Totgesagte leben länger

Grundlagen der Technik im Wandel in Zeiten des Internets Trotz des wiederholten Abgesangs bestehen geschäftliche Anwender nach wie vor auf die kommunikation. Der Beitrag erläutert wichtige Elemente der Funktionsweise von und führt in die Diskussion zu Lösungsverfahren für kommunikation im NGN ein. Autor: Dipl.-Inf. Johann Deutinger Inhalt Totgesagte leben länger standardisierung Kompression, Fehlerkorrektur ist nicht immer fehlerfrei Wie erkennt das Empfangsgerät Übertragungsfehler? Auswirkungen der -Kommunikation auf -over- G.711-Pass-Through T.38-Realtime--over- Fazit Die aktuelle Situation der kommunikation und ihre absehbare Entwicklung in den nächsten Jahren kann aus zwei verschiedenen Blickwinkeln beurteilt werden. Zum einen: Welche Bedeutung hat das en heute und in naher Zukunft? Und zum anderen: Wie wirken sich Next Generation Networks (NGN) als Nachfolger der klassischen Telefonie-Infrastruktur auf die kommunikation aus? Dieser Beitrag beschäftigt sich überwiegend mit der zweiten Frage, also den für relevanten Auswirkungen des Übergangs zur -basierten Kommunikation in öffentlichen Netzen. Totgesagte leben länger Trotzdem sollten zunächst einige Gründe dafür aufgeführt werden, warum auch in Zeiten des Internets nach wie vor eine große Bedeutung hat: Per erreicht man jeden Geschäftspartner weltweit, unabhängig von dessen Größe. wird»end-to-end«übertragen und bestätigt es sind keine Zwischenstationen beteiligt, und der erfolgreiche Versand ist beim Absender sofort ersichtlich. Die Visualisierung (in der Regel der Ausdruck) des empfangenen es entspricht immer dem Original-Layout es gibt keine unterschiedlichen Interpretationen des Inhalts. e können nicht in Spamfiltern hängen bleiben. sendejournale haben in der Regel eine juristische Nachweiskraft. Foto: shutterstock 20 VAF REPORT 2/2014

gruppe Relevante ITU-T-Spezifikationen Übertragungszeit pro Seite G1 T.2 6 Minuten G2 T.3 3 Minuten G3 T.30, T.4, optional T.6 etwa 1 Minute G4 T.6, T.503, T.521, T.563, T.72, T.62, T.62 bis, T.70, F.161 weniger als 1 Minute Tabelle 1: gruppen Grafik: Deutinger kann auch von nicht IT-geschultem Personal verwendet werden. Diese (und noch weitere Argumente) erklären auch, warum nach wie vor bei TK-Ausschreibungen ein fester Bestandteil ist vor allem in Form von servern, die sich in alle gängigen IT- und Kommunikationsplattformen integrieren und effizient nutzen lassen. Beispiel für Modified-Huffmann-(MH-)Kodierung Bild 1: Pixelzeilen werden nach schwarzen und weißen Punkten abgetastet. Dies liefert die Informationsbasis für verschiedene Kompressionsverfahren. standardisierung Nach welchen Standards erfolgt die kommunikation? Weltweit entwickelte sich dieser Dienst schrittweise bezüglich der ITU-T-Standards in sogenannten Gruppen (Tabelle 1). Gruppe 1 und 2 arbeiteten rein analog. Sie erreichten aus mehreren Gründen nur begrenzte Verbreitung: Die Geräte waren teuer, es gab kaum Gegenstellen und die Übertragungsdauer war unbefriedigend. Erst mit dem heute noch am häufigsten verwendeten Gruppe-3-(G3-)Standard begann Anfang der 1980er Jahre der weltweite Siegeszug. Durch digitale Komprimierung und schnellere Modemverfahren war es möglich, eine Seite in einer Minute oder sogar noch schneller zu übertragen. Insbesondere in Japan wurde die Entwicklung forciert, da dort Alternativen wie Telex oder Teletex nicht geeignet waren, die komplexen Schriftzeichen zu übermitteln. Im Laufe der Jahre wurde der G3-Standard noch weiter entwickelt es kamen höhere Übertragungsgeschwindigkeiten (»Super G3«), höhere Auflösungen und die Möglichkeit zur Übertragung von Dateien und Farbdokumenten hinzu. Viele dieser Optionen haben sich allerdings nicht breit durchgesetzt. Gefaxt werden heutzutage nach wie vor überwiegend dokumente in Schwarz-/ Weiß mit Standard- oder Feinauflösung (8 x 3,85 bzw. 8 x 7,7 Punkte pro mm) und einer Breite von 1.728 Bildpunkten, also 216 mm, da dies von allen Geräten weltweit verstanden wird. Die Breite von 216 mm erklärt im Übrigen, warum der ausdruck auf DIN-A4-Papier oft etwas verkleinert erfolgt, da dieses nur 210 mm breit ist. Im Weiße Pixel Schwarze Pixel MH-Code 2 0111 4 011 1 00111 2 11 6 1110 2 11 10 000111 Tabelle 2: kodierung des rot markierten Zeilenabschnitts (Bild 1) mit der MH-Kodierung Zuge der Einführung von ISDN entstand mit der Gruppe 4 ein weiterer Standard. Zunächst vielversprechend mit Verbesserungen wie einer Auflösung von 400 dpi und einer digitalen Übertragungsrate von 64 Kilobit pro Sekunde, hat sich diese Variante nicht durchgesetzt. Die wenigen verfügbaren Geräte waren teuer, es gab kaum kompatible Gegenstellen und ISDN hat sich generell weltweit nicht schnell genug durchgesetzt. Zudem war das zugrunde liegende OSI-Schichtenmodell für eine einfache Kommunikation zwischen zwei Endpunkten völlig überdimensioniert. gruppe 4 ist ebenso wie Teletex schnell Geschichte geworden und spielt heute keine Rolle mehr. Kompression, Fehlerkorrektur Um die Auswirkungen der -Migration auf zu verstehen, sollen zunächst die wichtigsten technischen Grundlagen dieses Dienstes erläutert werden. Der Ablauf einer einfachen übertragung ist im separaten Kasten auf der nächsten Seite beschrieben es handelt sich bei diesem Beispiel um ein mit einer Seite und eine Übertragung ohne den optionalen Fehlerkorrekturmodus (ECM Error Correction Mode). Grundsätzlich müssen alle G3-geräte das in ITU-T.4 definierte Kompressionsverfahren»Modified Huffmann«(MH) beherrschen. Dabei wird eine Pixelzeile in einen Wechsel von jeweils 1 n schwarzen bzw. weißen Punkten aufgeteilt (Bild 1). Diese Lauflängen werden durch variabel große vordefinierte Codewörter spezifiziert. Die Komprimierung ergibt sich dadurch, dass für gängige Lauflängen in Schriftdokumenten die kürzesten Codes verwendet werden (Tabelle 2). Optimiert ist dieses Verfahren für schwarz- /weiße Schriftdokumente. Da Fotos durch Pixelmuster in Graustufen gerastert werden, entstehen sehr viele Wechsel zwischen VAF REPORT 2/2014 21

Grundsätzlicher Ablauf einer übertragung Die Abbildung zeigt die fünf Phasen einer übertragung. Phase A ist der Verbindungsaufbau, bei dem der Absender regelmäßig den»calling Tone«sendet und die gerufene Seite nach zwei Sekunden Pause den allseits bekannten Antwortton sendet. In Phase B werden Informationen ausgetauscht, die für die anschließende Übertragung des Dokuments benötigt werden. Der Empfänger teilt mit, welche Eigenschaften er unterstützt (Übertragungsgeschwindigkeiten, Auflösung, Kodierungsverfahren und weitere mögliche Optionen). Optional aber üblicherweise übermittelt er auch die eingestellte kennung. Die rufende Seite trifft eine Auswahl aus den angebotenen Eigenschaften und teilt diese dem Empfänger mit. Die gesamte Aushandlung geschieht im robusten V.21-Modus mit 300 Bit/s. Es folgt eine Probeübertragung, um festzustellen, ob die Qualität der Verbindung für die geplante Übertragungsrate ausreicht (TCF). Dazu werden 1,5 Sekunden lang Nullbytes gesendet. Falls der Empfänger diese fehlerfrei erhalten hat, sendet er eine positive Bestätigung und es beginnt mit Phase C die eigentliche Dokumentenübertragung auf Basis der ausgewählten Einstellungen. Andernfalls wird die nächstniedrige Geschwindigkeit ausgehandelt und erneut getestet. Am Ende jeder Seite bzw. des gesamten Dokuments wird der Empfänger in Phase D zur Bestätigung aufgefordert, die je nach Ergebnis der Übertragung positiv oder negativ ausfällt. Mit»Disconnect«wird zuletzt in Phase E mitgeteilt, dass der Vorgang zu Ende ist und die Verbindung getrennt wird. Grafik: Deutinger Schwarz und Weiß. Deshalb führt in diesem Fall die MH-Kodierung meist zu einer deutlichen Vergrößerung der Datenmenge und damit der Übertragungsdauer. Beim optionalen zweidimensionalen Komprimierungsverfahren MR (Modified Read) macht man sich die Tatsache zunutze, dass zwei aufeinanderfolgende Pixelzeilen in der Regel viele Ähnlichkeiten haben. Zunächst wird eine Zeile in MH kodiert, für die nächste und evtl. weitere Folgezeilen werden nur mehr die Abweichungen zur jeweils vorherigen Zeile angegeben. In regelmäßigen Abständen wird eine Zeile wieder komplett in MH kodiert, damit sich ein möglicher Übertragungsfehler nicht auf die restliche Seite nach unten fortpflanzt. Das optionale Fehlerkorrekturverfahren ECM sorgt für eine fehlerfreie Übertragung, indem es die Daten in einzelne Rahmen des Netzwerkprotokolls HDLC (High-Level Data Link Control) verpackt, die bei Übertragungsfehlern vom Empfänger selektiv zur Wiederholung angefordert werden können. Da hierbei die Korrektheit der Daten gewährleistet ist, kann eine zweidimensionale Komprimierung genutzt werden, bei der keine zwischenzeitliche Neukodierung von Zeilen in MH notwendig ist. Dieses in ITU-T.6 definierte Verfahren nennt man MMR (Modified Modified Read) es bietet die höchstmögliche Komprimierung von Schriftdokumenten (Bild 2). ist nicht immer fehlerfrei benutzer kennen das: Nicht jedes wird beim ersten Versuch fehlerfrei übertragen. Gelegentlich bekommt man eine Fehlermeldung und muss das Dokument erneut versenden. Ursachen für erfolglose Versuche sind unter anderem: Nicht technische Probleme: Falsche Telefonnummer, ausgeschaltetes Empfangsgerät, weiche falsch eingestellt, kein Papier eingelegt, Toner leer Mangelnde Kompatibilität: Manche exotischen geräte oder server haben das T.30-Protokoll mangelhaft implementiert, sodass sie nicht alle Absendergeräte verstehen. Übertragungsstörungen auf der Strecke zwischen Absender und Empfänger. Dies ist der häufigste Grund für Abbrüche. Vor al- 22 VAF REPORT 2/2014

lem in diesem Bereich finden sich Auswirkungen der Umstellung auf. T.4/T.6 definiert die Codier- bzw. die Kompressionsalgorithmen Die Wahrscheinlichkeit eines Abbruchs steigt mit der Seitenanzahl bzw. der Übertragungsdauer. PSTN Wie erkennt das Empfangsgerät Übertragungsfehler? Bei größeren Störungen geht die Modemsynchronisierung komplett verloren (»Carrier Lost«) und es werden keine weiteren Daten empfangen. Ansonsten kann es vorkommen, dass einzelne Bits verfälscht werden. Beim Fehlerkorrekturmodus wird dies anhand der Prüfpolynome in den HDLC-Rahmen erkannt. Ohne diese Option erkennt der Empfänger defekte Pixelzeilen daran, dass zwischen zwei Zeilentrenncodes (EOL End of Line) nicht exakt 1.728 Bildpunkte dekodiert wurden. Eine geringe Anzahl an Fehlern führt noch nicht zur negativen Quittierung. Erst wenn zu viele defekte Zeilen aufeinanderfolgen, wird die T.30 Signalisierung und Aushandeln der Parameter zwischen geräten Bild 2: Zusammenspiel von T.30, T.4 und T.6 während der G3-transaktion Seite nicht akzeptiert, da ansonsten möglicherweise ganze Textzeilen unlesbar wären. Ebenso wird eine Seite negativ bestätigt, wenn der prozentuale Anteil defekter Pixelzeilen einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Auswirkungen der -Kommunikation auf Seit einigen Jahren wird die Telefonie-Infrastruktur Zug um Zug auf analoge töne umgestellt. In den RTP-Paketen werden die G.711-Samples der töne transportiert RTP RTP RTP Selbst wenn Absender und Empfänger herkömmliche Telefonanschlüsse verwenden, ist nicht immer gewährleistet, dass die Informationen in gewohnter Weise unverändert durchgereicht werden. Im Idealfall gibt es eine herkömmliche durchgehende digitale Strecke, über die die Daten mit konstanter Bitrate und praktisch ohne Verzögerung transportiert werden leider ist dies inzwischen durch die technische Umstellung analoge töne der Netze nicht mehr der Normalfall. Grafik: VAF Anzeige Innovatives Systemhaus gesucht! Sie möchten gewinnbringende Märkte erschließen und langfristig Umsätze sichern? Entscheiden Sie sich für eine zukunftsorientierte Partnerschaft mit der QSC AG! QSC AG: DIE GANZE WELT DER ITK-SERVICES FÜR DEN MITTELSTAND. analoge töne analoge töne Die QSC AG bietet mittelständischen Unternehmen umfassende ITK-Services aus einer Hand: von der Telefonie, Datenübertragung, Cloud-Services; Housing, Hosting bis zu IT-Outsourcing und IT-Consulting. internetfähiges Das Besondere dabei: Wir bieten Ende-zu-Ende-Lösungen von der Cloud bis zum Access haben wir alle Bausteine im Portfolio. gerät oder server Mit eigener hochmoderner Netzinfrastruktur sowie TÜV und ISO-zertifizierten Rechenzentren in Deutschland zählt QSC zu den führenden mittelständischen Anbietern von ITK-Dienstleistungen in Deutschland. www.qsc.de/go/512 E-Mail: vertriebsinnendienst@qsc.de VAF REPORT 2/2014 23

Grafik: VAF das Senden bzw. das Empfangen des dokuments findet nahezu gleichzeitig statt. In den RTP-Paketen T.4/T.6 definiert die Codier- bzw. die Kompressionsalgorithmen werden die G.711-Samples Im Gegensatz dazu beschreibt der ITU-Standard der töne transportiert T.37 ein Verfahren, bei dem das an analoge töne RTP RTP RTP analoge töne einem Gateway in Echtzeit empfangen und dann unter Nutzung von Standards wie PSTNSMTP und MIME weitergeleitet und zuletzt von einem weiteren Gateway an das Empfangsgerät übertragen wird. Dieses Verfah- T.30 Signalisierung und Aushandeln der ren Parameter hat sich zwischen nicht durchgesetzt geräten unter anderem wegen des Fehlens einer sofortigen Rückmeldung über den erfolgreichen Versand. Bild 3: Prinzip des G.711--Pass-Through Echtzeit--over- kann auf zwei Arten erfolgen: G.711-Pass-Through T.38-Fo Abgesehen vom reinen Analoganschluss findet man heute hauptsächlich drei verschiedene Szenarien vor: 1. Herkömmlicher ISDN-Telefonanschluss an digitaler Ortsvermittlungsstelle Da Carrier in ihrer Infrastruktur weitgehend einsetzen, ist eine durchgehende unveränderte Übertragung der G.711-Bitströme nicht automatisch gewährleistet. Um Bandbreite zu sparen, kann Sprache unterwegs komprimiert werden. Dies ist sehr schädlich für jegliches Modemverfahren analoge töne also auch für. Eine zuverlässige Erkennung von Datenverbindungen durch internetfähiges den Netzbetreiber, um Komprimierung automatisch gerätauszu- schalten, ist nicht immer gewährleistet. Des- oder server halb ist es wichtig, die Endeinrichtungen so zu konfigurieren, dass abgehende rufe im ISDN die Bearer Capability»Audio 3,1 khz«anfordern und nicht»speech«, um den Netzbetreiber darauf hinzuweisen, dass keine Sprachkomprimierung erfolgen soll. 3. Direkte Versorgung mit über S-Trunk In diesem Fall kann ein herkömmliches gerät nicht direkt angeschlossen werden. Deshalb werden analoge Telefonadapter verwendet, die die Umwandlung und Anpassung der Signale vornehmen. Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung einer modernen serverlösung, analoge töne die direkt auf -Basis kommunizieren kann. In den RTP-Paketen werden die G.711-Samples der töne transportiert RTP RTP RTP Beide Verfahren werden in der Praxis verwendet sie haben spezifische Vor- und Nachteile und die Auswahl sollte anhand der jeweiligen Umgebungsbedingungen erfolgen. analoge töne G.711-Pass-Through Beim G.711--Pass-Through werden die -over- (Fo) für benötigten analogen Informationen Analog zur analoge Sprachübertragung töne über (Töne und Modemsignale) mit denselben (Vo) kann auch der dienst wie in Szenario 3 beschrieben über ein -Netzwerk des Real Time Protocol (RTP) übermittelt Mitteln wie Vo-Daten unter Nutzung realisiert werden. Man spricht dann von (Bild 3). Hierzu müssen die Daten ohne zusätzliche Komprimierung im PCM-Format Echtzeit- bzw. Real-time--over-. Bei dieser Variante wird wie gewohnt eine direkte (G.711) kodiert werden. Silence Suppression (die Erkennung von Sprechpausen und Verbindung zum Endgerät des Empfängers aufgebaut. Dabei erhält der sender eine deren vereinfachte Signalisierung) sowie sofortige Rückmeldung über den Übermittlungsvorgang. Die Daten werden mit konschaltet sein, da beide sich negativ auf die Echounterdrückung sollten dabei ausgestanter Datenrate (isochron) übertragen und übertragung auswirken. 2. Pseudo-ISDN-Anschluss über Provider, die ausschließlich über eine -basierte Infrastruktur verfügen, bieten trotzdem ISDN-Anschlüsse, indem sie dem Teilnehmer ein Gerät zur Verfügung stellen, das den Anschluss nach innen auf ISDN umsetzt. Da diese Geräte von unterschiedlicher Qualität sind, gibt es kein einheitliches Verhalten zwischen den verschiedenen Anbietern. Wenn die zugrunde liegende -Versorgung über herkömmliche Internetanschlüsse erfolgt, kommen Probleme durch Paketverlust, Jitter und fehlende Priorisierung mit dazu für ist das keine günstige Voraussetzung. analoge töne internetfähiges gerät oder server Bild 4: Prinzip von Fo mit T.38-Protokoll analoge töne Grafik: VAF 24 VAF REPORT 2/2014

Vorteile: Geringerer Aufwand in Gateways (keine Modemfunktion erforderlich) Einfachere Integration in Vo-Konfigurationen, wenig Unterschied zur Sprachübertragung Bessere Kompatibilität durch Versand des Originalsignals vom sendenden gerät Nachteile: Sehr empfindlich für Paketverlust dabei geht die Modemsynchronisation verloren Qualitätsprobleme bei längerer Übertragungsdauer durch fehlende Möglichkeit der Taktsynchronisationen zwischen Telefonieund -Strecke T.38-Realtime--over- Bei diesem Verfahren (Bild 4) werden in einem Gateway alle vom gerät gesendeten Töne und modulierte Informationen erkannt bzw. demoduliert, in UDP-Datenpakete umgewandelt und zur Gegenseite gesendet. Diese werden dort interpretiert, in entsprechende Analogsignale umgewandelt und an ein gerät übermittelt. Vorteile: Geringere Bandbreitennutzung Unterstützung von FEC (Forward Error Correction) üblicherweise enthält jedes UDP-Paket auch Informationen aus den vorherigen Paketen. Bei Paketverlust kann somit die fehlende Information aus den Nachbarpaketen rekonstruiert werden. Dies ist der wesentliche Vorteil von T.38. Nachteile: Auch bei Verwendung von T.38 wird zunächst eine reine Sprachverbindung über RTP aufgebaut. Danach wird über S-reIN- VITE auf T.38 umgeschaltet. Dies darf auf beiden Seiten der S-Verbindung eingeleitet werden, was zu Kollisionen führen kann. Es ist also wichtig, vorab zu klären, welche Seite dies bei welchen Verbindungen (kommend/gehend) übernimmt, um Aushandlungsprobleme zu vermeiden. Es werden nicht die Originalsignale übertragen beim Empfänger kommt das analoge Signal so an, wie das Gateway auf der Empfangsseite es erneut generiert. Auch das Timing zwischen beiden Seiten wird durch zusätzliche Verzögerungen der zweifachen Umsetzung verändert, was in seltenen Fällen zu Kompatibilitätsproblemen zwischen den beteiligten geräten führen kann. Wie in Bild 4 zu sehen, kann z. B. ein server oder ein T.38-fähiges gerät die T.38-UDP-Pakete direkt interpretieren bzw. erzeugen und nach dem T.30-Protokoll verarbeiten. Eine weitere Umsetzung von bzw. in Analogsignale ist bei solchen Endeinrichtungen nicht erforderlich. Fazit Kein Problem ohne eine spezielle Lösung für -Netze. Um dokumente über ein paketorientiertes Netzwerk zu übermitteln, müssen die daten»technisch aufbereitet«werden. Die beschriebenen lösun- Autor: Dipl.-Inf. Johann Deutinger Der Autor ist Vorstand der Ferrari electronic AG in Berlin. Das 1951 gegründete Unternehmen entwickelt seit Ende der 1980er Jahre Lösungen für die integration. 2001 stellte Ferrari electronic auf der CeBIT die erste -over--lösung vor. www.ferrari-electronic.de gen weisen jeweils ihre Vor- und Nachteile auf. Als Universallösung für -Netze setzt sich im Vo-Umfeld langsam aber sicher die T.38-Lösung durch. K Vernetzung treibt den globalen ITK-Energieverbrauch in die Höhe Rund vierzehn Milliarden vernetzte Endgeräte waren 2013 in Betrieb und verbrauchten rund 616 TWh Strom. Das entspricht mehr als dem Elektrizitätsbedarf von Kanada in diesem Zeitraum. Zu dem Ergebnis kommt die Internationale Energieagentur (IEA) in ihrem jüngst in Paris veröffentlichten Bericht. Die Trendprognose sagt mit einer jährlichen Wachstumsrate von sechs Prozent eine Verdopplung des Energieverbrauchs in den nächsten zehn Jahren voraus. Privat und geschäftlich werden immer mehr Endgeräte verwendet, die über eine Vernetzung verfügen. Sei es der vernetzte Kühlschrank, die Spielekonsole, die Videokamera oder die zunehmende Zahl von Endgeräten wie PCs, Laptops, Tablets & Co. Stromfresser Stand-by-Modus Der Großteil des Stromverbrauchs erfolge laut IEA, wenn die Geräte nichts täten, als im Stand-by-Modus ständig die Verbindung zum Netzwerk aufrechtzuerhalten. Effizientere Lösungen würden in dem Bereich Einsparpotenziale von bis zu 80 Prozent ermöglichen. Ein Gedankenspiel: Wären 2013 die bereits heute verfügbaren Energiespartechnologien umfassend zum Einsatz gekommen, so hätte dies eine Reduktion der Energiekosten für Endnutzer in Höhe von 80 Milliarden US-Dollar ermöglicht. K Publikation More Data, Less Energy: Making Network Standby More Efficient in Billions of Connected Devices. Hrg.: Internationale Energieagentur, 4. Juli 2014, www.iea.org VAF REPORT 2/2014 25