9. Arhitektura multimedijskih mreža telekomunikacijskih mreža/2016-2017/06...gateway-a sa...

71
Sveučilište u Zagrebu FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI Zavod za informacijsko-komunikacijski promet Katedra za tehniku informacijsko-komunikacijskog prometa Kolegij: Sveučilište u Zagrebu FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI Zavod za informacijsko-komunikacijski promet Katedra za informacijsko komunikacijske sustave i mreže Kolegij: Arhitektura telekomunikacijske mreže (ak. god. 2016./2017.) Arhitektura multimedijskih mreža prof. dr. sc. Dragan Peraković doc. dr. sc. Marko Periša prof. dr. sc. Slavko Šarić dr. sc. Ivan Forenbacher

Transcript of 9. Arhitektura multimedijskih mreža telekomunikacijskih mreža/2016-2017/06...gateway-a sa...

Sveučilište u Zagrebu

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

Zavod za informacijsko-komunikacijski promet

Katedra za tehniku informacijsko-komunikacijskog prometa

Kolegij:

Sveučilište u ZagrebuFAKULTET PROMETNIH ZNANOSTIZavod za informacijsko-komunikacijski prometKatedra za informacijsko komunikacijske sustave i mreže

Kolegij:

Arhitektura telekomunikacijske mreže(ak. god. 2016./2017.)

Arhitektura multimedijskih mreža

prof. dr. sc. Dragan Perakovićdoc. dr. sc. Marko Periša

prof. dr. sc. Slavko Šarić

dr. sc. Ivan Forenbacher

Sadržaj

Osnove videa

Analogni i digitalni TV standardi

Video standardi

Internet Protocol Television (IP TV)

Protokoli za multimedijske komunikacije – SIP, H.323, MEGACO

Videokonferencijski sustavi

Next-Generation Networks (NGN)

Voice over Internet Protocol

Uvodo Multimedijske mreže su širokopojasne mreže namijenjene digitalnom

prijenosu višemedijskog (engl. Multimedia) sadržaja poput glasa, glazbe,videa, slika, TV sadržaja i sl.

o Najosnovnije vrste multimedijskih mreža:

• Televizijska mreža (TV)

• Internet Protocol Television (IP TV)

• Voice over Internet Protocol (VoIP)

• Video conferencing

o Dva pojma koja su najčešće vezana za multimedijske mreže su Unificiranekomunikacije (engl. Unified Communications) i konvergencija mreža (engl.Network Convergence).

Sadržaj

Osnove videa

Analogni i digitalni TV standardi

Video standardi

Internet Protocol Television (IP TV)

Protokoli za multimedijske komunikacije – SIP, H.323, MEGACO

Videokonferencijski sustavi

Next-Generation Networks (NGN)

Voice over Internet Protocol

Osnove videa

o Osnovni parametri koji karakteriziraju video jesu:

• Frame rate – definira brzinu kojom se okviri slika prenose. Npr. 24 fps ili 30 fps.

• Scanning – se odnosi na proces prikazivanja/osvježavanja slike na ekranu:

– Interlaced scanning

– Progressive scanning

• Resolution – se odnosi na definiciju ili oštrinu slike. Određena je brojem iprostornom gustoćom pixela.

• Aspect ratio – odnos između širine i visine slike.

• Luminance – intenzitet ili svjetlina koja može varirati unutar slike.

• Chrominance – odnosi se na razinu boja i tonova koje se nalaze na slici.

• Synchronization – između odašiljača i prijemnika uključuje vertikalnu ihorizontalnu. Služi da bi slika ostala „na mjestu”.

Gdje se nalazimo?

Osnove videa

Analogni i digitalni TV standardi

Video standardi

Internet Protocol Television (IP TV)

Protokoli za multimedijske komunikacije – SIP, H.323, MEGACO

Videokonferencijski sustavi

Next-Generation Networks (NGN)

Voice over Internet Protocol

Analogni TV standardi

o National Television Standards Committee (NTSC) – formiran u SAD-u

1953. g.; definiran u ITU-T preporuci 1125. Iz njega su se razvili ostali

standardi.

o Phase Alternate Line (PAL) – formiran u Zapadnoj Njemačkoj,

Nizozemskoj i Ujedinjenom Kraljevstvu. Koristi se najviše u Europi,

Australiji i Africi.

o Sequential Couleur Avec Memoire (SECAM) – varijacija PAL-a,

razvijen u Francuskoj gdje se i koristi kao i na Bliskom Istoku.

Digitalni TV standardio Digitalna TV je mreža koja omogućuje prijenos digitaliziranog audio i video sadržaja.

o Digitalni format sadržaja omogućuje bolju i kvalitetniju sliku i zvuka ali i prijenosHigh-Definition (HD) sadržaja.

o Digitalna TV poznaje dva standarda koji su testirani i dokumentirani od straneAdvanced Television Systems Committee (ATSC):• Standard-Definition TV (SDTV)

• High-Definition TV (HDTV)

o Vrlo bitna stavka kod emitiranja digitalnog TV sadržaja je i bandwidth kojiprimjerice za HD signal 1080p (1920x1080), 24 bita po pikselu i 30 frameova usekundi zahtjeva gotovo 1.5 Gbps.

o Zbog toga se mora koristiti kompresija, tzv. video kodek.

o Digitalna TV koristi QAM-N modulacije i OFDM tehniku.

Digitalni TV standardi (cont.)

o Emitiranje digitalne televizije može ići na četiri načina koji su standardizirani u sklopu Digital Video Broadcasting (DVB) standarda :

• Terrestrial

– DVB-T

– DVB-T2

• Satellite

– DVB-S

– DVB-S2

– DVB-SH

• Cable

– DVB-C

– DVB-C2

• Microwave

– DVB-MT

– DVB-MC

– DVB-MS

Digitalni TV standardi (cont.)

Slika 1. High-level arhitektura DVB-x mreža.

- 9 digitalnih regija (engl. Allotment)- Unutar svake regije Single Frequency Network (SFN) način rada- Programski sadržaji se emitiraju unutar određenog multipleksa:

- DVB-T (MUX A, B, D)- DVB-T2 (MUX C, E)

Izvor: Odašiljači i veze

Analogni vs. Digitalni TV standardi

Tablica 1. Usporedba TV standarda.Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Bandwidth i kompresija

o Kako bi se optimizirao potreban bandwidth, niz predradnji je

uključeno u kompresiji video sadržaja, uključujući:

• Filtering – reducira ukupnu frekvenciju analognog signala.

• Color-space conversion – redukcija boja u slici.

• Scaling – mijenjanje rezolucije videa prilikom konverzije iz analognog u digitalni.

• Quantization – redukcija potrebnih bitova po boji.

• Interframe compression – eliminacija redundantnih informacija sukcesivnihvideo frame-ova. Npr. pozadina u filmskoj sceni ostaje ista dok se glumci mogupromijeniti – nema potrebe ponovno slati pozadinu.

Sadržaj

Osnove videa

Analogni i digitalni TV standardi

Video standardi

Internet Protocol Television (IP TV)

Protokoli za multimedijske komunikacije – SIP, H.323, MEGACO

Videokonferencijski sustavi

Next-Generation Networks (NGN)

Voice over Internet Protocol

Video standardi

o Rani razvijeni standardni bili su razvijeni za posebne namjene, poput

video produkcije (MPEG) ili uređivanje slika (JPEG).

o U području videokonferencija razvijen je čitav niz standarda koji

zahtijevaju opremu od samo jednog proizvođača.

o S vremenom, određeni standardi su formalizirani. Najznačajniji za

multimedijske mreže su:

• P x 64

• JPEG

• MPEG

Video standardi – Px64

o P x 64 je ITU-T standard dizajniran kao podrška videokonferencijama i

raznim brzinama prijenosa.

o p se povećava za 64 kbps do maksimalno 2.048 Mbps.

o P x 64 je poznati i kao H.320 kao i H.261 što je ITU-T standard za video

kodiranje.

o H.261 je dio ITU-T H.320 skupine protokola za video telefoniju.

o Podržani video formati su Common Intermediate Format (CIF) i

Quarter-CIF (QCIF).

Video standardi – Joint Photographic

Experts Group (JPEG)o Razvijen zajednički od strane ISO i ITU-T kao kompresijski standard za

uređivanje slika (izdavaštvo, medicina i sl.).

o Motion JPEG se koristi u uređivanju digitalnog video sadržaja.

o JPEG nije pogodan za video prijenos u realnog vremenu jer nema

optimalnu razinu kompresije (20:1 – 30:1) što rezultira velikim

bandwidthom.

Video standardi – Moving Picturec Experts

Group (MPEG)o Razvijen je od strane ISO i International Electrotechnical Commision

(IEC).

o MPEG standardi pružaju visoku razinu kompresije te istovremeno

zadržavanje optimalne kvalitete slike.

o Maksimalna razina kompresije iznosi 200:1 za low-motion video VHS

kvalitete.

o Broadcast kvaliteta se postiže od > 6 Mbps.

o Audio je podržan sa 32-384 kbps do dva stereo kanala

Video standardi – Moving Picturec Experts

Group (cont.)o Osnovni MPEG standardi jesu:

• MPEG-1 – pruža VHS kvalitetu kod 1.544 Mbps. Dizajniran je za pohranu video sadržaja na CD medije. Podržava video kompresiju oko 100:1 te je temelj za MP3 (MPEG-1 audio layer 3).

• MPEG-2 – standard za DVB-T, podržava 720 x 480, 30 fps te bandwidth od 4-100 Mbps. Koristi se i kod Direct Broadcast Satellite (DBS) uslugama.

• MPEG-4 – standard za DVB-T2.

• MPEG-7 – poznat i pod nazivom Multimedia Content Description. Dizajniran za upravljanje, filtiriranje, obradu i pretragu multimedijalnih sadržaja. Temelji se XML-u (eXtensive Markup Language).

• MPEG-21 – poznat i pod nazivom Multimedia Framework čiji je cilj definiranje otvorenog okvira za multimedijske aplikacije.

Sadržaj

Osnove videa

Analogni i digitalni TV standardi

Video standardi

Internet Protocol Television (IP TV)

Protokoli za multimedijske komunikacije – SIP, H.323, MEGACO

Videokonferencijski sustavi

Next-Generation Networks (NGN)

Voice over Internet Protocol

Internet Protocol Television (IP TV)

IPTV is defined as multimedia services such as television,video, audio, text, graphics, data delivered over IP basednetworks managed to provide the required level of QoS/QoE,security, interactivity and reliability.

ITU

Internet Protocol Television (cont.)

o IP TV mreža omogućuje prijenos multimedijskog sadržaja IP mrežom.

o To je postalo moguće dolaskom xDSL uslugama.

o Trendovi su danas za optiku od lokalne centrale to korisnika (FTTP) u

sklopu Passive Optical Network (PON) pristupne mreže.

o Distribucija samo onih kanala na koje je pretplatnik pretplaćen.

o Podrška za SDTV i HDTV.

Internet Protocol Television (cont.)

Terminalni uređaji / Korisnici

TV server/ IP TV koder / Multicast streamer

TV signal

Mreža

Unicast | Multicast

Slika 2. Osnovna arhitektura IP TV mreže.Izvor: http://support.encodedmedia.com/article/102-iptv-network-requirements-and-considerations

Internet Protocol Television (cont.)

IP TV Koder Mrežna infrastruktura

Korisnici

Slika 3. Unicast način slanja u IP TV mreži.Izvor: http://support.encodedmedia.com/article/102-iptv-network-requirements-and-considerations

Internet Protocol Television (cont.)

IP TV Koder Mrežna infrastruktura

Korisnici

Slika 4. Multicast način slanja u IP TV mreži.Izvor: http://support.encodedmedia.com/article/102-iptv-network-requirements-and-considerations

Internet Protocol Television (cont.)

o Osnovni mrežni elementi IP TV mreže jesu:

• Head End – mrežno čvorište gdje se prikupljaju TV signali iz raznih izvora.

– Antene – sustav antena (satelitske i terestrijalne) za primanje TV dignala i daljnje

distribuiranje u mrežu.

– Video na zahtjev poslužitelj– sustav koji se brine o video sadržaju.

– Koder/Dekoder – sustav koji se brine o kompresiji sadržaja (MPEG2 ili MPEG4).

– Multicast streamer – nakon što se sadržaj „prepakira” u pogodan format, spreman

je za slanje u mrežu multicast načinom.

Internet Protocol Television (cont.)

o Osnovni mrežni elementi IP TV mreže jesu (nastavak):

• Network provider – jezgrena mreža koja pruža potrebno mrežnu infrastrukturuza prijenos sadržaja do korisnika

– DSLAM uređaj – nalazi se u lokalnoj centrali ili u sklopu lokalne petlje koji

multipleksira sadržaj Tripple Play usluga.

• Korisnička mreža (Customer Premises Equipment)

– Krajnji korisnički uređaj (set top box) – uređaj koji se nalazi kod korisnika, ima

Ethernet priključak, i zaslužan je za primanje IP TV sadržaja, njegovo dekodiranje i

slanje na TV uređaj.

Internet Protocol Television (cont.)

Slika 5. Generička arhitektura IP-TV mreže.

Internet Protocol Television (cont.)

o Usluge koje nudi IP TV jesu:

• Broadcast TV

• Audio usluge

• Plaćanje po gledanom sadržaju (videoteka)

• Video na zahtjev

• Osobni videorekorder (sadržaj se pohranjuje kod korisnika)

• Mrežno bazirani osobni videorekorder (sadržaj se pohranjuje u mrežnom dijelu)

• TV s vremenskim pomakom

Internet Protocol Television (cont.)

Slika 6. Razlike između IPTV i Video over IP (Internet streaming).

Sadržaj

Osnove videa

Analogni i digitalni TV standardi

Video standardi

Internet Protocol Television (IP TV)

Protokoli za multimedijske komunikacije – SIP, H.323, MEGACO

Videokonferencijski sustavi

Next-Generation Networks (NGN)

Voice over Internet Protocol

Skupina H.320 multimedijskih standarda

o ITU-T je razvio čitav niz preporuka standarda za potrebe

videotelefonije i multimedijske komunikacije (VoIP) koje spadaju pod

skupinu (engl. Umbrella) standarda oznake H.320.

o Svaki standard je razvijen sa specifično mrežno okruženje:

• H.320 – poznati i kao P x 64, podržava video konferencije i multimedijskukomunikaciju brzinama od 64 kbps do 1.920 Mbps. Koristi H.261 video kodek.

• H.321 – ITU-T preporuka za prilagodbu H.320 vizualnih telefonskih terminalnihuređaja u ISDN okruženje.

• H.322 - ITU-T preporuka za vizualne telefonske sustave i terminalne uređaje zaLAN okruženje koji pružaju određenu razinu kvalitete usluge (engl. Quality ofService)

Skupina H.320 multimedijskih standarda

o …(nastavak):

• H.323 - ITU-T preporuka za packet-based multimedijske komunikacije u IP okruženju (prijenos glasa - VoIP i video sadržaja).

• T.120 – ITU-T preporuka i standarda za stvarno vremenski multipoint prijenos multimedijskih podataka (videokonferencije, whiteboarding i sl.). Neovisan o korištenoj platformi i neovisna o vrsti mrežnog okruženja.

Skupina H.320 multimedijskih standarda

(cont.)

Tablica 2. Skupina H.320 standardaIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Skupina H.320 multimedijskih standarda

(cont.)o Mrežni elementi H.323 mreža jesu:

– Terminali –korisnički krajnji uređaji u LAN mreži. Registracija/Prijava/Status idepreko Gatekeeper-a. Za prijenos glasa i videa koristi se Real-Time Transport Protocol(RTP)

– Gateway – služi su konverziju protokola, signalizacije različitih mreža . Sastoji se od:

• Media Gateway (MG)

• Media Gateway Controller (MGC)

– Gatekeeper - upravlja određenim skupom H.323 uređaja (H.323 zona).Funkcionalnosti: translacija adresa, upravljanje bandwidthom, dodatne usluge.

– Multipoint Cotrol Unit (MCU) – podržava konferencijsku komunikaciju između tri iliviše terminala. Sastoji se od:

• Multi-point Controller (MC) - za signalizaciju.

• Multi-point processor (MP) - za obradu medijskog strujanja (eng. media streaming).

Samostalan uređaj (npr. PC) ili integriran u gateway, gatekeepr ili terminal.

Skupina H.320 multimedijskih standarda

(cont.)

Slika 7. H.323 mreža preko IP mrežeIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Skupina H.320 multimedijskih standarda

(cont.)

Slika 8. Osnovni mrežni elementi H.323 mreže

Session Initiation Protocol (SIP)

o Internet Engineering Task Force (IETF) je definirao Session Initiaition

Protocol u dokumentu RFC 2543 kao signalizacijski protokol

aplikacijskog sloja za uspostavljanje, modificiranje i prekidanje

multimedijskih sesija ili poziva preko IP mreže.

o Može raditi zajedno za H.323 ali se pokazao puno bržim i

jednostavnijim od njega.

Session Initiation Protocol (cont.)

o Mrežni elementi SIP mreža jesu:

• User Agent client (UAC) – aplikacija pozivatelja za iniciranje i slanje SIP zahtjeva

• User Agent server (UAS) – zaprimanje i odgovaranje na SIP zahtjeve; prihvaća,

prosljeđuje i odbija pozive

• SIP klijent – krajnji korisničku uređaj Sadrži UAC.

• Proxy poslužitelj – sadrži UAC i UAS. Povezuje dva ili više klijent te prosljeđuje pozive

dalje. Drugim riječima, to je softverska centrala (soft PBX, IP PBX)) poput platforme 3CX

(Windows) i Asterisk (Linux).

• Redirect poslužitelj – zaprima od proxy servera SIP zahtjeve za informacijom o

preusmjeravanjem u obliku alternativnih lokacija gdje se može pronaći pozivani korisnik.

• Location poslužitelj – pruža podatke o lokaciji entiteta u VoIP mreži. Omogućava

mobilnost unutar VOIP mreže. Npr. registracija korisnika (dodjela IP adrese) kod

promjere lokacije.

Session Initiation Protocol (cont.)

Slika 9. Osnovni mrežni elementi SIP mreže

Session Initiation Protocol (cont.)

Slika 10. SIP arhitekturaIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Session Initiation Protocol (cont.)

o SIP identificira klijente preko hijerarhijske URL adrese slične emailadresi, npr. SIP:[email protected].

o Sesija se može inicirati na dva načina:

1) Ako je poznata SIP odredišna adresa, (1) pozivatelj šalje destinacija inviteporuku u sklopu lokalnog proxy poslužitelja (IP PBX centrala).

2) Ako nije poznata SIP odredišna adresa, tada matični proxy poslužitelj šaljezahtjev prema (2) redirect poslužitelju koji šalje upit (3) location poslužitelju.(4) Redirect poslužitelj šalje informaciju prema matičnom proxy poslužiteljpozivatelja koji tada šalje (5) invite poruku na odredišni proxy poslužiteljprema dobivenoj SIP adresi. Odredišni proxy poslužitelj može konzultirati (6)location poslužitelja ako ne zna odmah lokaciju odredišta. Nakon toga, (7)prosljeđuje invite poruku prema odredištu.

H.248: Media Gateway Protocol

o Media Gateway Control (Megaco) protokol je zajednički rezultat ITU-T

(H.248) i IETF (RFC 3525).

o Megaco definira protokole za upravljanje pozivom u sklopu fizičkog

gateway-a sa podkomponentama distribuiranim na više uređaja koji

mogu biti na fizičkim različitim lokacijama.

o Te podkomponente jesu:

• Media Gateway (MG)

• Media Gateway Controller (MGC) – nadzire nekoliko MG-ova od kojih svakimože biti optimiziran za određene gateway funkciju; konverzija između IP iPSTN mreže ili ATM mreže i sl.

Sadržaj

Osnove videa

Analogni i digitalni TV standardi

Video standardi

Internet Protocol Television (IP TV)

Protokoli za multimedijske komunikacije – SIP, H.323, MEGACO

Videokonferencijski sustavi

Next-Generation Networks (NGN)

Voice over Internet Protocol

Videokonferencijski sustavi

o Video konferencija omogućuje održavanje konferencija izmeđudislociranih sudionika koristeći komunikacijsku mrežu za prijenosgovora i video sadržaja u stvarnom vremenu.

o Videokonferencijski sustavi se sastoje od kamera, monitora, videozida, mikrofona, zvučnika i potrebnog softvera.

o Videokonferencijski sustavi mogu se podijeliti na:

a) Room systems – posebno dizajnirana soba, složeni i skupi sustavi namijenjeniza videokonferenciju između grupa ljudi.

b) Rollabout systems – prijenosni i manje skupa verzija room system-anamijenjenih za veći broj ljudi.

c) PC-based systems – desktop ili application-based sustavi, namijenjeni zaperson-to-person konferenciju.

Videokonferencijski sustavi (cont.)

a) Sobni sustavi b) Mobilni sustavi

c) PC sustavi

Videokonferencijski sustavi (cont.)

o Osnovni mrežni elementi u arhitekturi video konferencijskih sustava:

• Koderi/Dekoderi – digitaliziranje i kompresija sadžaja.

• Inverse multipleksori – koriste se u komercijalnim video konferencijama kadadedicirani bandwidth nije dostupan/dovoljan za potrebe video konferencije.Tada se video signal dijeli u dvije ili više komponenti i tako prenose prekoodvojenih kanala.

• Poslužitelji – pohrana sadržaja za kasnije pristupanje (Video-on-Demand)

• Multipoint control units – uređaji koji podržavaju multipoint video konferencijai služe premošćivanju uređaja koji sudjeluju u konferenciji. Omogućuje:centralizirano upravljanje video konferencijom; prilagodba kvalitete videosadržaja; prilagodba bandwidth-a; prikaz sudionika na podijeljenom ekranu.

Videokonferencijski sustavi (cont.)

Slika 11. Video konferencijski sustav sa osnovnim mrežnim elementimaIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Sadržaj

Osnove videa

Analogni i digitalni TV standardi

Video standardi

Internet Protocol Television (IP TV)

Protokoli za multimedijske komunikacije – SIP, H.323, MEGACO

Videokonferencijski sustavi

Next-Generation Networks (NGN)

Voice over Internet Protocol

Konvergencija mreža

We have now reached the stage when virtuallyanything we want to do in the field of communicationsis possible. The constraints are no longer technical, but economic, legal or political.

Arthur C. Clarke, United Nations Telecommunications Day, 1983.

Konvergencija mreža

o Konvergencija je kretanje jedno prema drugom, tj. stvaranje unije.

o U informacijsko-komunikacijskom smislu znači spajanje različitih

mreža i tehnologija.

o Konvergencija je moguća u nekoliko domena:

• Aplikacije

• WAN tehnologije

• LAN tehnologije

• Tehnologije terminalnih uređaja

Konvergencija mreža - Aplikacije

o Porast korisničkih potreba u obliku bandwidtha što rezultira

promjenom/proširenjem mrežne infrastrukture.

o Osim nosivih telekomunikacijskih usluga, mreža mora omogućavati i

dodatne usluge poput Triple/Quadruple Play usluga neovisno o

korištenoj platformi.

o Nadalje, evidentna je proliferacija raznih aplikacija za video

konferencije, distance-learning, muzika i video na zahtjev, home

shopping, integrated messaging, itd…..

Konvergencija mreža – Aplikacije (cont.)

o Glasovne komunikacije:

• Ponuda glasovni usluga zajedno u paketu sa ostalim usluga preko xDSL ili PONinfrastrukture

o Podatkovne komunikacije:

• U današnje vrijeme su vrlo profitabilne jer prijenos podataka eksponencijalnoraste iz godine u godinu.

o Pristup internetu:

• Vrlo važan aspekt zbog postojanje raznih internetskih aplikacija.

o Televizija:

• Digital TV, IP TV (pay per view, video on demand)

Konvergencija mreža – Aplikacije (cont.)

o Multimedia:

• Integracija raznih multimedijskih aplikacije za prijenos različitih sadržaja.

o Videokonferencija:

• Pojava video konferencijskih aplikacija

o Music on Demand:

• Pristup audio sadržaju visoke kvalitete

Konvergencija mreža – Žičane mreže

Slika 12. Konvergencija žičanih mrežaIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Next Generation Network (NGN)

A next-generation network (NGN) is a packet-based network which can provideservices including Telecommunication Services and is able to make use of multiplebroadband, quality of Service-enabled transport technologies and in which service-related functions are independent from underlying transport-related technologies.

It offers unrestricted access by users to different service providers. It supportsgeneralized mobility which will allow consistent and ubiquitous provision of services tousers.

ITU

Next Generation Networks (cont.)o Većina današnjih mreža, pogotovo u jezgrenom dijelu telekom operatora su

NGN.

o NGN definira ključne promjene u telekomunikacijskoj jezgrenoj i pristupnoj mreži kako bi se integrirale žičane i bežične mreže.

o Generalni koncept je jedinstvena transportna mreža temeljena na IP protokolu (eng. All-IP Network) za isporuku multimedijskih usluga, odnosno prijenos bilo koje vrste sadržaja (glas, podaci, tv).

o Isporuka IP multimedijskih usluga standardizirana je IP MultimediaSubsystem (IMS) radnim okvirom formiranim od strane 3GPP i ETSI.

o IMS se temelji na protokolima poput IP, MPLS, SIP/H.323 te omogućava korisnicima komunikacijske usluge u realnom vremenu bez obzira na pristupnu tehnologiju (Wi-Fi, LTE, Fixed).

Next Generation Networks (cont.)

o Neki od primjena IMS usluga jesu:

• HD voice

• Voice over LTE (VoLTE)

• Video communication

• HD video conferencing

• Wi-Fi calling

• IP based messaging

• WebRTC

Next Generation Networks (cont.)

Slika 13. Evolucija iz vertikalne u horizontalnu (NGN) integraciju telekomunikacijskih mrežazvor: https://www.itu.int/ITU-T/worksem/ngn/200505/presentations/s1-knightson.pdf

Next Generation Networks (cont.)

o NGN arhitektura se sastoji o četiri funkcionalne razine/sloja:

1) Access layer – pristpupna mreža ua povezivanje korisnika sa jezgrenommrežom.

2) Connectivity/Transport Layer (All-IP-Network) – dio jezgrena mreže, temeljise na IP protokolu.

3) Control Layer – dio jezgrene mreže, pod njega spada IP MultimediaSubsystem za isporuku multimedijalnih IP usluga neovisno i operatoru, mreži,lokaciji i sadržaju.

4) Service Layer – pružatelji usluga/aplikacija. Sadrži sadržaj koji omogućujepružateljima isporuku usluga dodane vrijednosti (engl. Value Added Services)

Next Generation Networks (cont.)

Slika 14. Arhitektura i funkcionalni slojevi NGN mreže

Sadržaj

Osnove videa

Analogni i digitalni TV standardi

Video standardi

Internet Protocol Television (IP TV)

Protokoli za multimedijske komunikacije – SIP, H.323, MEGACO

Videokonferencijski sustavi

Next-Generation Networks (NGN)

Voice over Internet Protocol

Voice over Internet Protocol (VoIP)

o Voice over Internet Protocol (VoIP) je skupina komunikacijskih

protokola (IP, SIP/H.323/Megaco) čija je glavna uloga isporuka glasa i

multimedijskog sadržaja preko Interneta.

o VoIP omogućava ostvarivanje poziva sa stolnih/prijenosnih računala ili

putem SIP/H.323 telefona koristeći IP protokol.

o Migracija sa tradicionalnog PSTN-a na VoIP u jezgrenoj i pristupnoj

mreži (NGN – IMS).

o Evolucija govornih mreža: POTS� TDM (T1/E1)� VoIP

Voice over Internet Protocol (cont.)

Slika 15. Tradicionalni POTS/PSTNIzvor: Flanagan, W.A., (2012), VoIP and Unified Communications: Internet Telephony and the Future Voice Network, Wiley, New Jersey: USA.

Voice over Internet Protocol (cont.)

Slika 16. Digitalni prijenos u PSTN mrežiIzvor: Flanagan, W.A., (2012), VoIP and Unified Communications: Internet Telephony and the Future Voice Network, Wiley, New Jersey: USA.

Voice over Internet Protocol (cont.)

o Osnovni mrežni elementi VoIP arhitekture ovise o korištenog

protokolu (SIP/H.323), ali osnovni elementi jesu:

• IP PBX – IP centrala

• VoIP gateway – pristupnik između VoIP i npr. PSTN mreže

• GSM/UMTS/LTE gateway – pristupnik između VoIP i GSM/UMTS/LTE mreže

• SIP/H.323 terminalni uređaji – krajnji korisnički uređaj. Može biti fizički uređajili softverski telefon (engl. Softphone).

Voice over Internet Protocol (cont.)

Slika 17. Generička arhitektura VoIP mreže u korporativnom okruženju

Voice over Internet Protocol (cont.)

o Veličina VoIP paketa (opća formula):

• Frame Overhead + Encapsulation Overhead + IPOverhead + Voice Payload

o Npr. ako će paket putovati LAN mrežom (Ethernet II) tada će Frame

Overhead iznositi 18 [Bytes]

o Encapsulation Overhead uključuje zaglavlja poput IPSec i sl., koja se ovdje neće koristiti

o IP Overhead (Layer 3 i iznad), ukoliko se koriste SIP uređaji, uključuje:

• IP (20 bytes) + UDP (8 Bytes) + RTP (12 Bytes) = 40 [Bytes]

Voice over Internet Protocol (cont.)

o Ako 1 sekunda glasa sadrži 64.000 bit/s, koliko sadrži 20 [ms]???

• 64000 x 0.02 = 1280 [Bits] za voice payload

• 1280 / 8 = 160 [Bytes]

o Ukupni Overhead iznosi:

• 58 [Bytes] (18 + 40]

o Ukupna veličina VoIP paketa:

• 160 + 58 = 218 [Bytes]

o Budući da se uzima 20 [ms] ili 0.02 [sek] glasa i „stavlja” u paket, koliki mora biti kapacitet linka za prijenos govora u jednom smjeru???

• 1 [sek] : 0.02 = 50 [paketa/sek]

• 50 [paketa/s] * 218 * 8 [Bit] = 87.2 kbps

Pitanja

Literatura

1. Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications

handbook, Wiley, New Jersey: USA.

2. Flanagan, W.A., (2012), VoIP and Unified Communications: Internet

Telephony and the Future Voice Network, Wiley, New Jersey: USA.