Voice Over IP (VoIP) - ChapI - PDF

University of Science and Technology Mohamed-Boudiaf Faculty of Electrical Engineering Department of Electronics Course support entitled : Voice over IP Master 2 Specialty : Networks and Telecommunications Pre...

University of Science and Technology Mohamed-Boudiaf Faculty of Electrical Engineering Department of Electronics Course support entitled : Voice over IP Master 2 Specialty : Networks and Telecommunications Presented by : Mr. Mohammed Hicham HACHEMI Senior Lecturer (HDR) 1  Chapter I General and basic foundations 2  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction L'objectif global de la communication connecter chaque personne sur terre chose n’ait pas changé au fil des ans mais L’objectif s'est progressivement déplacé vers la qualité et d'autres aspects la fiabilité la robustesse la flexibilité la sécurité 3 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction mais mal Trop souvent Technologie VoIP comprise confondue avec populaire la TOIP, et la téléphonie sur ip, Qu’est-ce que la Voix sur IP (VoIP) ? VoIP Voix sur ip Voice over Internet Protocol. aussi signifie nommé 4  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction permettant est série de protocoles de convertir et de transmettre VoIP des communications vocales constituée télécommunications sur un réseau de données grâce à la commutation de paquets 5  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction Des codecs vont signaux vocaux en paquets spécifiques convertir analogiques numériques pour la transmission grâce à la commutation de paquets 6 I.1. Basic principles of voice and video over IP Service de Téléphonie I.1.1. Introduction qui utilise la il convient technologie VoIP [*] de bien distinguer VoIP téléphonie IP aussi nommé TOIP prendre en charge transmettre la voix seule sur un réseau de données des appels et des communications téléphoniques vidéos, de l’image etc Technologie [*] 7 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction Autrement dit: VoIP Est inclut dans aussi nommé TOIP 8 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction 9  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction Quelle est la principale différence entre la téléphonie analogique traditionnelle et le réseau VoIP ? Réseau RTC un réseau physique connu Réseau Téléphonique Commuté Téléphonie sous constitué analogique traditionnelle lignes de cuivre fonctionnant à partir de La commutation de circuit grâce à un autocommutateur PABX 10 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction Pourquoi le cuivre dans le réseau RTC ? matériau conducteur résistant transmettre la voix via un signal électrique 11  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction marchent Les téléphones des téléphones traditionnels (passer et recevoir des appels) VoIP des standards virtuels automatiques pour diriger les appels vers les bons services ; des voyants de notification pour être informé supplément instantanément de la disponibilité de ses collaborateurs ; des fonctions pré programmables comme le journal des appels, le répertoire, les transferts, etc. des hauts-parleurs et d’un son HD pour les audioconférences parfois de la vidéo pour organiser des visoconférences. 12 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction Un réseau VoIP des lignes virtuelles (dématérialisées) Opère grâce à la commutation de paquet la voix = paquets de données (conversion numérique) vont emprunter des chemins différents afin d’optimiser la circulation de la voix 13  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.1. Introduction Comme pour tout La VoIP souffre de En matière de progrès technologique problèmes d'évolutivité QoS Certaines solutions novatrices Ont pu En temps réel, même dans des Assurer l'amélioration des conditions de réseau dégradées performances des appels VoIP 14 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.2. What is Voice Over IP (VoIP)? In order to send voice The information has to be separated into packets just like data Packets sont des morceaux d'informations divisés selon la taille la plus efficace pour le routage Thereafter, Packets doivent être envoyés et reconstitués de manière efficace 15 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.2. What is Voice Over IP (VoIP)? Real-time transport protocol (RTP) définit un format de paquet standardisé pour la diffusion audio et vidéo sur Internet Moreover, The voice data must be compressed afin d’avoir Less space Et d'enregistrer uniquement une gamme de fréquences limitée 16  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.2. What is Voice Over IP (VoIP)? There are many protocols used in the implementation of VoIP services the most important est une norme N’a pas besoin de Strongly protocol générale trop d’infos. SIP and H.323 possède Several These protocols allow users to establish protocols is an ASCII- based protocol multimedia communication (audio, video, or other data communication) over IP networks 17 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.2. What is Voice Over IP (VoIP)? 18 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.2. What is Voice Over IP (VoIP)? Tous les applications utilisant la VoIP 19  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.3. Goals of VoIP implementation ✓ Des économies significatives sur les coûts de maintenance et d’exploitation du réseau. ✓ Déploiement rapide de nouveaux services. It must be noted VoIP may be implemented over different networks 20 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.4. Applications of VoIP The applications are categorized in three groups Calling Messaging Mailing 21  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.5. VoIP: Why Implement It ? VoIP pourrait permettre à un fournisseur de services de transporter la voix “Free" sur Internet, car le transport des paquets sur le réseau IP est gratuit. Cependant, comme la VoIP fonctionne sur IP, qui est le protocole “best-effort" , elle nécessite certaines garanties de qualité de service. Le succès de la VoIP peut être attribué aux raisons suivantes: ✓ Ease of deployment: De nombreuses fonctions peuvent être centralisées dans le domaine VoIP grâce aux caractéristiques uniques des contrôleurs d'appels VoIP. ✓ Simplify of transport networks: élimine le besoin d’établir des lignes louées dédiées à la voix avant l'établissement. 22  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.5. VoIP: Why Implement It ? ✓ Cost reduction: réduit significativement les coûts d’exploitation et de maintenance. Ceci est particulièrement avantageux pour les entreprises qui passent de nombreux appels au quotidien. ✓ Services à valeur ajoutée: L'infrastructure VoIP peut être utilisée pour héberger et mettre en œuvre divers services pour les consommateurs ✓ Easy upgradation: Les services VoIP peuvent être facilement mis à niveau grâce à la simplicité des opérations VoIP. 23 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.6. How VoIP Works ? 24  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.6. How VoIP Works ? ✓ VoIP communication is characterized by telephone networks that can be interconnected with Internet. ✓ The basic technology of VoIP consists of digitizing the analog voice and sending it in the form of IP packets over the Internet or any other IP-based network. ✓ An audio input device, such as a microphone, is required at the sending end. ✓ The audio signal as recorded by the input device is sampled at a very high rate (at least 8000 times per second or more) and transformed into digital form by an analog-to-digital (A/D) converter. 25  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.6. How VoIP Works ? ✓ Les données numérisées sont ensuite compressées en très petits échantillons qui sont rassemblés en gros morceaux et placés dans des paquets de données pour être transmis sur le réseau IP.. This process is referred to as packetization (mise en paquets) ✓ En général, un seul paquet IP contient 10 ms d'audio ou plus, 20 ou 30 ms étant les plus courants. ✓ There are a number of ways to compress this audio, the algorithm for which is referred to as a “compressor/de-compressor”, or simply Codec ✓ Many Codecs exist for a variety of applications (e.g., movies and sound recordings). 26  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.6. How VoIP Works ? ✓ With respect to VoIP, the Codecs are optimized for compressing voice, which significantly reduces the bandwidth used compared to an uncompressed audio stream and ensures high quality of VoIP transmission. ✓ Most of the Codecs sont définis par la norme: ITU-T (International Telecommunication Union, the Telecommunication division ). ✓ Une fois les informations binaires codées et mises en paquets à l'extrémité de l'expéditeur, les paquets encapsulant les données vocales peuvent être transmis sur le réseau. ✓ Le routeur se charge trouve le chemin le plus court vers sa destination. Le paquet peut passer par plusieurs routeurs afin d’optimiser la route finale. 27  I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.6. How VoIP Works ? ✓ Les paquets vocaux vont être décompressés et reconstitués une fois ces derniers parvenus au noeud de destination. Le téléphone VoIP récepteur va utiliser les adresses de chaque paquet pour les placer dans le bon ordre. ✓ Les signaux numériques redeviennent ainsi des mots et des phrases. 28 I.1. Basic principles of voice and video over IP I.1.6. How VoIP Works ? VoIP communication between the sender and the receiver 29 I.2. Advantages and constraints of voice and video communication over IP I.2.1. Packet loss As real-time communication is highly sensitive to loss of information, some IP packets Measures must be can be lost in the network taken to minimize packet loss Codecs can compensate for these lost packets by “filling in the gaps” with audio that is acceptable to human ear. This process is referred to as packet loss concealment (PLC) Dissimulation de perte de paquets 30  I.2. Advantages and constraints of voice and video communication over IP I.2.1. Packet loss Another advantage of As voice communication occurs there is significant “dead” time in the form of talkspurts during which no speaker is talking. Codecs take advantage of this silence periods by applying “silence suppression” techniques that stop transmission during the idle periods and significantly save the network bandwidth 31 I.2. Advantages and constraints of voice and video communication over IP I.2.1. Packet loss 32 I.2. Advantages and constraints of voice and video communication over IP I.2.1. Packet loss Redundancy is another strategy where packets are sent multiple times in order to overcome packet loss Error recovery techniques like forward error correction (FEC) include some information from previously transmitted packets in subsequent packets. Thereafter, the lost packet is reconstructed from the information bits in neighboring packets by applying suitable mathematical operations in a particular FEC scheme. 33 I.2. Advantages and constraints of voice and video communication over IP I.2.2. Delay Packets considered to be lost may actually each the destination after incurring a significant amount of delay. This is particularly problematic for VoIP systems, as delays in delivering a voice packet mean the information is too old to play. Such old packets are discarded in small amounts by the PLC algorithms and perceived as being lost in the network. 34 I.2. Advantages and constraints of voice and video communication over IP I.2.3. Jitter Information in the IP packets Packet loss and delay 35 I.2. Advantages and constraints of voice and video communication over IP I.2.3. Jitter While delay has to be maintained under the threshold level 36  I.2. Advantages and constraints of voice and video communication over IP I.2.3. Jitter Jitter buffer algorithms The number of discarded there is significant “dead” time during which no speaker is talking. A certain number of packets queue length over time Late-arriving packets are queued before play-out Reduce the “mouth to ear” delay 37