6VoIP Seite 1 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Voice over IP.

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3 6VoIP Seite 2 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Alle Rechte vorbehalten: Prof. Dr. Günter-Ulrich Tolkiehn TFH Wildau tolkiehn@tfh-wildau.de 6 VoIP VoIP, IP-Telefonie, Internet-Telefonie

4 6VoIP Seite 3 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten IP-Telefonie: Eine Idee voller Schwierigkeiten IP: Für plattformübergreifende, anwendungs- und technikunabhängige Datenübermittlung in redundanten, dezentralen Netzen: verbindungslos unsicher ohne Realzeitbezug nicht für isochrone Anwendungen erfunden

5 6VoIP Seite 4 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten IP Nach: Badach Hoffman Knauer: „High Speed Internetworking“

6 6VoIP Seite 5 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten VoIP, wie funktioniert das? Sprache aufnehmen und digitaliseren (ITU G.711) Datenstrom komprimieren und paketieren Daten aus dem Endgerät Senden Daten durch das Netz transportieren Daten im Endgerät Empfangen Pakete aneinanderfügen Datenstrom dekomprimieren Datenstrom in analoges Signal wandeln und ausgeben Die markierten Elemente bewirken erhebliche Verzögerungen, nur z.T. abhängig von der Übertragungsleistung des Netzes

7 6VoIP Seite 6 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Qualität und Kompression Telefonqualität: Frequenzbereich 300Hz – 3,4 kHz Digital nach ITU G.711: Abtastrate 8 kHz, Quantisierung 8 bit nicht-linear Übertragungsrate 64 kbit/s duplex Bitfehlerrate besser als 10 -6

8 6VoIP Seite 7 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Qualität und Kompression Verschiedene Codecs für VoIP, heute i.w. noch: G.723.1 G.729 A Verlustbehaftete Kompression um Faktor 8-10 + Reduktion der erforderlichen Bitrate - leichte Verschlechterung der subjektiven Sprachqualität (kumuliert bei mehrfachem Durchlauf) -Erhöhung der Paketierungsverzögerung -Delay durch Bearbeitungszeit - Erhöhung des Informationsverlustes bei Paketverlust

9 6VoIP Seite 8 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Ein Herzstück von VoIP: Der Codec Digitale Sprache im ISDN: 64kbit/s vollduplex, Taktrate 8 kHz, Auflösung 8 bit, a-law oder µ-law codiert Sprachkompression: Verschiedene, natürlich inkompatible Verfahren für Codecs für Datenraten von 4 kbit/s-16kbit/s vollduplex sind z.B. für CN, Satelliten- und Interkontinentalverbindungen erprobt für VoIP wurden eine Reihe von mehr oder weniger neuen Verfahren entwickelt, natürlich jedes mit diversen Patenten verschiedener Inhaber bewehrt

10 6VoIP Seite 9 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Codecs von den ehemals fünf „Standards“ für VoIP- Datenkompression im Rahmenstandard ITU H.323 haben i.w. G.723.1 und G.729 annex A „überlebt“ die funktionale Unterschiede sind für den Anwender nicht wesentlich acht Patentinhaber bei G.723.1, bei G.729 annex A davon sechs IPR-Probleme und Lizenzierung wie immer schwierig Systeme müssen nach Möglichkeit alle oder viele Codes beherrschen

11 6VoIP Seite 10 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Codec Übersicht CodecVerfahrenKbit/s (best) MOSMIPSDelay (ms) Sample (ms) G.711A-law PCM644.10<10,250,125 G.726ADPCM323,85161,250,125 G.728LD-CELP163,613-50,625 G.729CS-ACELP83,92192510 G.729ACS-ACELP83,70112510 G.723.1MP-MLQ6,33,901667,530 G.723.1A-CELP5,33,651730 GSMA-CELP12,23,515-204520 Verschiedene Quellen: Cisco, Damovo, Swyx u.a.

12 6VoIP Seite 11 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Bereiche der Sprachqualität Quelle: „Leitfaden VoIP“, Swyx Communications AG, 2000

13 6VoIP Seite 12 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Technische Nachteile von VoIP verlustbehaftete Kompression* Delay Jitter Paketverluste fehlende Ende-zu-Ende-Kontrolle * : bei ausreichender Übertragungskapazität verzichtbar

14 6VoIP Seite 13 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Delay und Jitter variable, grundsätzlich beliebige last- und routenabhängige Verzögerungen von IP-Paketen im store-and-forward Netz Isochronität des Datenstroms kann nur durch geplantes Delay (Jitterbuffer) sichergestellt werden (der langsamste geplante bestimmt das Delay, wer noch langsamer ist, fliegt raus) Gegenmaßnahmen: Leistungsreserven und Priorisierung

15 6VoIP Seite 14 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Problem Delay im store-and forward-Netz Internet ist ein segmentiertes store-and-forward-Netz es werden Pakete transportiert. Verzögerung von t = (minimale Paketgröße) / (Datenrate nach Kompression) unvermeidlich grundsätzlich sind beliebige zusätzliche Delays auf allen Einzelstrecken des Netzes möglich (Roundtrip delay) „Verbindungen“ im Internet nur durch höhere Kommunikationsprotokolle Telefonnetze erzeugen Verbindungen auf bit-Level und haben Verzögerungen nur im ms-Bereich (Ausnahme: Verbindungen über geostationäre Satelliten, Verbindungen mit Kompression, z.B. Überseekabel)

16 6VoIP Seite 15 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten „Empfindlichkeit“ der Dienste gegen hoch gering hoch gering Übertragungsfehler Delay copy Telefonie Bildtelefonie Chat, IMS mail http MIME Radio Video Telnet

17 6VoIP Seite 16 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Fehlende Ende-zu-Ende Kontrolle Flusskontrolle und Sicherung erfolgen im Internet durch höhere Protokolle das geht aus Zeitgründen für VoIP nicht TCP wird nur für Verbindungsauf- und -abbau verwendet, für die Sprachdaten UDP verlorene VoIP-Pakete können nur interpoliert oder aus Forward ECC oberhalb UDP regeneriert, nicht neu angefordert werden.

18 6VoIP Seite 17 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Die Begriffe: VoIP, IP-Telefonie, Internet-Telefonie VoIP: Sprachdialog über IP-basiertes Netz IP-Telefonie: Telefondienst über IP-basiertes Netz (in der Regel LAN) Internet-Telefonie: Telefondienst über das (öffentliche) Internet Wichtig: Neue Telefondienste müssen Übergang zum konventionellen Telefonnetz bieten

19 6VoIP Seite 18 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten VoIP, IP-Telefonie, Internet-Telefonie Telefonie: verbindungsorientiert, Punkt-zu-Punkt, duplex, kontinuierlicher Datenstrom, realtime - oder???? Sprachqualität typisch 3,1kHz (Ausnahme 7kHz), analog oder digital weltweite Adressierbarkeit über Telefonnummern komplexe Funktionen digitaler Endgeräte Akzeptanz neuer Qualität(sverschlechterung) dank Mobilfunk neue Leistungsmerkmale dank digitalen Ortsvermittlungen und ISDN

20 6VoIP Seite 19 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Funktionen digitaler FeAps Tonwahl Wahlwiederholung Programmierbare Wahltasten Display Gebührenanzeige Anzeige von Rufnummern Telefonbuch Event-Speicherung und Anzeige Funkübertragung AB, AWS, Fax...

21 6VoIP Seite 20 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Probleme mit „Killer-Applikationen“ Anfängliche Vorstellungen (97-99): Ablösung des PSTN durch Internet-Telefonie (mit Flatrate => kostenlos telefonieren) Ablösung der Endgeräte durch standardisierte Softphones (weil wesentlich preisgünstiger und leistungsfähiger), evtl. mit Handset oder Headset an PC-Schnittstelle (Soundkarte, USB o.a.) Ablösung der NStA durch Software auf dem IP-Router mit Kostenvorteilen von 60-70% (Cisco Systems 1999) Telefonverkabelung: K.W.

22 6VoIP Seite 21 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Probleme mit „Killer-Applikationen“ Später: Verzicht auf getrennte TK-Verkabelung Ablösung der NStA durch VoIP-Switch/Gateway (aber mit neuen VoIP-Endgeräten) Senkung der NStA-Betriebskosten durch Migration ins Intranet Vereinfachung von CTI- und UM-Anwendungen Wichtig: Investitionsschonende Migration in die neue Technik

23 6VoIP Seite 22 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Konventionelle Telefonie PSTN PBX          LAN

24 6VoIP Seite 23 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Computer-Telefonie 1 (ohne IP) PSTN PBX

25 6VoIP Seite 24 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Analog oder digital zum CT-Endgerät (MM-PC) PSTN PBX    LAN   Alternativen: First-party oder third-party CTI

26 6VoIP Seite 25 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten IP-Telefonie 2 PSTN      LAN

27 6VoIP Seite 26 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten PSTN      LAN mit IP-Telefonie Ersatz der NStA durch VoIP-GW im LAN

28 6VoIP Seite 27 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten PSTN      LAN mit IP-Telefonie Alternativ: IP-Telefone anstelle von IP-CT-PCs    

29 6VoIP Seite 28 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Internet-Telefonie 3      LAN mit VoIP

30 6VoIP Seite 29 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Internet-Telefonie 3  Internet Telefonieren kostenlos?... na, wir wollen mal nicht übertreiben!     LAN mit VoIP

31 6VoIP Seite 30 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Unterschiedliche Vorstellungen in der I- und T-Industrie Die TK-Industrie hat VoIP zunächst nicht ernst genommen. Argumente: Sprachqualität inakzeptabel Addressierungsmöglichkeiten nicht ausreichend Fehlende Leistungsmerkmale und Integrationsschnittstellen Endgeräte (Softphones) akustisch und ergonomisch (z.B. Einschaltverhalten) inakzeptabel Zuverlässigkeit inakzeptabel (Man stelle sich vor, ein Windows- PC als TK-Anlage!)

32 6VoIP Seite 31 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Unterschiedliche Vorstellungen in der I- und T-Industrie Die IP-Industrie hat Telefonie zunächst zu leicht genommen. Beispiele: „Unsere Kunden brauchen keine Leistungsmerkmale“ (Cisco 1999) Standards? Setzen wir dann schon rechtzeitig statt PBX etwas Software auf dem Router so ein Endgerät ist doch schnell entwickelt jede beliebige Sicherheit durch redundante Systeme Probleme des Verbindungsaufbaus über Gateways, der Benutzer- und Rechteverwaltung und des billing & accounting wurden unterschätzt

33 6VoIP Seite 32 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Unterschiedliche Vorstellungen in der I- und T-Industrie In manchen Punkten gab es auch Einigkeit: weder Endgeräte noch Systeme werden billiger möglichst wenig Standards, fast nichts ist herstellerübergreifend interoperabel Im öffentlichen Verkehr weiter Telefongebühren Einige Anwenderwünsche wurden erfüllt: der User bekommt seinen „Knochen“ die Telefonnummer bleibt (zunächst) erhalten VoIP-System und PBX können koexistieren und sogar kooperieren

34 6VoIP Seite 33 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Standards für Internet-Telefonie heute: ITU-T H.323 / H.450 IETF SIP (RFC 2543) ITU-T und IETF MGCP Viele proprietäre Standards analog den privaten NStA-Protokollen Interoperabilität ???

35 6VoIP Seite 34 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Internet-Kapazitäten überholen Telefonnetz 1999 Sprach- und Datenkommunikationswachstum Sprache Wachstum 5% p.a. Daten Wachstum 300% p.a. Relatives Verkehrsaufkommen 0 50 100 150 200 250 19961997199820002001 Daten über Sprache über Daten Quelle: Lucent Technologies, 6/98 You are here!

36 6VoIP Seite 35 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Öffentliche Dienste Quelle: BMWi: „Entwicklungstrends im Telekommunikationssektor bis 2010“

37 6VoIP Seite 36 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Öffentliche Dienste Quelle: BMWi: „Entwicklungstrends im Telekommunikationssektor bis 2010“

38 6VoIP Seite 37 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Einsatzgebiete heute a) Internet-Telefonie: low-quality, long-distance (international / interkontinental) Nutzen: Gebührenersparnis bzw. Ermöglichung von Voice wo sonst nur E-mail, evtl. Fax, voice-mail oder IRC wirtschaftlich vetretbar war b) In-house oder CN mit leistungsfähigem gemanagtem LAN oder CN mit PSTN-Gateway Nutzen: Vermeidung von zweiter Kabelinfrastruktur, bessere Nutzung von vorhandenem Leitungsnetz, Kostenersparnisse bei Betriebskosten durch einheitlichere Technik

39 6VoIP Seite 38 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Lerneffekte: “What is the likelihood your organization will implement IP Telephony within 4 years?” Quelle:: InfoTech 2001

40 6VoIP Seite 39 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Forecast Q3/2000 Quelle: Philips InfoCom

41 6VoIP Seite 40 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Forecast Q3/2001 Quelle: Philips InfoCom

42 6VoIP Seite 41 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Erfolg durch Migration und Konvergenz Quelle: „Leitfaden VoIP“, Swyx Communications AG, 2000

43 6VoIP Seite 42 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Quelle: „Leitfaden VoIP“, Swyx Communications AG, 2000 Migration und Konvergenz

44 6VoIP Seite 43 G.-U. Tolkiehn IKM, Wirtschaftsinformatik 4. Semester, TFH Wildau, SS 2004, alle Rechte vorbehalten Migration Rate to VoIP 12% 17% 25% 33% 42% = Total Lines = Traditional lines = IP Lines ‘000 Lines, NA 50% Quelle:Philips Infotech 2002 = mein persönlicher Eindruck nach Befragung von Herstellern