Fachbereich Informatik
Fachrichtung Informations- und Kommunikations-Management
Diplomarbeit
Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqua-
lität in Next Generation Networks
von: Wishal
Mehra
Abgabetermin:
01.08.2011
I
Danksagung
Ich möchte mich an dieser Stelle bei all denen bedanken, die mich bei der Erstellung
dieser Arbeit in jeglicher Form unterstützt haben.
Mein herzlicher Dank gilt Herrn Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Dipl.-Inform. Jürgen R.
Dietrich für die tatkräftige Betreuung der Diplomarbeit.
Weiter möchte ich mich bei Christian Jäger und Kawrit Chanana bedanken, die sich un-
ermüdlich Zeit genommen und mir bei der Korrektur geholfen haben.
Insbesondere danke ich herzlich meinen Eltern und meiner Familie, die mich während
meiner ganzen Studienzeit unterstützt und alle Entscheidungen mitgetragen haben.
Ferner danke ich meinen Neffen Akarschit Mehra, der mich stets moralisch unterstützt
hat.
Nicht zuletzt möchte ich Nils Feige von der QSC AG danken, der mich kooperativ bei
der Diplomarbeit unterstützt und eine angenehme Arbeitsatmosphäre geboten hat.
II
Inhaltsverzeichnis
Danksagung ... I
Inhaltsverzeichnis ... II
Abbildungsverzeichnis ... IV
Tabellenverzeichnis ... V
Abkürzungsverzeichnis ... VI
1
Einleitung ... 1
1.1
Einführung... 1
1.2
Motivation und Zielsetzung ... 1
2
Grundlagen ... 2
2.1
Netztechnologien für Sprachdienste ... 2
2.1.1
Klassische Telefonnetze ... 3
2.1.2
Netze der nächsten Generation Next Generation Network ... 5
2.2
Protokolle ... 8
2.2.1
ATM (Asynchronous Transfer Mode) ... 8
2.2.2
SDH (Synchrone Digitale Hierarchie) ... 9
2.2.3
IPv4 (Internet Protocol Version 4) ... 10
2.2.4
IPv6 (Internet Protocol Version 6) ... 15
2.2.5
TCP (Transmission Control Protocol) ... 18
2.2.6
UDP (User Datagram Protocol) ... 19
2.2.7
RTP (Real Time Transport Protocol) ... 20
2.2.8
RTCP (Real-time control Protocol) ... 23
2.2.9
SIP (Session Initiation Protocol) ... 26
2.3
Sprachkodierung ... 30
2.3.1
PCM (Puls-Code-Modulation) ... 31
2.3.2
DPCM (Differenz-Puls-Code-Modulation) ... 31
2.3.3
LD-CELP (Low-Delay Code-Excited Linear-Predictive) ... 32
2.3.4
CS-ACELP (Conjugate Structure Algebraic Code-Excited Linear-
Predictive) ... 32
2.4
Sprachqualität ... 33
2.5
Störfaktoren ... 33
2.5.1
Echo... ........................................................................................................ 33
2.5.2
Delay... ......................................................................................................... 34
2.5.3
Jitter... ........................................................................................................ 35
2.5.4
Packet loss ... 35
2.6
Messmodelle ... 36
2.6.1
MOS (Mean Opinion Score) ... 36
2.6.2
PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality) ... 37
2.6.3
E-Modell ... 38
2.6.4
R-Faktor... ... 39
3
Konzept ... 41
III
3.1
Auswahl des Messverfahren ... 42
3.2
Evaluierung der Mess-Lösungen ... 43
3.2.1
VQmon... ...................................................................................................... 43
3.2.2
Zumara... ....................................................................................................... 43
3.2.3
Opera... ......................................................................................................... 44
3.2.4
Trafficlyser TraceSim VoIP ... 44
3.2.5
Alternative ... 45
3.2.6
Beurteilung ... 60
4
Systemkonzeptionierung ... 61
4.1
Technische Voraussetzung ... 61
4.2
Testumgebung ... 62
4.2.1
Messmethode ... 63
4.2.2
Messszenarien ... 67
4.2.3
Codecs... ........................................................................................................ 68
4.2.4
Auslastung ... 69
4.2.5
Messphasen ... 70
5
Fazit und Ausblick ... 73
Literaturverzeichnis ... 75
IV
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Phasen der analogen Sprachkommunikation ... 4
Abbildung 2: Aufbau einer Rufnummer ... 4
Abbildung 3: OSI Modell und Protokollzuordnung ... 8
Abbildung 4: ATM Virtuelle Verbindung ... 9
Abbildung 5: IPv4 Header ... 12
Abbildung 6: IPv6 Header ... 16
Abbildung 7: TCP Header ... 19
Abbildung 8: UDP Header ... 20
Abbildung 9: RTP-Header ... 21
Abbildung 10: RTCP-Nachricht ... 24
Abbildung 11: Aufbau einer SIP-Nachricht am Beispiel einer INVITE-Anfrage ... 28
Abbildung 12: Kommunikation zweier SIP-Clients ... 30
Abbildung 13: PCM-Funktionsprinzip ... 31
Abbildung 14: Grafische Darstellung für die Akzeptanz der Gesprächsqualität ... 36
Abbildung 15: Struktur des PESQ-Algorithmus ... 38
Abbildung 16: Verbindungsdarstellung des E-Modells ... 41
Abbildung 17: Verbindung zwischen Köln und Essen ... 47
Abbildung 18: Verbindung zwischen Köln und Berlin ... 47
Abbildung 19: RTCP-Verbindung ... 50
Abbildung 20: Delay- und Jitter-Berechnung über die RTPC-Nachrichten ... 57
Abbildung 21: Netzübersicht Softswitch QSC AG... 63
Abbildung 22: Aktive Methode mobiler Client ... 64
Abbildung 23: Passive Methode Auswahl der Route ... 65
Abbildung 24: Netzwerkumgebung - Grobdarstellung ... 66
Abbildung 25: Messphasen sukzessive Messungen ... 71
Abbildung 26: Messphasen nach Auslastung ... 72
V
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: STM-Datenraten ... 10
Tabelle 2: Vergleich R-Faktor und MOS ... 39
Tabelle 3: Parameter und Standardwerte des E-Modells ... 40
Tabelle 4: Technische Anforderungen von TraceSim VoIP... 62
Tabelle 5: Codier-Verfahren QSC AG vs. IT-Wissen.info ... 68
VI
Abkürzungsverzeichnis
ACD
Automatic Call Distribution
ATM
Asynchronous Transfer Mode
CS-ACELP
Conjugate Structure Algebraic Code-Excited Linear-Predictive
DF
Don`t Fragment
DPCM
Differenz-Puls-Code-Modulation
DSL
Digital Subscriber Line
FVSt
FernVermittlungsStelle
FVSt
Fernvermittlungsstelle
HTTP
Hypertext Transfer Protocol
IETF
Internet Engineering Task Force
IHL
IP-Header Lenght
IP
Internet Protocol
IPTV
Internet Protocol Television
ISDN
Integrated Service Digital Network
ITU
International Telecommunication Union
ITU-T
International Telecommunication Union Telecommunication Standardiza-
tion Sector
LD-CELP
Low-Delay Code-Excited Linear-Predictive
LKZ
Länderkennzahl
LWL
Lichtwellenleiter
MF
More Fragment
MOS
Mean Opinion Score
MPLS
Multiprotocol Label Switching
NGN
Next Generation Network
ONKZ
Ortsnetzkennzahl
PCM
Puls-Code-Modulation
PDH
Plesiochrone Digitale Hierarchie
PESQ
Perceptual Evaluation of Speech Quality
POP
Post Office Protocol
POTS
Plain Old Telephone Service
PPP
Point-to-Point Protocol
PSTN
Public Switched Telephone Network
QoS
Quality of Service
VII
RFC
Request for Comments
RTCP
RTP Control Protocol
RTP
Real-time Transport Protocol
SBC
Session Border Controller
SDH
Synchrone Digitale Hierarchie
SDP
Session Description Protocol
SER
SIP Express Router
SIP
Session Initiation Protocol
SMTP
Simple Mail Transfer Protocol
SS7
Signalling System 7
STM
Synchronous Transport Module
STP
Signalling Transfer Point
TCP
Transmission Control Protocol
TDM
Time Division Multiplexing
Tel-Nr
TelefonNummer
Tel-Nr
Telefonnummer
TOS
Type of Service
TTL
Time-to-live
TVSt
Teilnehmer Vermittlungsstelle
UDP
User Datagram Protocol
UMG
Universal Media Gateway
VoIP
Voice over Internet Protocol
www
World Wide Web
Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks
1
1
Einleitung
Sprache gehört wohlmöglich zu den ältesten Kommunikationsmitteln, daher ist es für
Telekommunikationsunternehmen umso wichtiger dieses Gut auch in der heutigen
Zeit in ausreichender Qualität zu gewährleisten.
Das analoge und digitale ISDN Telefonnetz ist für Sprachübertragungen das stabilste
und modernste Netz, doch es ist sehr unflexibel und schmalbandig. Für neue Dienste
mussten daher Netze um- als auch aufgebaut werden, unter anderem auch DSL.
1.1
Einführung
Die Netzbetreiber wollen ein flexibleres und kostengünstigeres Netz aufbauen, bei
dem auch neue Dienste einfacher zu integrieren sind. Aus diesen Anforderungen ist
das Netz der nächsten Generation das sogenannte Next Generation Network (NGN)
entstanden, bei der möglichst einheitliche Übertragungsverfahren im Idealfall nur
IP verwendet werden. Aufgrund des Wegfalls von Insellösungen wird so auch die
Administration vereinfacht.
Die Qualität der alten Telefontechnik jedoch kann, trotz qualitätssichernder Maß-
nahmen, im NGN kaum erreicht werden, so dass Echo, Verzögerung und andere Ef-
fekte die Gesprächsqualität negativ beeinflussen können.
1.2
Motivation und Zielsetzung
Next Generation Networks drängen immer stärker die alten SDH-Telefonnetze vom
Markt. Die meisten Netzbetreiber sind bereits bei der Umstellung ihrer Netze, andere
wiederum haben schon erfolgreich ihr Netz umgestellt.
Doch auch nach der Umstellung der Telefonnetze ist es wichtig, dem Kunden die be-
reits gewohnte Gesprächsqualität weiterhin anzubieten. Aus dem Grund ist es für Be-
treiber von Kommunikationsnetzen entscheidend, ihre angebotene Dienstgüte regel-
mäßig zu prüfen und bei Problemen entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Altbekannte Messmethoden können jedoch aufgrund neuer Übertragungsverfahren
nicht mehr bei NGNs angewendet werden, daher müssen hier neue Verfahren zur
Überwachung und Messung implementiert werden.
Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks
2
Ziel dieser Diplomarbeit ist es, ein Konzept zu erstellen - unabhängig von Monito-
ring Systemen, die gewisse Fehler oder Ausfälle von Geräten melden - mit dessen
Hilfe eine Auswertung bzw. Aussage über die Gesprächsqualität im NGN möglich
ist. Im Besonderen soll das Konzept für die QSC AG zur Auswertung der Sprachqua-
lität dienen, so dass hier Engpässe erkannt werden können um eine Netzoptimierung
durchzuführen.
2
Grundlagen
Seit Erfindung des Telefons von dem Physiker Johann Philip Reis im Jahr 1861 ent-
wickelte sich das Telefon schnell zum wichtigsten Kommunikationsmittel. Fortan
wurden weltweit riesige Telefonnetze aufgebaut, die miteinander verbunden wurden,
um die Kommunikation auch interkontinental zu gewährleisten. Zwar wurden mit der
Zeit auch diverse Zusatzfunktionen erweitert, die Kernfunktion des Telefons ist je-
doch auch heute ein fester Bestandteil unserer Gesellschaft und wird selbst nach 150
Jahren noch immer als Mittel zur Massenkommunikation genutzt.
1
Doch im Laufe des Technologiezeitalters wurden neben der Festnetztelefonie auch
weitere Kommunikationsmitteln entwickelt, die von den Netzbetreibern gern als
,,Dienste" (engl. Services) bezeichnet werden. So gibt es neben Festnetztelefonie
auch Mobilfunktelefonie, Fernsehen, Internet und Radio.
Traditionell wurde für jeden Dienst ein eigenes Netz aufgebaut und betrieben. Da je-
des Netz nur für einen einzigen Dienst ausgelegt wurde, wurden solche Netze oft
auch als dedizierte Netze (engl. dedicated networks) bezeichnet.
Die Telekommunikationsnetze jedoch durchlaufen seit einigen Jahren einem massi-
ven Wandel und bewegen sich hin zu so genannten Next Generation Networks
(NGN) bewegen.
2
2.1
Netztechnologien für Sprachdienste
Das herkömmliche Telefonnetz, auch PSTN (engl. Public Switched Telephone Net-
work) genannt, ist ein leitungsorientiertes bzw. leitungsvermitteltes Telekommunika-
tionsnetz. Von paketorientierter Vermittlung hingegen spricht man bei Next Genera-
tion Networks.
1
Vgl. Badach, Anatol: Voice over IP Die Technik: Grundlagen, Protokolle, Anwendungen, Migrati-
on, Sicherheit. 4. Auflage. Hanser, 2010, S.2
2
Vgl. Obermann, Kristof und Horneffer, Martin: Datennetztechnologien für Next Generation Net-
works : Ethernet, IP, MPLS und andere. 1. Auflage. Vieweg +Teubner Verlag, 2009, S.1
Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks
3
Der eigentliche Unterschied ist dahingehend auch schon recht eindeutig. Bei den
klassischen Telefonnetzen wird jeder Anruf über eine eigene Leitung geführt und es
handelt sich um ein homogenes Netz, bei der sowohl ein einheitliches Übertragungs-
verfahren, als auch einheitliche Technologie verwendet wird.
Im Next Generation Network hingegen treffen mehrere Dienste aufeinander, so wer-
den Sprachnetze, Multimedianetze, Datennetze uvm. zusammen gelegt. Hierfür wird
oft das IP Protokoll verwendet.
2.1.1
Klassische Telefonnetze
Vor Einführung der digitalen Datenübertragung gab es nur einen analogen Telefon-
dienst, dies wurde auch als POTS (engl. ,,Plain Old Telephone Service" = ,,einfacher
alter Telefondienst") bezeichnet. Das alte Telefonnetz war derart konzipiert, dass
hierüber analoge Signale mit den Frequenzen bis zu 4000 Hz übertragen wurden.
Aus dem Grund sprach man auch von einem analogen Sprachkanal mit der Bandbrei-
te von 4kHz. Da die menschliche Sprache in dem Frequenzbereich von 300 Hz bis
3400 Hz dargestellt werden kann, wurden noch 600 Hz als Puffer genommen und
explizit 4000 Hz für die Sprachübertragung genutzt.
Bei der analogen Sprachkommunikation gibt es mehrere Phasen, die in Abbildung 1
dargestellt sind. Das Telefonat wird hierbei durch eine Signalisierung aufgebaut bzw.
wieder abgebaut, dies erfolgt durch das Abheben und Auflegen des Hörers. Das ei-
gentliche Gespräch wird nach dem Verbindungsaufbau gestartet und durch den Ver-
bindungsabbau beendet, dabei wird das Gespräch zwischen diesen Phasen geführt.
3
Wie in Abbildung 1 dargestellt, wird die Verbindung über mehrere Instanzen vermit-
telt. Das Telefonnetz ist hierarchisch aufgebaut, die Teilnehmervermittlungsstellen
(TVSt), auch Ortsvermittlungsstellen genannt, stellen die Knoten der unteren Hierar-
chiestufen und die Fernvermittlungsstellen (FVSt) die höheren Hierarchiestufen dar:
3
Vgl. Badach, Anatol: Voice over IP Die Technik: Grundlagen, Protokolle, Anwendungen, Migrati-
on, Sicherheit. 4. Auflage. Hanser, 2010, S.4
Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks
4
TVSt= Teilnehmer Vermittlungsstelle, FVSt= FernVermittlungsStelle, Tel-
Nr=TelefonNummer
Abbildung 1: Phasen der analogen Sprachkommunikation
Quelle: Badach, Anatol: Voice over IP Die Technik. 4. Auflage. Hanser, 2010, S. 4
Der hierarchische Aufbau des Telefonnetzes lässt sich gut anhand des Aufbaus einer
Rufnummer erkennen, wie sie in der Abbildung 2 dargestellt ist.
Abbildung
2: Aufbau einer Rufnummer
Quelle: Eigene Darstellung
Wie Abbildung 2 gut veranschaulicht, stellt die Länderkennzahl die höchste Hierar-
chiestufe, die Ortsnetzkennzahl hingegen die unteren Hierarchiestufe dar. Somit wird
ein Anruf zuerst zum jeweiligen Land und anschließend zu dem Ort vermittelt, zu
der die gewählte Rufnummer gehört.
Länderkennzahl
(LKz)
Ortsnetzkennzahl
(ONKz)
Teilnehmerrufnummer
(RufNr)
00 49
221
1234567
Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks
5
Im Laufe der Zeit wurden weitere Anforderungen an das Telekommunikationsnetz
gestellt. Man wollte weitere Dienste anbieten, für die eine digitale Übertragung und
Verarbeitung von Signalen notwendig ist. Dies wurde in ganz Europa durch ISDN
(Integrated Services Digital Network) ermöglicht. ISDN brachte viele Vorteile mit
sich; unter anderem:
4
x Bereitstellung mehrerer Rufnummern
x Gebrauch von zwei Nutzkanälen
x Zuordnung der Rufnummern zu bestimmten Endgeräten
x Höhere Datenübertragung
x u.a..
Wichtigster Vorteil von ISDN ist die höhere Bandbreite. Ein ISDN Basisanschluss
(Standard-ISDN-Netzanschluss) stellt über zwei Datenkanäle mit jeweils 64 kbit/s
Bandbreite zur Verfügung. Darüber hinaus gibt es den D-Kanal, über den die Signa-
lisierung durchgeführt wird. Hierfür stehen 16 kbit/s an Datenbandbreite zur Verfü-
gung.
Obwohl das ISDN Netz auf digitaler Vermittlungstechnik des Fernsprechnetzes ba-
siert, können neben digitalen ISDN Basisanschlüssen auch analoge Fernsprechappa-
rate an den ISDN Vermittlungsstellen angeschlossen werden.
5
2.1.2
Netze der nächsten Generation Next Generation Network
Aufgrund der rasanten Entwicklung neuer Technologien und des exponentiellen An-
stieges von Datenmengen wurde den Netzbetreibern schnell klar, dass die bestehen-
den dedizierten Telekommunikationsnetze den Anforderungen nicht mehr genügen.
Die Entwicklung sowie die Nutzung des Internets steigt rasant. Laut Financial Times
Deutschland betrug im Oktober 2007 die Anzahl der Internet-Nutzer Weltweit rund
1,1 Mrd. und zu der Zeit wurden stündlich ca. ein ExtraByte (1 Trillion Byte) Daten
gesendet. Und selbst der Vergleich des Internetverkehrs zum Telefonverkehr ist ver-
4
Vgl. Badach, Anatol: Voice over IP Die Technik: Grundlagen, Protokolle, Anwendungen, Migrati-
on, Sicherheit. 4. Auflage. Hanser, 2010, S.5
5
Vgl. Siegmund, Gerd, Next Generation Networks IP-basierte Telekommunikation, Hüthig Verlag,
2002, S. 53 - 54
Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks
6
blüffend. So wurde schon im Jahr 2000 in den USA der Telefon- vom Internetver-
kehr übertroffen.
Die bestehenden Netze bieten nicht genügend Flexibilität um neue innovative Diens-
te schnell und mit geringem Aufwand realisieren zu können. Denn die Implementie-
rung neuer Dienste bedürfen häufig ein vollständig neues Netz, welches aufgebaut
und betrieben werden muss. All dies verursacht den Netzbetreibern enorme Kosten
und das neben der bereits bestehenden Belastung, nämlich der hohen Betriebskosten,
die durch bestehende Netze für unterschiedliche Dienste entstehen.
6
Die o.g. Probleme wurden schnell von der ITU - International Telecommunication
Union, eine Organisation die ursprünglich von der Vereinten Nationen gegründet
wurde und sich weltweit mit Informations- und Kommunikationsaspekten beschäf-
tigt
7
- erkannt. Diesbezüglich hat die ITU eine Lösung für die zukünftigen Netze
vorgestellt, das sich ,,Next Generation Network" nennt und laut dem Autor Richard
Sietmann wie folgt von der ITU-T (Die meisten Standards bzw. ,,Empfehlungen" -
englisch ,,recommendations" - werden innerhalb der ITU von der ITUs Telecommu-
nication Standardization Sector verabschiedet, die sich ITU-T nennt
8
) definiert wur-
de
9
:
,,Ein Next Generation Network (NGN) ist ein paketbasiertes Netz zur Bereitstellung
von Telekommunikationsdiensten für Nutzer unter Verwendung vielfältiger breit-
bandiger, QoS-basierter (engl. ,,Quality of Service" oder auch Dienstgüte genannt)
Transporttechniken, in dem die dienstbezogenen Funktionen unabhängig von den da-
runterliegenden transportbezogenen Technologien sind. Es bietet den Nutzern den
uneingeschränkten Zugang zu den Netzen, Diensteanbietern und Diensten ihrer
Wahl. Es unterstützt die allgemeine Mobilität, indem es überall die einheitliche Be-
reitstellung von Diensten für Nutzer erlauben wird"
Häufig wird VoIP (Voice over IP) auch als synonym für NGN verwendet, doch VoIP
bzw. Internet Telefonie ist nur ein Teil der im NGN möglichen Dienste.
6
Vgl. Obermann, Kristof und Horneffer, Martin: Datennetztechnologien für Next Generation Net-
works : Ethernet, IP, MPLS und andere. 1. Auflage. Vieweg + Teubner Verlag, 2009, S.2
7
Vgl. About ITU - Overview: http://www.itu.int/en/about/Pages/overview.aspx, 2008
8
Vgl. ITU-T in brief: http://www.itu.int/net/ITU-T/info/Default.aspx, 08.05.2010
9
Sietmann , Richard: Der stille Machtkampf - Next Generation Networks: Wie sich Netzbetreiber und
Ausrüster die Zukunft der Telekommunikationsnetze vorstellen, http://www.heise.de/ct/artikel/Der-
stille-Machtkampf-973310.html, 2009
Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks
7
Für das NGN stammt die Empfehlung von der ITU-T (ITU-T Recommendation
Y.2001 - General overview of NGN) und enthält folgende fundamentale Aspekte für
ein Next Generation Network
10
:
x Paketbasierende Übertragung
x Aufteilung der Steuerungsfunktionen bezüglich der Verbindungseigenschaf-
ten, Anruf/Session und Anwendung/Dienst
x Entkopplung von Transportdienstleistungen und Bereitstellung von offenen
Schnittstellen
x Unterstützung einer breiten Palette von Diensten, Anwendungen und Mecha-
nismen zur Zusammenstellung von Diensten
x Breitbandfähig mit Ende-zu-Ende QoS und Transparenz
x Einbeziehung von herkömmlichen Netzen (z.B. ISDN und analoge Telefonie)
über offene Schnittstellen
x Allgemeine Mobilität
x uneingeschränkter Zugriff von Nutzern auf unterschiedlichen Dienstanbietern
(Service Provider)
x Eine Vielzahl von Identifikationsschemata, die IP-Adressen - für das Routing
in IP-Netzen - auflösen können
x Einheitliche Dienstmerkmale, die vom Nutzer als dieselben Dienste wahrge-
nommen werden.
x Konvergenz der Dienste im festen und mobilen Netzen
x Unabhängig der dienstbezogenen Funktionen von darunter liegenden Trans-
porttechnologien
x Unterstützung von verschiedenen Technologien in der "letzten Meile" (An-
schlussnetz)
x Berücksichtigung aller gesetzlichen Anforderungen, z.B. Notfall Kommuni-
kation und Sicherheit/Datenschutz.
10
Vgl. ITU-T's Definition of NGN: http://www.itu.int/en/ITU-T/gsi/ngn/Pages/definition.aspx,
12.2004
Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks
8
2.2
Protokolle
An NGNs werden große Anforderungen gestellt, denn sie müssen nicht nur weltweit
vernetzte Strukturen, die von einer Vielzahl von Providern versorgt werden, ver-
knüpfen, sondern auch mit unterschiedlichen Protokollen auskommen, unter anderem
ATM, ISDN, IP, SDH, MPLS. Einiger dieser Protokolle sind in der Abbildung 3 in
dem OSI Referenzmodell dargestellt.
Telnet
FTP
HTTP
SMTP
TCP
RTP
SNMP
DNS
UDP
IP
Physical
MAC
SDH
ISDN
V.24
V.35
PPP
MPLS
SDH
Ect.
Ect.
Anwendungsschicht
(Applcation)
Darstellungsschicht
(Presentation)
Sitzungsschicht
(Session)
Transportschicht
(Transport)
Vermittlungsschicht
(Network)
Sicherungsschicht
(Link)
Bitübertragungsschicht
(Physical)
Abbildung 3: OSI Modell und Protokollzuordnung
Quelle: Vgl. Siegmund, Gerd, Technik der Netze 2, Neue Ansätze: SIP in IMS und
NGN. 6. Auflage. Hüthig Verlag, 2009, S. 70
2.2.1
ATM (Asynchronous Transfer Mode)
ATM (Asynchronous Transfer Mode) basiert auf einem verbindungsorientierten Pa-
ketvermittlungsverfahren. Hierbei werden Nutzdaten in Pakete, die als ,,Zellen" be-
zeichnet werden, mit fester Länge übertragen.
Die ATM-Zellen bestehen aus einem Zellenkopf und einem Informationsfeld. In dem
Zellenkopf werden die zu der jeweiligen Verbindung gehörenden Zellen gekenn-
zeichnet. In dem Informationsfeld werden Nutz- und Informationsdaten übertragen.
Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks
9
Das ATM-Verfahren basiert auf einem Prinzip der ,,virtuellen Verbindung". Die zu
übertragende Informationen werden dabei über einen festgelegten Weg durch das
Netz transportiert. Bei der Kennzeichnung wird zwischen dem virtuellen Kanal
(engl. Virtual Channel) und dem virtuellen Pfad (engl. Virtual Path) unterschieden,
wobei in einem virtuellen Pfad mehrere virtuelle Kanäle enthalten sind, wie in Ab-
bildung 4 zu erkennen ist.
11
Kabel
(Kupfer /
LWL)
VPI 1
(Virtual Path
Identifier)
VCI 32
VCI 32
VCI 35
VCI 35
Virtual Channal
Identifier
VPI 2
(Virtual Path
Identifier)
Abbildung 4: ATM Virtuelle Verbindung
Quelle: Eigene Darstellung
2.2.2
SDH (Synchrone Digitale Hierarchie)
SDH (Synchrone Digitale Hierarchie oder im engl. Synchronous Digital Hierarchy)
wurde von der ITU-T in der G.707 Empfehlung standardisiert und überträgt wie auch
das PDH-Protokoll (Plesiochrone Digitale Hierarchie) digitale Signale auf Basis des
Zeitmultiplexverfahren (TDM - Time Division Multiplexing). Bei diesem Verfahren
werden mehrere niederbitratige Zubringersignale zu einem höherbitratigen Aus-
gangssignal zusammengefasst. Das Ausgangssignal ist dabei das Signal der nächst
höheren Hierarchiestufe.
Aufgrund diverser Vorteile, wie beispielsweise höhere Datenraten, weltweit einheit-
licher Standard und umfangreiche Mechanismen zur Überwachung der Signalüber-
11
Vgl. Siegmund, Gerd, Technik der Netze 2, Neue Ansätze: SIP in IMS und NGN. 6. Auflage.
Hüthig Verlag, 2009, S.170
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