ta IP naslov se po dolo čenem času obnovi, kar pa je odvisno od ponudnika storitev. Ko je telefon pridobil svoj IP naslov, se ta lahko poveže na strežnik xBC. Preko tega strežnika poteka klic, vendar pa je za tem strežnikom še je nekaj drugih strežnikov, ki so prav tako potrebni za uspešen klic. Tako so še za njim najpomembnejši strežnik za preverjanje registracije, strežnik za registracijo, enota za preklapljanje, strežnik za iskanje lokacije telefonske številke in strežnik za zara čunavanje. Strežnik za preverjanje registracije in strežnik za registracijo sta seveda povezana. Najprej se na strežniku za preverjanje registracije preveri pravilnost telefonske številke in njena konfiguracija. Če je ta uspešna, se številka lahko registrira na strežniku. Seveda se vsa ta registracija izvede že pred dejanskim klicem. Vsa ta registracija se izvede ob prvi prijavi telefona v omrežje.

Potem je tu še enota za preklapljanje. Na tem strežniku so zbrani vsi podatki o vseh telefonskih številkah operaterja. To pomeni, da ko kli če klicatelj številke A in se ho če pogovarjati s prijateljem, ki ima številko B, enota za preklapljanje ustrezno poiš če lokacijo številke B in preusmeri klic. Lokacijo številke poiš če s pomo čjo strežnika za iskanje lokacije telefonske številke. Za enoto za preklapljanje se nahaja še tako imenovani MGW. Ta enota skrbi za povezavo z drugimi TDM operaterji. To se uporabi takrat, ko se številka B nahaja v drugem omrežju kot se nahaja številka A. Če se številka B nahaja v omrežju operaterja, ki prav tako ponuja VoIP, se ne uporabi MGW, ampak poteka komunikacija direktno preko xBC strežnika. Omenimo še strežnik za zara čunavanje klicev. Na njega je povezanih ve č individualnih strežnikov, ki imajo shranjene tarife klicev. Na samem strežniku so shranjene datoteke klicev v obliki CDR. Datoteka CDR je na čin merjenja uporabe storitve. To je formatirana zbirka informacij o zara čunljivem dogodku. S pomo čjo strežnika za obra čunavanje operaterji klice ustrezno zara čunajo.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 58

6.2 Doma ča uporaba

Slika 6.3 prikazuje primer uporabe videotelefonije v doma čem okolju s pomo čjo centrale Asterisk. Je eden izmed načinov, na katerega lahko družina v ve č stanovanjski hiši ali stanovanjskem naselju, ki še nimajo dostopa do interneta, komunicirajo na moderen in dokaj enostaven na čin. Seveda bi lahko uporabili navaden domofon, vendar pa ta nima enake funkcionalnosti in možnosti nadgradnje kot centrala Asterisk v kombinaciji z videotelefoni.

Slika 6.3: Uporaba videotelefonije preko Asterisk centrale

Za pravilno delovanje potrebujemo naslednje elemente: videotelefone, usmerjevalnik in strežnik. Za strežnik se lahko uporabi tudi navaden namizni ra čunalnik. Najprej smo se lotili strežnika. Kot smo že omenili, se za strežnik lahko uporabi namizni ra čunalnik ali v našem primeru prenosnik. Na ra čunalnik smo kot prvo namestili ustrezen operacijski sistem in sicer CentOS. Imamo tudi podporo za Windows, vendar je vzpostavitev centrale težja kot v sistemu CentOS. Po uspešni namestitvi operacijskega sistema je sledila namestitev same centrale Asterisk. Da bi centrala pravilno delovala, moramo biti

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 59

prijavljeni kot administrator računalnika. Programsko opremo smo dobili na njihovi spletni strani [12]. Namestitev programske opreme ni preve č težka in traja nekje eno uro. Če pri namestitvi naletimo na kak problem, si lahko pomagamo z njihovim spletnim forumom, kjer je podrobno opisan celoten postopek in odprava težav, ki lahko nastopijo pri namestitvi. Pri namestitvi se namestijo tudi ustrezne datoteke, ki jih uporabnik kasneje glede na svoje zahteve spreminja. Za nas so bili pomembni »extensions.conf« in »SIP.conf«. V »extensions.conf« podamo telefonske številke, ki jih bomo uporabljali in ime datoteke, kjer je vsaka telefonska številka podrobneje deklarirana. V našem primeru sta izbrani telefonski številki 100 in 200. Ve čje je število telefonskih številk, bolj je datoteka kompleksna.

extensions.conf [globals] [general] [internal] exten => 100,1,Dial(SIP/100) exten => 200,1,Dial(SIP/200)

Tabela 6.1: Datoteka »extensions.conf«

Datoteka, v kateri so telefonske številke deklarirane, je »SIP.conf«. Natan čneje so tu podane lastnosti telefonskih številk, ki jih bomo v svoji centrali uporabljali. V njej so prav tako našteti vsi kodeki, ki jih bomo uporabljali. V splošnem so podani samo kodeki, ki jih uporablja VOIP telefonija. Tako smo morali vklju čiti podporo za videotelefonijo in ustrezne kodeke. Vklju čili smo h.261, h.263 in h.263p.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 60

SIP.conf [general] videosupport = yes

[100] [200] type = friend type = friend context = internal context = internal callerid = 100 callerid = 200 host = dynamic host = dynamic disallow = all disallow = all allow = ulaw allow = ulaw allow = alaw allow = alaw allow = speex allow = speex allow = gsm allow = gsm allow = h261 allow = h261 allow = h263 allow = h263 allow = h263p allow = h263p canreinvite = no canreinvite = no

Tabela 6.2: Datoteka »SIP.conf«

Potrebno je namestiti še usmerjevalnik in videotelefon. Na usmerjevalniku je bila potrebna nastavitev obmo čja IP naslovov, ki se bodo uporabljali za centralo in obmo čje naslovov, ki se bodo naprej uporabljali za internet. Dolo čili smo fiksne IP naslove za centralo in videotelefone – vezali smo IP naslov na MAC naslov strežnika in videotelefonov. Zakaj je to potrebno, bomo opisali pri konfiguraciji videotelefonov.

Tudi konfiguracija videotelefona ni preve č kompleksna. V videotelefon moramo nastaviti IP naslove za registracijski strežnik, številko vrat – 5060, domeno SIP, ki je enaka registracijskemu strežniku, telefonsko številko – 100 ali 200 in uporabniško ime. Uporabniško ime je enako kot telefonska številka. IP naslov za registracijo številke je naslov strežnika, v našem primeru ra čunalnika, na katerem je Asterisk nameš čen. Zaradi

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 61

tega smo pri namestitvi usmerjevalnika dolo čili ustrezne IP naslove, ki so bili vezani na MAC naprave. Če tega ne bi naredili, bi mu lahko usmerjevalnik ob ponovnem zagonu strežnika dodelil drug IP naslov. Posledica tega bi bilo nedelovanje videotelefona. Zakaj? Videotelefon bi imel vpisane napa čne naslove strežnika za registracijo. Na sliki 6.4 je prikazan primer konfiguracije videotelefona.

Slika 6.4: Konfiguracija videotelefona

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 62

6.3 Prikaz grafov razli čnih video klicev

V grafi čni obliki smo zabeležili in prikazali uspešno izveden klic s pomo čjo programa za zajemanje prometa preko omrežja Wireshark. Potek klica je prikazan na sliki 6.5 in sliki 6.6. Najprej bomo na kratko predstavili potek klica na sliki 6.5, kjer poteka vzpostavitev klica. V glavi grafa je vidno, da smo povezali 3 naprave – podane ima 3 razli čne IP naslove. Napravi z naslovoma 192.168.1.100 in 192.168.1.3 sta videotelefona, naslov 192.168.1.7 pa pripada centrali Asterisk. Klicatelj poda zahtevo za vzpostavitev klica preko centrale s sporo čilom INVITE. Klicani mu odgovori s sporo čiloma TRYING in RINGING. Nato klicani tvori odgovor z OK in ga pošlje kli čočemu. Kli čoči odjemalec potrdi prejem odgovora klicanega z oddajo sporo čila ACK. Po uspešni vzpostavitvi klica se za čne izmenjava medija. Medij je najpogosteje obi čajni govor, v našem primeru tudi video.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 63

Slika 6.5: Potek uspešnega klica v Wiresharku

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 64

Zaklju ček klica je prikazan na sliki 6.6. Na koncu ena od strani kon ča klic, tako da pošlje sporo čilo BYE. V našem primeru je to ista stran, kot je podala zahtevo za vzpostavitev klica. Stran, ki prejme sporo čilo BYE, pošlje OK, da potrdi njegov sprejem. Tako je klic kon čan.

Slika 6.6: Zaklju ček uspešnega klica v Wiresharku

Zabeležili smo še tudi možnosti scenarija, ko klicani ne prevzame klica in ko klicani no če dvigniti in ga prekine. Prvi scenarij, ko klicani ne prevzame klica, je prikazan na sliki 6.7. Klicatelj poda zahtevo za vzpostavitev klica preko centrale s sporo čilom INVITE. Klicani mu odgovori s sporo čiloma TRYING in RINGING. Ker se klicani po dolo čenem času ne oglasi, klicatelj odloži slušalko. S tem pošlje zahtevo s sporo čilom CANCEL. Stran, ki sprejeme sporo čilo CANCEL, pošlje OK, da potrdi sprejem sporo čila.

Slika 6.7: Klicani ne prevzame klica

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 65

Scenarij, ko klicani no če prevzeti klica in ga prekine, je prikazan na sliki 6.8. Klicatelj poda zahtevo za vzpostavitev klica preko centrale s sporo čilom INVITE. Klicani mu odgovori s sporo čiloma TRYING in RINGING. Ker klicani no če prevzeti klica, prekine klic prej kot je sploh že vzpostavljen. K centrali se pošlje odgovor s sporo čilom 487, kar pomeni, da zahteva za vzpostavitev ni bila uspešna. Centrala potrdi sprejem in pošlje CANCEL. Nato še pošlje klicatelju odgovor za neuspeh po vzpostavitvi, kar klicatelj potrdi s sporo čilom ACK.

Slika 6.8: Klicani klic zavrne

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 66

7 GRADNIKI OMREŽJA

7.1 Asterisk

Na trgu danes najdemo veliko ponudnikov telefonskih central, ki so si vsaj na prvi pogled zelo podobne. Ve čje razlike so pri funkcionalnosti, skalabilnosti in cenah. Izhajajo č iz omenjenih razlik, iz poplave telekomunikacijskih rešitev najbolj izstopajo odprtokodni telekomunikacijski sistemi, med katerimi je najbolj razširjen Asterisk. Asterisk je odprtokodna IP telefonska centrala, ki jo zaradi cenovne dostopnosti in bogate funkcionalnosti uporabljajo tako majhna kot tudi velika podjetja. Celoten sistem deluje na osebnem oziroma strežniškem ra čunalniku z nameš čenim operacijskim sistemom Linux. Komunikacija med centralnim ra čunalnikom in telefonskimi aparati lahko poteka preko obstoje čih mrežnih povezav, kar pomeni, da se lahko odpovemo dodatnemu oži čenju in vzdrževanju le-tega.

Asterisk se poveže v PSTN omrežje prek SIP povezave ali analognega oziroma digitalnega (BRI, PRI) prenosnika. Z namenskim GSM karti čnim vmesnikom se sistem lahko poveže tudi v mobilno omrežje izbranega operaterja. V primeru, da je Asterisk povezan na ve č ponudnikov telekomunikacijskih sistemov hkrati, bo za vsak posamezen klic izbral najugodnejšo komunikacijsko pot. Sistem Asterisk podpira kar štiri VoIP protokole. Prednosti multiprotokolne arhitekture se kažejo v zmožnosti integracije s skoraj vsemi komunikacijski rešitvami, ki so dostopne na trgu. Razširjena tehnološka platforma pa tudi vpliva na možnost izbire med širokim naborom telefonskih aparatov razli čnih proizvajalcev, tako z vidika funkcionalnosti kot tudi cene.

Pri prvem spoznavanju sistema Asterisk so potencialni uporabniki, vajeni zaprtih sistemov (angl. black box), skepti čni do novodobnih virtualnih telefonskih central. Za lažje argumentiranje prednosti VoIP rešitve si lahko zastavimo naslednje vprašanje: ali uvedba sistema Asterisk v paketu s samo tremi telefonskimi aparati, katerega cena na enoto

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 67

telefonskega aparata je primerljiva z uvedbo klasi čnega sistema z vsaj petdesetimi aparati, nudi kaj manj funkcionalnosti od primerljivih lastniških (angl. proprietary) sistemov? Asterisk PBX ne samo da izpolnjuje vso osnovno funkcionalnost klasi čnih central, temve č omogo ča tudi snemanje telefonskih pogovorov, interaktivno odzivanje, sistem čakalnih vrst, videotelefonijo ter glasovno pošto. In vse to že v osnovni konfiguraciji. Kljub vsej napredni funkcionalnosti ostaja administracija sistema, bodisi lokalno bodisi iz oddaljene lokacije, trivialno opravilo. Potreben je le dostop do interneta in spletni brskalnik. Kot že zapisano, je Asteriskova funkcionalnost zelo bogata. Seveda pa ne izpolnjuje potreb in želja vseh zahtevnejših uporabnikov. Prednost odprtokodnih sistemov pa je tudi v možnosti poljubnega nadgrajevanja in povezovanja. VoIP tehnologija omogo ča podjetjem spremljanje interakcije z njihovimi strankami na vseh nivojih, s čimer podjetja pridobijo vpogled v zgodovino komuniciranja z doti čno stranko. V klicnih centrih lahko integracija VoIP rešitve z zalednim CRM sistemom prepolovi operativne stroške in hkrati prispeva k uporabi inovativnih pristopov in sodobnih komunikacijskih poti. Oddaja zahtevka za takojšnji klic s strani podjetja neposredno na njihovi spletni strani (angl. click-to-call service) ter prepoznavanje strank na podlagi telefonske številke in predaja le-te tretjim aplikacijam sta dva najpogostejša na čina povezovanja. Nikakor pa ne moremo mimo še ene prednosti, katere klasi čni PBX sistemi niso nikakor mogli izpolniti. VoIP tehnologija omogo ča sprejem ali izvedbo klica prek hišne IP telefonske centrale kjerkoli na svetu. Potreben je le telefonski aparat ali pa ra čunalnik z nameš čenim virtualnim telefonom ter dostop do interneta [18].

Slika 7.1 Zgled telefonske centrale Asterisk [18]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 68

7.2 Videotelefon Leadtek BVP 8882

Leadtek BVP8882 je eleganten samostoje č videotelefon, ki omogo ča videotelefonijo preko IP omrežja in interneta. Vgrajen ima 5'' TFT LCD zaslon in CCD kamero, ki jo lahko vrtimo v ve č smeri. Podpira H.323 in SIP komunikacijski protokol in se povezuje v širokopasovno omrežje preko usmerjevalnika, xDSL modema ali kabelskega modema. Ena izmed posebnih lastnosti je tudi vgrajen USB priklop. Lastnosti: - Podpira H.323 in SIP.

- Dinami čna in stati čna IP podpora.

- Podpira H.261 in H.263 video kodek.

- NTSC ali PAL video na čin.

- Vgrajena visoko-lo čljivostna kamera.

- 5'' TFT LCD zaslon.

Slika 7.2 Videotelefon BVP 8882

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 69

7.3 Usmerjevalnik Netgear WGR614

WGR614 je 54 Mb/s (802.11g) brezži čni usmerjevalnik ter 4 portno stikalo 10/100 Mbits v eni napravi. Je do 5-krat hitrejši in popolnoma združljiv z 802.11b napravami. Podpora za WEP, WPA in dolo čanje MAC naslovov odjemalcev poskrbijo za varnost brezži čnega omrežja. Požarna pregrada (SPI) pa nudi visok nivo zaš čite pred vdori. Z uporabo filtrov in obveš čanja omogo ča staršem nadzor nad dostopom do interneta. Lastnosti: - Hitrost in združljivost s starejšimi napravami (802.11b). - Požarna pregrada (SPI, prepre čevanje DoS, NAT). - Varnost brezži čnega omrežja: WEP (40/64-bit, 128-bit), WPA-PSK, dolo čanje MAC naslovov odjemalcev. - Stati čno in dinami čno usmerjanje s TCP/IP, multi-VPN pass-through (IPSec, L2TP), NAT, PPTP,PPPoE, DHCP (client & server). - Varnost: 40-bit (imenovan tudi 64-bit) in 128-bit (802.11g) Wired Equivalent Privacy (WEP) šifriranje, WPA PSK (Wi-Fi Protected Access Pre-shared Key). - Požarna pregrada: Stateful Packet Inspection (SPI), Network Address Translation (NAT), DoS Attack Detection/Logging, Dropped Packet Log, Security Even Log,E-mail Log, ve č VPN Tunelov (Pass- Through, 2 IPSec, in ve č L2TP in PPTP).

Slika 7.3: Usmerjevalnik Netgear

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 70

7.4 Primerjava programske opreme VoIP central

Za vzpostavitev klica v doma či uporabi smo za uspešno izvedbo poleg naprav uporabili tudi telefonsko centralo Asterisk. Na tržiš ču pa je še veliko drugih central, ki so prav tako uporabne. V spodnji tabeli 7.1 so naštete najbolj razširjene in so med sabo tudi primerjane.

AS530 Aplikacijski strežnik 5300 ali AS5300 je bil v telekomunikacijskih in ra čunalniških omrežjih na črtovan in proizveden s strani podjetja Nortel in sicer za potrebe ameriškega obrambnega ministrstva. Sistem omogo ča integrirano IP telefonijo, konference, glasovno pošto in neposredno sporo čanje. Narejen je za kreiranje, spreminjanje in zaklju čevanje medijskih prenosov za klice med ve č naro čniki. Sistem je zmožen za prenose tudi med 25000 naro čniki. AS5300 je osnovan na protokolu SIP zaradi lažjega razumevanja uporabnikov, ki imajo tako možnost boljšega sodelovanja in uporabe pravilnega orodja. AS5300 je prav tako zmožen šifriranja, kar naredi bolj zaš čiteno VoIP okolje.

FreeSWITCH PBX SoftPhone FreeSWITCH je odprtokodna programska oprema za kreiranje glasovno in besedilno vodenih izdelkov. Njegove glavna prednost je, da imajo njegove knjižnice možnost, da se uporabijo tudi pri drugih strežnikih. Strežnik vklju čuje veliko modulov, ki omogo čajo aplikacijam konference, glasovno pošto, neposredno sporo čanje, ... Aplikacije, ki uporabljajo FreeSWITCH knjižnice so lahko pisane v ve čih programskih jezikih in sicer C/C++, Python, Perl, JavaScript. Vsak programski jezik ali oprema, ki ima možnost komuniciranja preko vti čnic se lahko uporabi za kontroliranje FreeSWITCH strežnika.

GNU Gatekeeper GNU Gatekeeper je odprtokodni projekt, ki implementira H.323 vratarje. Vratar poskrbi za prevod naslovov, krmiljenje dostopa, usmerjanje klicev, avtorizacijo in obra čunavanje storitev. Projekt je bil razvit leta 1999, vendar je od takrat že doživel ve č razli čic. Pomembni letnici sta 2002, kjer je bila predstavljena arhitektura vratarja, ki je bila zmožna upravljanja s tiso či konkuren čnimi klici in leto 2006, kjer je predstavljena funkcija identifikacija kli čočega priklju čka, oštevil čenje in beleženje neuspešnega klica.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 71

Mumble Mumble je odprtokodna platforma za VoIP aplikacije. Njegovi primarni uporabniki so igralci skupinskih iger in je zelo podoben programom kot so »TeamSpeak« in »Ventrilo«. Uporablja arhitekturo odjemalec – strežnik, kjer se uporabniki, ki želijo med sabo govoriti povežejo na isti strežnik. Njihov glavni cilj ni bil, da naredijo najboljši aplikacijo, ampak najbolj prijazno do uporabnika. Mumble strežnik ima en glavni kanal in številne kanale, ki so pod njim. Uporabniki lahko kanale združijo in tako za časno naredijo velik virtualni kanal. To je uporabno med ve čjimi dogodki, kjer se naredijo manjše skupine uporabnikov znotraj katerih med seboj komunicirajo ter še vseeno želijo biti povezani z glavnim kanalom, da slišijo splošne objave.

MySIPSwitch MySIPSwitch je testni SIP proksi strežnik, ki dovoljuje uporabo ve č SIP ra čunov z eno samo prijavo. To pomeni, da lahko uporabljamo ve č SIP ra čunov z enim kosom opreme (IP telefon). Storitev je podprta s strani klicnega na črta (ki je lahko tudi napisan v sintaksi podobni Asterisku). Ta klicni na črt omogo ča usmerjanje klicev navzven ali navznoter odvisno od parametrov, ki so podani. Strežnik prav tako omogo ča preusmeritev klicev, blokado klicev, naredimo lahko datoteko za hitro klicanje, … Poleg funkcij upravljanja vklju čuje tudi orodja za odpravljanje napak in razli čna testiranja. MySIPSwitch prav tako omogo ča klicanje preko spletnih brskalnikov.

UC Server UC Server je namenjen predvsem podjetjem in je osnovan za delovanje v okolju Windows. Uporablja se lahko kot dodatek k obstoje či telefonski centrali ali kot samostojna IP centrala. UC Server ponuja storitve kot so telefoniranje, glasovno pošto, strežnik za fax, konference, … s pomo čjo razli čne opreme kot so SIP telefoni ali SIP vratarji.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 72

OpenSIPS OpenSIPS je SIP proksi strežnik, klicni usmerjevalnik in agent za registracijo preko VoIP protokola in aplikacij za neposredno sporo čanje. Uporabljen je lahko tako za majhno kot tudi za veliko število uporabnikov – tudi do nekaj milijonov. Programska oprema je v ve čini podana kot odprtokodna in je napisana v programskem jeziku C. Tako se lahko nove funkcionalnosti dodajajo preko vgrajenega vmesnika.

Pbxnsip Pbxnsip je programska izvedba zasebne naro čniške centrale. Kot vsaka druga centrala omogo ča tudi ta, da se na strežnik priklopijo razli čne naprave, ki omogo čajo telefonske storitve. Ta vrsta centrale je kombinacija med zasebno naro čniško centrale in SIP protokolom ter omogo ča storitve kot sta glasovna pošta in konferen čni klic. Za priklop analognih telefonov je potreben t.i. PSTN vmesnik, ki pretvarja analogne signale v digitalne.

PROGRAM PODPRTI PROTOKOLI ŠIFRIRANJE POSEBNOSTI OPERACIJSKI SISTEMI AS5300 Windows Server SIP, UNIStim, TLS, Avdio in video IP 2003, Linux MLPP telefonija, avdio SRTP, SDESC in video konferenca, glasovna pošta in neposredno sporo čanje Asterisk PBX Linux, BSD, Mac SIP, H.323, IAX Glasovna pošta, OS X, Solaris osnovno zara čunavanje, konference, klic na čakanju CommuniGate Linux, BSD, SIP, XMPP SSL, TLS, SIP Pro OSX, Windows, Registrar/Proxy, Solaris, HPUX, avtentifikacija, AIX diameter, radius FreeSWITCH BSD, Linux, Mac SIP, NAT-PMP, TLS, SRTP, Snemanje, PBX SoftPhone OS X, Solaris, STUN, SIMPLE, ZRTP konferenca, Windows XMPP, glasovna pošta, GoogleTalk medijski prehod, (Jingle)), IAX, pretakanje H.323, MRCP, vsebine, RSS, Skype neposredno sporo čanje Tabela 7.1: Primerjava VoIP central 1.del [9]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 73

PROGRAM PODPRTI PROTOKOLI ŠIFRIRANJE POSEBNOSTI OPERACIJSKI SISTEMI GNU Gatekeeper Linux, Mac OS X, H.323 Usmerjanje, Windows obra čunavanje, XP/2000, avtorizacija FreeBSD Mumble Windows, Mac Speex SSL OS X, Linux, and BSD (server only) Mysipswitch Linux SIP, Ajax SSL SIP proksi strežnik, ki omogo ča ve č SIP ra čunov s samo eno prijavo Objectworld UC Windows Server SIP Osebni asistenti, Server XP, 2003, 2008 avtomatski nadzor telefonije, fax strežnik, konferenca, klicanje navzven OpenSIPS BSD, Linux, SIP, XMPP SIP Solaris Registrar/Proxy, avtentifikacija, diameter, radius Pbxnsip Windows, Mac SIP SRTP Osebni asistenti, OS X, BSD, avtomatski Linux nadzor telefonije, fax strežnik, konferenca, klicanje navzven Yate Linux, Windows, SIP, H.323, SRTP Konferenca, BSD IAX2, Jingle, glasovna pošta, MGCP neposredno sporo čanje, radius, ACD, PBX, IVR, FAX, T.38, LCR, HA Tabela 7.2: Primerjava VoIP central 2.del [9]

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 74

8 SKLEP

Tehnologija za videotelefonijo preko navadne telefonske linije je na voljo že ve č let, vendar se ni razširila, kot je bilo pri čakovati. Glavni razlog je verjetno v tem, da ve čina ljudi ne želi videti svojega sogovornika, razen če gre za poslovno komunikacijo (video konferenca). Glavni izziv, s katerim so bili soo čeni razvijalci video telefona je dejstvo, da potrebuje video s polnim gibanjem in visoko resolucijo veliko ve čjo potrebo po pasovni širini, kot avdio sam. To drži, ne glede na to ali so signali analogni ali digitalni. Danes je videotelefonija najbolj razširjena v mobilni telefoniji, saj skoraj vsi mobilni telefoni podpirajo omrežje UMTS. Cilj naloge je bil predstaviti videotelefonijo kot tehnologijo, ki je dandanes vedno bolj prisotna in sicer ne samo v mobilnih omrežjih, ampak tudi v IP omrežjih. Podali smo primer strukture omrežja pri ponudniku videotelefonije in primer za doma čo uporabo s pomo čjo odprtokodnega telekomunikacijskega sistema Asterisk. Najprej smo navedli nekaj splošne teorije o videotelefoniji, signalizacijskih protokolih kot sta H.323 in SIP ter avdio in video kodirnikih. Nato smo razložili delovanje pri ponudniku T-2, ki je trenutno edini v Sloveniji, ki storitev videotelefonije tudi ponuja. Navedli smo osnovne gradnike in njihovo povezavo v strukturirano omrežje. Zatem smo se lotili opisa strukture za doma čo uporabo. Prikazali smo kako lahko na dokaj enostaven na čin doma sami naredimo uporabno centralo za videotelefonijo. Zajeli smo tudi nekaj klicev in jih grafi čno prikazali. Na koncu smo podali še kratek opis gradnikov, ki smo jih v omrežju potrebovali za uspešno izveden klic. Verjamem, da se še bo videotelefonija v prihodnosti bolj razvila in bodo ljudje ugotovili, da imajo nekatere prednosti, če svojega sogovornika tudi vidijo.

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 75

VIRI, LITERATURA

[1] Asterisk forum, http://forums.digium.com/ . [2] Asterisk, http://www.asterisk.org/ . [3] H.261 protokol, http://www.javvin.com/protocolH261.html . [4] H.263 protokol, http://www.javvin.com/protocolH263.html . [5] H.264 protokol, http://www.javvin.com/protocolH264.html . [6] Internetna telefonija, http://www.iptel.org/ . [7] M. Kaligaro, Internetni telefon, seminarska naloga, Fakulteta za elektrotehniko, ra čunalništvo in informatiko, Maribor, 2004. [8] P. Meše, Telekomunikacijske storitve – pojmovnik in slovar, Elektrotehniška zveza Slovenije, 2004. [9] Primerjava VoIP central, http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_VoIP_software#Server_software . [10] Prvi videotelefon, http://www.portfolio.com/culture-lifestyle/goods/gadgets/2007/12/17/First- Videophone/ . [11] Slovar telekomunikacij, http://slovar.ltfe.org/ . [12] T. Kapus, Telekomunikacijska omrežja II, študijsko gradivo, Fakulteta za elektrotehniko, ra čunalništvo in informatiko, Maribor, 2006. [13] Telekomunikacijski standardi, http://www.itu.int/net/home/index.aspx . [14] Videotelefonija po svetu, http://www.mp4license.com/Videophone/encyclopedia.htm . [15] Videotelefonija splošno, http://searchunifiedcommunications.techtarget.com/ sDefinition/0,,sid186_gci772533,00 . [16] VoIP centrale, http://www.voip-info.org/ . [17] VoIP informacije o Asterisk, http://www.voip-info.org/wiki/view/Asterisk . [18] Zgled omrežja Asterisk, http://www.racunalniske-novice.com/PDFi/XIV/Novice10/ ZASLON%20TELECOM%20-%20Ste%20ze%20slisali%20za%20Asterisk.pdf . [19] Zgodovina videotelefonije, http://en.wikipedia.org/wiki/Videophone .

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 76

PRILOGE

Kratek življenjepis

Naslov: Boštjan Šteiner Zbigovci 75 9250 Gornja Radgona

Tel.: 064 111 000 E-mail: [email protected]

Rojen: 17. 4. 1982 Šolanje: 1989 – 1997 Osnovna šola Gornja Radgona 1997 – 2001 Srednja Elektro - Ra čunalniška Šola Maribor 2001 – 2010 Fakulteta za elektrotehniko, ra čunalništvo in informatiko Maribor Univerzitetni študijski program Telekomunikacije

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 77

Videotelefonija preko IP omrežja Stran | 78