Vom ISDN-Anspruch Zu Voice-over

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1 Sprache und Daten auf der langen Leitung oder Vom ISDN-Anspruch Zu Voice-over over-ip Lösungen

2 Welcher Anspruch steckt hinter ISDN? Integrated Services Digital Network Sprache + Text + Bild + Daten = Alles über ein Netz Analoges Fernsprechnetz Telex Datex-L Datex-P

3 Warum ist die digitalisierte Sprache nicht einfach ein Datenstrom? Sprache Kontinuierlicher Signalfluss Kritisch gegenüber zu hohen Laufzeiten (>4 ms) relativ unempfindlich gegenüber kleineren Signalstörungen Daten Stossartiger Signalfluss Laufzeiten sind unkritisch Hochempfindlich gegenüber Signalstörungen ( jedes Bit zählt )

4 Sprache und Daten Zwei unterschiedliche Lösungsansätze Leitungsvermittelt (Vergleichbar mit einem Güterzug mit einer festen Anzahl Wagen und festem Fahrplan) Fest definierter Quality of Service wenn alles belegt ist, kann kein weiterer Informationstransport zu diesem Zeitpunkt stattfinden (Leitung / Empfänger besetzt) Zeitabhängige Tarifierung Analoge Sprachtelefonie, DATEX-L Paketvermittelt (Vergleichbar mit einem Lastwagen, der nach Bedarf von A nach B fährt) Quality of Service ist abhängig vom Verkehrsaufkommen es kann höchstens zu einem Stau und verzögerter Paketzustellung kommen, die Paketannahme wird jedoch immer gewährleistet Volumenabhängige Tarifierung DATEX-P

5 Der ISDN-Lösungsansatz Leitungsvermittelt 2 (30) Nutzkanäle mit fester Übertragungsgeschwindigkeit B-Kanäle mit 64 kbit/sec. + Paketvermittelt 1 Signalisierungskanal mit fester Übertragungsgeschwindigkeit D-Kanal mit 16 (64) kbit/sec. Fest definierter Quality of Service wenn alles belegt ist, kann kein weiterer Informationstransport zu diesem Zeitpunkt stattfinden (Leitung / Empfänger besetzt) Zeitabhängige Tarifierung Verkehrsaufkommen in Abhängigkeit vom Signalisierungsaufwand die Übertragung der Signalisierung wird immer gewährleistet (typischer Paketdienst) keine (oder nur pauschale) Tarifierung, da Kommunikation nur zwischen Ortsvermittlung und Teilnehmer stattfindet (Ausnahme X.25 im D-Kanal)

6 Auf welcher Technik basiert ISDN? SDH Synchrone Digitale Hierarchie Taktverteilung Zentraler Taktmaster Taktverteilung PSTN: Public Switched Telephone Network Signalisierung + Daten Signalisierung + Daten Vermittlungsstellen Teilnehmer- Endeinrichtung

7 Auf welcher Technik basiert ISDN? SDH: Sämtliche Systemkomponenten müssen jederzeit zueinander taktsynchron sein Zwischen den Vermittlungsstellen und zum Teilnehmer werden die Nutzdaten in festen Zeitschlitzen mit jeweils 64 kbit/sec übertragen Zwischen den Vermittlungsstellen wird die Signalisierung (Verbindungsaufbau, Kontrolle, Abbau, Gebühren) mit dem symmetrischen SS7-Protokoll übertragen Zwischen einer Vermittlungsstelle und dem Teilnehmer erfolgt die Signalisierung mit dem asymmetrischen DSS1-Protokoll (Euro-ISDN)

8 Welche Anforderungen ergeben sich daraus für die Teilnehmeranschlußleitung? Auf der bestehenden 2-Draht-Leitung müssen Takt, Daten / Sprache und Signalisierung gemeinsam übertragen werden können Nutzdaten in festen Zeitschlitzen mit jeweils 64 kbit/sec = 128 kbit/sec Signalisierung (Verbindungsaufbau, Kontrolle, Abbau, Gebühren) mit 16 kbit/sec Hilfskanal (Leitungsüberwachung) mit 16 kbit/sec Endgerätesynchronisation, benötigt 32 kbit/sec

9 Übertragene Bits an der Teilnehmeranschlussleitung (Basisanschluss): 2 Nutzkanäle 64 kbit/s 128 kbit/s 1 Signalisierungskanal 16 kbit/s 16 kbit/s 1 Hilfskanal (E-Bits) 16 kbit/s 16 kbit/s 1 Synchronisierung 32 kbit/s 32 kbit/s 192 kbit/s Wirkungsgrad 67% ( 75% incl. D-Kanal)

10 Übertragungstechnik am S0-Bus: Alternate Zero Inversion Line Code Definition: 1=Spannungsfrei, 0=abwechselnd positive oder negative Spannung Regelverletzung = Rahmensynchronisation (8 khz) Vorteile: - Max. halbe Frequenz auf der Leitung gegenüber der übertragenen Bitrate - Eindeutige Rahmensynchronisation durch gezielte Regelverletzung - Gleichstromfreies Übertragungsverfahren erlaubt Übertrager und Kondensatoren im Leitungsweg - ein permanentes Senden von 1 erlaubt den alternativen Zugriff anderer Sender auf das Kabel 192 kbit/s -> Übertragungsfrequenz 8 khz khz

11 Woher kommen die 64 kbit/sec pro Zeitschlitz? Frequenzbänder der Kommunikationsarten: Akustische Signale Telex Bilder Daten (bis 9600 Bit/s) Frequenzgemisch Hz ( Hz) Stromimpulse 50/75 Hz Frequenzgemisch Hz Frequenzgemisch Hz Die wichtigste Kommunikationsart sind die akustischen Signale mit Hz! Abtasttheorem: Die Abtastrate muss mindestens doppelt so hoch sein wie Die höchste zu übertragene Frequenz: 3400 Hz mit Reserve -> 8000 Abtastwerte mit 8 Bit Auflösung pro Sekunde

12 Digitale Codierung der Sprache Es werden einzelne Messwerte des Spannungsverlaufs an der Signalkurve aufgenommen: Zwischen dem negativsten und dem positivsten Spannungswert liegen 4096 Werte (12 Bit) 125 us 4096 Werte (12 Bit) Zur Reduzierung der zu übertragenden Datenmenge wird dieser Wertebereich über eine Nichtlineare Tabelle in 256 Werten (8 Bit) abgebildet: 8000 Abtastwerte / s * 8 Bit = 64 kbit/s Vorschrift für die Wertetabelle: G711 / a-law (Europa), y-law (USA)

13 Wie sieht der Teilnehmeranschluß aus? Beispiel: ISDN Mehrgerätebus (Privatanschluß oder Home Office) Öffentliches Netz NTBA Private Endeinrichtung 120R UKO SO Line Termination PSTN Public Switched Telephine Network OVST Ortsvermittlungsstelle LT NT1 NT2 NT Network Termination UKO: 2-Draht-Schnittstelle zwischen PSTN und NT, max. 7 km Länge TE1 Terminal Equipment TE8 SO: 4-Draht-Schnittstelle zwischen NT und TE, max. 100 m Länge

14 Übertragungstechnik S oder U? S U Für jede Richtung getrennte Übertragungswege Für beide Richtungen Ein gemeinsamer Übertragungsweg Uk0 UP0 S0 Basisanschluss 2B+D S2M Primärmultiplex- Anschluss 30B+D Richtungsauswahl Über Echokompensation (Sendesignal wird vom Empfangssignal subtrahiert) Richtungsauswahl Über zeitliche Zugriffsexclusivität (Sendesignal abwechselnd mit Empfangssignal, Ping-Pong-Verfahren)

15 Wie wurde ISDN im Markt plaziert? Zusätzliche Leistungsmerkmale und Dienste (3 Rufnummern, Display) Mehrere Entgeräte ohne TK-Anlage (Mehrgerätebus) Hohe Einführungssubventionen (Preisargument) Vorteile für die Deutsche Bundespost / Telekom Erhöhter Nutzen der Teilnehmeranschlußleitung Sicherung des Netzmonopols bis zum Teilnehmer

16 Hat ISDN die gestellten Erwartungen erfüllt? NEIN! 64 kbit/sec sind für Sprachanwendungen Verschwendung 64 kbit/sec sind für Datendienste (Internet) zu langsam 64 kbit/sec sind für Videoanwendungen zu wenig Zeitschlitze mit fester Bandbreite sind zu unflexibel für die unterschiedlichen Anforderungen! Zu geringe Kostenentlastung bei der Infrastruktur Im Verhältnis zur Bandbreitenverschwendung!

17 Warum hat sich ISDN nur in Europa durchgesetzt? Die privaten Netzbetreiber in den USA haben keinen Kostenvorteil durch den Einsatz von ISDN Die staatlichen Netzbetreiber in Europa bekamen die Infrastruktur vom Steuerzahler bzw. durch überhöhte Gebühren bezahlt!

18 Wo greift die Internet-Technik bestehende ISDN-Lösungen an? Datendienst xdsl-netzzugänge lösen die ISDN-Einwahl in das Internet ab Datendienste nutzen Standleitungen ins Internet FAX-Nutzung geht zugunsten von zurück Video-Streams nutzen die Bandbreite von Datennetzen Flat-Rates erlauben Always On Sprachdienst Kostenloses Telefonieren im Internet

19 Ist das Voice-over-Internet-Protocolrotocol (VoIP) die Lösung für den Telefonverkehr der Zukunft?

20 Ist das Voice-over-Internet-Protocol rotocol die Lösung für den Telefonverkehr der Zukunft? Der IP-Frame 46 Byte < Ethernet-Spec. < 1500 Byte Ethernet-Header IP-Header UDP-Header Nutzdaten CRC-Check 14 Byte 20 Byte 8 Byte Mind. 18 Byte 4 Byte ISDN over IP: Ein 125 us Rahmen als Nutzdaten B1 B2 D Worst Case: 46 Byte Protokoll-Overhead bei 18 Byte Nutzdaten Zielkonflikt: Geringe Zeitverzögerung zur besseren Sprachverständlichkeit Mehr Nutzdaten pro Paket zur besseren Nutzung der verfügbaren Bandbreite

21 Ist das Voice-over-Internet-Protocol rotocol die Lösung für den Telefonverkehr der Zukunft? Der alte Konflikt zwischen Sprache und Daten: UDP Pakete werden auf Protokollebene nicht gesichert (Übertragungsfehler sind bei Sprache von untergeordneter Bedeutung) TCP Pakete werden auf Protokollebene gesichert (Übertragungsfehler sind bei Datentransfer von entscheidender Bedeutung) Im Fehlerfall lieber was wegwerfen als wiederholen (was interessiert mich mein Geschwätz von gestern) Im Fehlerfall solange wiederholen, bis es fehlerfrei beim Empfänger ist (und wenn es stundenlang dauert) Aber: Das IP-Protokoll kommt aus der Datenwelt, also werden die Pakete priorisiert wiederholt, störende UDP-Pakete sofort verworfen. Zuerst stirbt also die Sprachverbindung! Datenstau im Netz darf nicht vorkommen, wenn Sprachverbindungen aktiv sind

22 Typische Funktionsblöcke einer LAN-TK TK-Anlage auf Basis von H323 Gateway LAN Gatekeeper - Zuweisung Rufnummer IP-Adresse - Vermittlungsfunktion - WEB-Server für Konfiguration Gateway Zwischen allen Elementen und Dem Gatekeeper besteht jeweils eine Datenverbindung auf TCP/IP -Basis (wie ISDN D-Kanal) zur Organisation der Sprachverbindungen Sprache wird in UDP/IP-Paketen direkt zwischen den Teilnehmern übertragen. Die Sprachcodierung kann dabei mit ISDN (G711) identisch sein. Es werden einfach einige Zeitschlitzinhalte (Oktetts) hintereinander in ein UDP/IP-Paket gepackt. Call Assistant - Leistungsmerkmalserver - CTI-Bindeglied Teilnehmer - wie ISDN G711 (a-law) - G723, G729 optionale Kompression Es gibt jedoch noch einige interessante, davon abweichende Lösungsansätze für LAN-TK-Anlagen

23 Migration für CAPI- basierende Dienste-Server in LAN-TK TK-Anlagen Gateway LAN Gateway Sprache und Modemsignale werden in ISDN (G711)-Codierung per UDP/IP -Paketfolge direkt zum ISDN-Gateway übertragen und dort in einen ISDN B-Kanal umgesetzt. Signalisierung in Richtung LAN gemäß VoIP-Standards (H323, SIP, etc) Call Assistant - FAX-Server - Voic box - Sprachansagen - Modem-Server Signalisierung in Richtung der CTI-Applikation gemäß CAPI-Standard (Voice, FAX, Modem, B-Kanal transparent) Eine virtuelle Softwarenachbildung ersetzt die ISDN-PC-Karte mit CAPI-Schnittstelle

24 Ist das Voice-over-Internet-Protocol rotocol die Lösung für den Telefonverkehr der Zukunft? Vorteile Der alte ISDN-Traum vom Alles über ein Netz wird Wirklichkeit: Ein Administrator und ein Serviceteam für die Kommunikation Die Aufwand für die Verkabelung von Gebäuden halbiert sich Die 64kBit/s-Grenze ist aufgehoben

25 Ist das Voice-over-Internet-Protocol rotocol die Lösung für den Telefonverkehr der Zukunft? Nachteile Bei Netzlast brechen zunächst die Sprachverbindungen weg (weil die Sprachübertragung auf kontinuierliche Paketanlieferung angewiesen ist: Zu spät = Datenmüll) Beim Ethernet Protokoll auf dem Netzwerkkabel sinkt der Datendurchlass bei steigendem Verkehr (zusätzliche Paketverzögerungen) Zu hohe Verzögerungszeiten erschweren die Unterhaltung Bei der Migration von herkömmlichen FAX- und Modemverbindungen ist mit Synchronisierungsproblemen zu rechnen

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