Voice over IP eine anwendungsreife Technologie? Empfehlungen aus Sicht eines Testlabor

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1 Voice over IP eine anwendungsreife Technologie? Empfehlungen aus Sicht eines Testlabor Carsten Rossenhövel Managing Director EANTC AG

2 Übersicht Vorstellung EANTC Motivation: Warum Voice over IP? Aktuelle Einsatzgebiete Technologie-Einführung H.323, SIP, Unified Messaging Aktuelle VoIP-Leistungstests im EANTC Kriterien für einen Voice over IP Test Wann ist ein Netz VoIP-tauglich? Zukunft der VoIP-Telefonie

3 Unternehmensprofil Herstellerunabhängiger Dienstleister im Bereich Netzwerktechnologie seit 1991 Qualitätssicherung in Computernetzen EANTC, Berlin-Charlottenburg Planungsberatung und Test von Service Provider- und Unternehmensnetzen Zertifizierung von Netzwerkkomponenten für Hersteller Seminare im Bereich Netzwerktechnologien (ATM, MPLS, Voice over Broadband) Forschung und Entwicklung neuer Testverfahren und Analysewerkzeuge

4 Warum Voice over IP? Herkömmliche Methoden der Sprachübertragung liefern ausgezeichnete Qualität und sind die Meßlatte! Anforderungen der Sprachübertragung an Netze isochroner Netzdienst, konstante / variable Bandbreite Dienstqualität Warum wird Voice over IP eingesetzt? Konvergenz der Kommunikationsfunktionen Sprache / Daten (z.b. Unified Messaging, Call Center, CRM) Neue Dienstleistungen für Service Provider Einsparungen und/oder Preissenkungen für Carrier

5 Aktuelle Einsatzgebiete Unternehmensnetze (LAN / WAN) Migrationsstrategie Anspruchsvolle Benutzergruppen, die VoIP- und Unified Messaging Features benötigen: Mobile Benutzer, Call Center, Vieltelefonierer Einsparungen sind sehr selten Beweggrund Internet (end-to-end Gratistelefonie) Spielt wirtschaftlich eine geringe Rolle wegen niedriger Qualität Service Provider (WAN) Kostenreduktion von phone-to-phone Telefonie durch Komprimierung im Weitverkehrsnetz Neue Dienstleistung PC-to-phone Telefonie mittels Gateways PC-to-PC Telefonie?

6 Standardisierungsgremien International Telecommunication Union (ITU) H.323 Familie Internet Engineering Task Force (IETF) SIP Familie European Telecommunications Standards Institute (ETSI) Interoperabilität, Testmethodik

7 Unified Messaging: Definition Unified Messaging ist definiert als personen- (Mitarbeiter-) bezogene Integration: aller Kommunikationsmittel - (Telefon, Fax, Voice Mail, , Paging, SMS,...) Ortsunabhängig - (Zugriff auf jeden Dienst von überallher, mobil) Zeitunabhängig - (Alle Arten von Nachrichten werden gespeichert und sind offline abrufbar) Ziel des Unified Messaging ist Erhöhte Effizienz der Kommunikation Dadurch sinkende Kosten für Personalaufwand

8 Unified Messaging: Ansätze 1. Integration in mehrere bestehende Legacy Systeme Sinnvoll zur Sicherung vorheriger umfangreicher Investitionen in Telefonanlagen, Voic -Systeme 2. Schaffung eines einzigen Unified Messaging Systems, meist auf Basis von -Produkten Sinnvoll bei Neuinstallationen oder vorhandener Outlook/Lotus Notes Infrastruktur 3. Hosting, dienstleistungsbasierte Lösungen Implementieren Lösungen 1 oder 2 als Outsourcing

9 VoIP-Tests des EANTC Ziel: Leistungsumfang, Sprachqualität, Praxistauglichkeit aktueller Lösungen ermitteln Testreihe 2001: Mittlere VoIP-Anlagen 3Com, Alcatel, Avaya, Cisco, Innovaphone, Siemens, Swyx, Tedas Testreihe 2002: VoIP-Anlagen für kleine Installationen Nortel, The Box,... Testberichte siehe

10 Unterschiedliche VoIP-Lösungen Anlagen heute mit sehr unterschiedlichen Bauarten: Router-Erweiterung Telefonanlagen-Ausbau Komplett neue Lösungen Darüberhinaus stark abweichender Funktionsumfang: Reine H.323 Implementierung H.323 mit herstellerspezifischen Erweiterungen Rein proprietäre Lösungen Implementierungen ohne jede Zusatzdienste Komplettsysteme mit integrierter Unified Messaging Lösung Vor der Auswahl einer Lösung Anwendungsgebiet definieren!

11 Wie testen? Evaluation von Herstellerlösungen im Labor: 1. Validierung des oft sehr unterschiedlichen Funktionsumfangs 2. Sprachqualität (Verständlichkeit) im unbelasteten Netz 3. Sprachqualität bei nicht optimalen Netzbedingungen 4. Signalisierungsleistung (Performance bei belastetem Netz)

12 Definition Sprachqualität Die Qualität einer VoIP-Verbindung wird beeinflußt durch Paketlaufzeit (Delay) Jitter Paketverlust... aber auch durch: Verständlichkeit der Sprache Akzeptanz der Signalpegel, Laufzeitschwankungen Störfaktor der Echos Herkömmliche Verfahren zur Ermittlung der Sprachqualität (QoS) nicht oder nur beschränkt für VoIP einsetzbar Definition neuer Messverfahren notwendig

13 Mean Opinion Score Wesentlicher Faktor für die Zufriedenheit des Kunden: Subjektiv empfundene Sprachqualität (z.b. Natürlichkeit der Sprache, Erkennbarkeit des Sprechers, usw.) MOS Wert EXCELLENT GOOD FAIR POOR BAD Bedeutung Keinerlei Astrengung zum Verständnis notwendig; totale Entspannung möglich Aufmerksamkeit nötig, keine Anstrengung nötig Leichte, moderate Anstrengung nötig Merkbare, deutliche Anstrengung nötig Trotz Anstrengung keine Verständigung

14 Ermittlung des MOS-Wertes Sprachproben werden von vielen repräsentativ ausgewählten Versuchspersonen beurteilt Statistische Ermittlung des Mean Opinion Score Wertes Allgemeingültige Aussage über die subjektive Qualität Verbunden mit hohem personellen / technischen Aufwand Nicht reproduzierbar Bedarf nach automatisierten Verfahren Quelle: Institute for Telecommunication Sciences, Boulder/Colorado

15 Automatisierte Messverfahren PESQ (Percepual Evaluation of Speech Quality) ITU-T P.862 Bildet statistische MOS-Ermittlung mit ausgefeilten automatischen Analyseverfahren nach Standard ist sehr neu (07/2001 veröffentlicht) Daher weitestgehend noch Vorläuferverfahren genutzt: PSQM (ITU-T P.861), entwickelt für ISDN-Telefonnetze PSQM+, Erweiterung um Laufzeitmessung PAMS (Perceptual Analysis Measurement System), entwickelt von British Telecom TOSQA (Telecommunication Objective Speech Quality Assessment), entwickelt von Deutsche Telekom

16 CODEC Auswahl Sprache kann in VoIP unterschiedlich codiert werden Große Bandbreite, hohe Qualität für LAN-Telefonie Niedrige Bandbreite, mittlere Qualität für WAN CODECs haben unterschiedliche Eigenschaften: Benötigte Bandbreite (Bitrate) Sprachqualität (MOS-Wert) Coder-/Decoder-Verzögerung Rechenaufwand

17 CODEC Auswahl Quelle: ITU, 3 rd Experts Group Meeting IP Telephony Technical aspects; Dec 13-14, 2001

18 Analysatortechnik Übliche Protokollanalysatoren können Daten- und Signalisierungsverkehr dekodieren (H.323, RTP, SIP) Dienen der Analyse von Fehlerfällen während des Verbindungsaufbaus Zur Leistungs- und Sprachqualitätsmessung werden Emulatoren benötigt

19 Spezialisierung der Analysatoren Tests der Netzkomponenten auf VoIP Tauglichkeit IP-Leistungstester ISDN / Ethernet VoIP Call Generatoren Ermittlung der Sprachqualität und Robustheit Netzwerk-Emulatoren Sprachqualitäts-Analyzer

20 Sprachqualitätsanalyse Testaufbau

21 Wide Area Network Simulation Testaufbau

22 Wann ist ein Netz VoIP-tauglich? Qualität der Endgeräte allein reicht nicht aus Die eingesetzten Netzkomponenten (Switche, Router) müssen die Sprachpakete priorisieren VoIP setzt geeignete Netzstruktur voraus Übertragungsqualität wird bestimmt durch Paketlaufzeit und Jitter, Paketverlustrate, Codierungs-/Decodierungszeit - ITU-T Standard G.114 empfiehlt Verzögerung < 400 ms pro Richtung - Werte um 200 ms werden schon als störend empfunden - Problem: Codierzeit komprimierender CODECs (bis 90 ms!) Paketverluste: % sind tragbar, Verluste ab etwa 5 % störend - Verluste ab ca. 10 % führen zu inakzeptabler Qualität / Verbindungsabbrüchen

23 Zukunft der VoIP-Telefonie? Gesamtleistung einer Voice over IP Lösung zählt: Sprachqualität und korrekte Funktion sind notwendige Voraussetzung Leistungsumfang muss mindestens Erwartungen an herkömmliche ISDN-Lösungen erreichen Mehrwert von VoIP-Lösungen entsteht durch verbesserte Effizienz, Mobilität, Integration aller Kommunikationsfunktionen ( Unified Messaging ) Preis und Infrastruktureinsparungen zweitrangig, da selten echter Spareffekt VoIP wird dort eingesetzt werden, wo Mehrwert vermittelt wird, nutzbar und gewinnbringend ist!

24 Vielen Dank! Für mehr Informationen steht unser Webserver zur Verfügung: Testergebnisse unter: networkworld.de/ testcenter

25 Backup Slides

26 Sprachqualität der CODECs Sprachqualität hängt vom eingesetzten Codierungsverfahren ab 5 TMOS 4 G.711 reference 3 G.729 ref. 2 G.723.1@6.3 ref. 1 C1 C2 C3 C4 C5 C6 G.711 VAD on, PLC on/off PL= ms C1 C2 C3 C4 C5 C6 C1 C2 C3 C4 C5 C6 G.723.1@6.3 VAD on, PLCon/off PL=30ms G.729 VAD on, PLC on/off PL= ms G.711 G.729 G.723.1@ MNRU References direkt Quelle: ETSI EP TIPHON 22: Report of 1st ETSI VoIP Speech Quality Test Event, March 2001

27 Dienstqualität in IP und Ethernet Dienstgüte (Quality of Service, QoS) auf... Ethernet-Ebene... IP-Schicht Priorisierung mit Ethernet 802.1p, 8 Prioritätsstufen Aufteilung in VLANs (802.1q) für Sprache und Daten möglich IP TOS-Feld, 3 Bits für Prioritäten (8 Stufen) DiffServ, 6 Bits für Prioritäten (64 Stufen)... Transport Schicht Priorisierung gestaffelt nach UDP- und TCP-Portnummern Notwendig zur Unterscheidung von Sprach- und Daten- Anwendungen auf einem gemeinsamen PC Derzeitiges Hauptproblem: Netzweites Management

28 Vergleich MOS Werte Grafik vergleicht auditiv / manuell und automatisch ermittelte MOS Werte (Referenztests) 5.0 TMOS Results for auditory reference test G.711 conditions other codec cond. references auditory MOS Quelle: ETSI EP TIPHON 22: Report of 1st ETSI VoIP Speech Quality Test Event, March 2001

29 ITU Standard H.323 Basis für Audio- und Videoübertragung über LANs setzt Standards für Multimedia über existierende Infrastrukturen (IP-Netzwerke) umfasst Verbindungsaufbau und -kontrolle, definiert Codecs beinhaltet Bandbreitenmanagement H.323 Version 2 ( Geradeaustelefonie ) üblicherweise implementiert H.323 Version 3 / 4 standardisiert, aber nicht weit verbreitet Erweiterungen auch in H.450.x (Call Transfer!) teilweise verbreitet Standard ermöglicht Multi-Vendor-Interoperabilität Jedoch nicht mit ISDN-PBX-Funktionsumfang vergleichbar! führt zum Einsatz von proprietären Erweiterungen der Hersteller

30 Voice over IP Netzarchitektur

31 Komponenten nach H.323 Gatekeeper Gateways Adressumsetzung von IP Adressen zu Telefonnummern Zugriffskontrolle Bandbreitenmanagement Directory Service (optional) Weitere Dienste herstellerabhängig Realisieren Übergänge zwischen VoIP Netzen und öffentlichen Telefonnetz oder privaten Telefonanlagen (PBX) Verbindungsaufbau und -abbau Komprimierung und Paketierung der Sprache

32 Komponenten nach H.323 Endgeräte Telefone mit Ethernet-Anschluss oder PC-basierte Softwarelösungen Von einfacher Wahlhilfe mit Standardsoundkarte und - mikrofon bis zu professionellen Call-Center-Lösungen mit Headset / USB-Boxen für Laptop-Einsatz Implementieren Verbindungsauf-/abbau (Q.931, H.245, RAS) und Sprachdatencodierung Multipoint Controller Unit (MCU) Optional Ermöglichen Konferenzen zwischen mehreren Teilnehmern Eigenständige Geräte oder in Gatekeeper, Gateways oder Endgeräte eingebaut

33 Komponenten nach SIP Session Initiation Protocol (IETF) User Agent (Telefon) Server Ähnliche Funktionen wie in H.323 Proxy Server, Redirect Server: Registrieren Telefone, vermitteln Verbindungen Typisch von Service Providern betrieben (Internet-Telefonie) SIP Protokoll ist ASCII-basiert, web-ähnlich Schwerpunkt beim Protokolldesign liegt auf Interoperabilität Bild: Cisco Systems