Cours Voix sur IP

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Cours Voix sur IP
2
Introduction et Contexte technologique
3
Objectifs de cette première partie

• Comprendre les motivations de la voix sur IP
• Linterconnexion des PBX
• La VoIP sur les réseaux locaux
• La VoIP et les Opérateurs
• Intérêt économique de la VoIP
• Les points essentiels pour le succès dune
  migration vers la voix sur VoIP
• Les offres  box  et grands publics

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Motivation voix sur IP
Succès universel des réseaux TCP/IP et application
Intérêts économiques et nouveaux modèles métiers
VoIP ToIP
Utilisation plus large de technologie numérique
pour les services et applications
Progrès dans les technologies de traitement
numérique du signal
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Les motivations

• Réduire les coûts
• Amélioration des services avec la communication
  multimédia, pas seulement la voix
• Voix, Vidéo
• Conférence
• Une nouvelle attitude devant les communications
  multimédia

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La structure aujourdhui

• Deux réseaux séparés, souvent gérés par des
  structures différentes
• Souvent on parle de RTC pour la voix et WAN pour
  les données

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Le futur

• Une intégration complète sur un même réseau
• La voix devient une donnée IP et va passer par
  les mêmes canaux que les données

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Comparaison des réseaux Les données

• La plupart des organisations ont besoin de voix
  et de données
• Les opérateurs longues distance transfèrent plus
  de données que de voix depuis 2001
• Le volume et limportance des données excèdent
  ceux de la voix
• Les réseaux de données au évolué aux travers des
  générations des technologies
• Premier circuits dédiés loués un peu comme ceux
  de la voix
• Évolution vers les réseaux à commutations de
  paquets (X25, Frame relay), à commutations de
  cellules ATM, et le nouveau venu MPLS. Sans
  compter  Internet .

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Comparaison des réseaux La voix

• Les réseaux voix utilisent des connexions PBX
  vers RTC
• Lignes extérieures
• Permettent des appels téléphoniques vers tout
  autre téléphone dans le monde

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Les réseaux voix

• Les réseaux voix ont évolué durant ces dernières
  décennies
• Les premiers réseaux numériques installés pendant
  les années 60
• Nécessitent des convertisseurs analogique
  numérique et inversement autrement dit des codecs
  (codeurs-décodeurs)
• La plupart des réseaux actuels sont à circuits
  commutés (ou émulés sur de lATM)
• Chaque communication vocale utilise un canal de
  64Kbps en full duplex
• Quand on parle, un canal de 64 Kbps transporte ma
  voix
• Quand on vous écoute, un canal de 64Kbps
  transporte le silence
• Les opérateurs téléphoniques utilise des T1 ou E1
• T1 utilise 24 canaux aux US et en Europe E1 32
  canaux
• Répartition des appels les pics dappels pendant
  les heures de pointe
• On doit surdimensionné les circuits qui restent
  inoccupés pendant les heure creuses.

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Partage des ressources du réseau

• Le partage des ressources est commun à tous les
  réseaux mais les méthodes sont différentes
• Dans un réseau à commutation de circuits, chaque
  appel occupe en exclusivité une fraction de la
  bande passante
• Si le trafic est faible, les canaux sont
  inoccupés et la bande passante est gaspillée
• Si le trafic est trop élevé, les appels sont
  bloqués
• Dans un réseau à commutation de paquets, les
  paquets utilisent la totalité de la bande
  passante, pendant une fraction du temps
• Si le trafic est faible, les utilisateurs ont
  plus de bande passante
• Si le trafic est élevé, les utilisateurs ont
  moins de bande passante, mais ne seront jamais
  évincés

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La migration vers une intégration

• Aujourdhui
• La plupart des organisations ont des réseaux voix
  données séparées
• En général, lutilisation des réseaux voix est
  relativement faible
• 50 de la capacité dun canal dappel transporte
  le silence
• Beaucoup de canaux sont inutilisés pendant les
  heures creuses
• La migration vers une infrastructure partagée
  présente des avantages significatifs et évidents
• Meilleure utilisation des capacités voix
   inoccupés 
• Économie potentielle sur la gestion dun seul
  réseau au lieu de deux
• Intégration des applications, de la vidéo
• Télétravail avec accès large bande
• Mais il y a des problèmes techniques importants
• Doit-on risquer de mettre tous ses ufs dans le
  même panier?
• Fiabilité des réseaux de données
• Problèmes de performance
• Un nouvel équipement nécessitera de nouvelles
  compétences et une formation

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Standards de VoIP

• Les standard de voix proviennent essentiellement
  de deux origines
• ITU-T (International Telecommunication Union-
  Technical Standardization Section)
• IETF (Internet Engineering Task Force)
• Le standard H.323 de lITU-T décrit une
  architecture pour la conférence multimédia sur un
  réseau de paquets
• La suite de normes H définit la transmission des
  signaux non téléphoniques
• La première génération dimplémentation VoIP est
  basée en partie sur ces normes
• Sinterface facilement avec le RTC
• La signalisation est inspirée du RNIS donc
  complexe
• SIP,RTP,SDP de lIETF
• Un ensemble de propositions de standards de
  lInternet
• Plus simple à comprendre et à utiliser pour des
  simples appel vocaux
• Devrait être plus simple pour des développeurs.

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Interconnexion de PBX
15
Interconnexion de PBX
16
Les grandes lignes

• Les premiers déploiements de VoIP sont adaptés
  aux connexions PBX-PBX sur des intranets
• La qualité de service est sous le contrôle de
  lutilisateur
• Mise à niveau de linstallation limitée et peu
  coûteuse
• Faible risque de panne fatale
• La liaison VoIP peut remplacer directement PBX à
  TDM
• Opère sur des débits jusquà T1/E1 ou plus
• Géré par des PBX comme nimporte quel autre
  groupe de lignes
• Une route alternative vers le RTC est toujours
  nécessaire
• Quand la qualité baisse
• Débordement de capacité redirigé sur le RTC
• Connexion au RTC pour les appels locaux et autres
• Deux approches possibles
• PBX équipés pour IP avec des interfaces VoIP
• Garantit que toutes les fonctionnalités du PBX
  sont maintenus
• Routeurs équipés pour la voix avec des
  passerelles voix

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Réduire les liaisons au RTC
18
La voix sur les réseaux locaux
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Technologie VoIP sur LAN
Gatekeeper Proxy SIP, ou serveur de gestion
dappels
Passerelle
Adaptateur PC
Téléphone IP
LAN
Adaptateur
Adaptation dun existant
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Le softphone

• Logiciel uniquement, pas de coût matériel excepté
  les casques
• Contient certaines fonctionnalités numérotation
  rapide, annuaire.
• Le codec logiciel peut augmenter les délais

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Config possible

• Lappel à un téléphone en interne de deux
  manières
• Utiliser des téléphones IP, lappel reste sur le
  réseau de données
• Ajouter une passerelle au réseau téléphonique
  privé, et appeler les téléphones traditionnels
• La résolution dadresse doit se faire par la
  passerelle ou par le gatekeeper

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Téléphone IP et connexions PC
Réseau IP

• Les téléphones IP peuvent avoir un commutateur
  interne pour se connecter à un PC
• Peut transmettre des paquets non-VoIP au PC sur
  la même adresse IP
• Possibilité dadresse IP différentes pour le PC
  et le téléphone
• Peut appeler le help desk si le  PC plante 
• Peut utiliser Power Over Ethernet, IEEE 802.3af
• Le local technique peut avoir une alimentation
  UPS le téléphone fonctionne en cas de coupure de
  courant
• Autre possibilité PC avec téléphone VoIP
  connecté via USB

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Config possible Station à RTC

• La connexion PC vers le RTC nécessite un
  gatekeeper
• Gère le réseau VoIP
• Associe adresses IP et numéros de téléphone
• Contrôle la charge sur le réseau

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VoIP et Opérateurs
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Internet Service Providers ITSPs

• Les ITSP utilisent leur propre réseau IP privé
  pour contourner le RTC et une partie de
  linternet public
• Routent les appels vers la passerelle proche de
  la destination
• De nombreux ITSP dans le monde
• Exemples
• Net2phone
• Vonage
• Skype

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Offre Opérateur
27
Exemple 1 - Offre IP Centrex

• Services de lopérateur
• La connectivité réseau
• La messagerie
• Laccès internet
• La voix sur IP

LaccèsInternet
OffreIP Centrex
PSTNRéseau Commuté Public
Softswitch
BAL
Site C
Site B
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Exemple 2 Offre avec  box 
PSTN (RTC)PLMN (mobile)
TV
Réseau FAI
Softswitch
PSTN (RTC)PLMN (mobile)
ADSL Asymetric Digital Subscriber
Line ATU-R/C ADSL Terminal Unit
Remote/Central PSTN Public Switch Téléphone
Network PLMN Public Land Mobile
Network POTS Plain Old Telephone Service
Serveurvideo
29
Les intérêts économiques de la VoIP
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Pour le grand public

• Migration du téléphone traditionnel vers la voix
  sur IP, transparent pour lusager (ou presque)
• Diminution des coûts
• Nouveaux services associés
• Rentre dans loffre triple play
• A terme convergence avec la mobilité au travers
  du Wifi ( Exemple offre orange )
• Challenge/Complémentarité des offres 3G, et wifi
  VoIP

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Pour lentreprise

• Réduction des coûts Opérateurs, personnels,
  technologie à valeurs ajoutées particulièrement
  laudio conférence
• Les économies de gestion peuvent être
  significatives si les déplacements et les
  changements sont éliminés
• Raccordement remplacés par une configuration
  logicielle
• Pour ajouter ou supprimer des postes
• Meilleure utilisation de la bande passante
  disponible
• Laccroissement de la productivité des employés
• Les conférences en ligne par exemple pour
  diminuer les coûts de déplacement
• Collaborations, voix, vidéo et partage de données
  peuvent faire préférer la conférence en ligne au
  face-à-face
• Toutefois prévoir un budget pour la formation et
  lacquisition des nouvelles compétences

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Assurer le succès de la migration

• Vers la VoIP

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Success story de VoIP

• Lobservation de migrations vers VoIP réussies
  dans des entreprises de toutes tailles fait
  émerger un schéma
• Les implémentations manquées ont généralement
  ignoré une ou plusieurs étapes
• La prise en compte des points suivants augmentera
  la probabilité de succès et réduira les risques
  de conflits et les changements de configuration
  nécessaires pour obtenir un système opérationnel

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Facteurs essentiels - Gestion de projet

• Les facteurs humains
• Gérer les attentes
• Apprendre quelles sont toutes les technologies
  disponibles
• Étudier les différences entre fournisseurs
• Conduire des  bake-offs  ou y assister
• Enquêter sur les partenaires ou fournisseurs
• Prêter une attention spéciale à loffre de son
  fournisseur de PBX
• Éviter lapproche  bulldozer 
• Réaliser une analyse exhaustive du réseau

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Facteurs humains

• La prise en compte des compétences et diplomatie
  peuvent permettre déconomiser du temps et
  déviter des frustrations
• La fusion entre Informatique et Telecom génère
  une peur de perdre son emploi
• A ce jour peu de postes ont été éliminés parce
  que toutes les compétences sont nécessaires
• Calmez les inquiétudes La communication entre
  personnes permettra des économies temps et argent
• Formez un comité de migration issu de tous les
  services
• Il fera passer le message sur la progression de
  la migration
• Les utilisateurs nauront pas limpression quune
  nouvelle technologie leur a été imposé
• Les membres auront le sentiment davoir aidé à
  sélectionner le nouveau système de téléphonie
• Le fait de tenir les utilisateurs au courant les
  rend plus tolérants en cas de bogues quil faut
  un certain temps pour résoudre

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Gérer les attentes

• Dans une entreprise, un manager enthousiaste a
  dit au personnel que VoIP allait constituer lune
  des améliorations des conditions de travail les
  plus importantes quils pouvaient imaginer
• Dans une autre, un manager réaliste leur a dit
  que VoIP détenait un énorme potentiel elle leur
  a demandé dêtre patients parce que le déboguage
  demanderait peut-être un certain temps
• Les installations terminées, les employés de la
  première entreprise ont que  les téléphones
  nétaient pas mieux quavant, ceux de la deuxième
   les téléphones étaient tout aussi bien
  quavant 
• Les deux groupes ont émis essentiellement le même
  commentaire, mais le premier est déçu alors que
  le deuxième est satisfait
• Gérer les attentes de la hiérarchie mieux vaut
  demander trop de temps et trop de budget que trop
  peu- mieux vaut demander trop de temps pour la
  mise en uvre que pas assez

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Facteurs essentiels - suite

• Apprendre quelles sont les technologies
  disponibles
• Pour converser judicieusement avec les
  commerciaux ou les ingénieurs
• Vous découvrirez le vocabulaire et les concepts
  durant ce cours
• Étudier les différences entre fournisseurs
• Savoir quelles fonctionnalités de téléphonie et
  de conférences vous utilisateurs ont besoin pour
  mener à bien leur travail
• Trouver un fournisseur qui réponde à leur
  besoins
• Conduire des  bake-offs  ou y assister
• Les bake-offs sont des démonstrations ou les
  fournisseurs sont en compétitions
• Pou faire meilleur figure que la concurrence, un
  fournisseur mettra en évidence des
  fonctionnalités qui peuvent manquer à un autre
• Vous pouvez découvrir des fonctionnalités que
  vous ne connaissiez pas
• Cest loccasion de voir si linteropérabilité
  des équipements des différents fournisseurs est
  suffisante
• Assister à des manifestations où vous pouvez voir
  des démonstrations

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Facteurs essentiels - suite

• Enquêter sur les partenaires de fournisseurs
• La plupart des fournisseurs de VoIP ne réalisent
  pas leurs propres installations ils ont des
  partenaires ou des sous-traitants
• La plupart des partenaires nont jamais installé
  de système VoIP
• Pour aider les clients un partenaire compétent,
  les fournisseurs ont commencé à les certifier
• Demander aux fournisseurs la liste de leurs
  meilleurs partenaires certifiés puis demandez à
  ceux-ci une liste de leurs clients appelez ces
  derniers et demandez-leur sils sont satisfaits

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Facteurs essentiels - suite

• Prêter une attention particulière à loffre VoIP
  de votre fournisseur de PBX actuel
• Tous les fournisseurs de PBX ont des
  plates-formes VoIP
• Faire appel au même fournisseur pour les PBX et
  VoIP peut permettre une meilleure migration entre
  les réseaux
• Tous les fournisseurs de VoIP prétendent à
  linteropérabilité avec tous les PBX
• Cest vraisemblablement vrai mais le diable est
  dans le détail
• Certain PBX ont de nombreuses fonctionnalités.Com
  bien vous sont réellement nécessaires et vous
  utilisez?
• Les fournisseurs de PBX ont des adaptateurs VoIP
  pour leurs téléphones numérique propriétaires
• Les téléphones numériques représentent souvent un
  gros investissement
• Une bonne connaissance du fournisseur peut aider

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Facteurs essentiels - suite

• Éviter les migration bulldozer
• Les systèmes VoIP sont nouveaux
• Conserver le système PBX et lintégrer au réseau
  convergé fournit une sauvegarde et permet de
  retourner au RTC si la qualité du réseau de
  donnée se dégrade en raison de congestion
• Dans une nouvelle construction, il peut être
  difficile de justifier lachat dun PBX quand
  vous adoptez VoIP pour réaliser des économies
• Réaliser une analyse extensive du réseau de
  données avant dinstaller VoIP
• On ninsistera jamais assez sur limportance de
  cette étape
• Presque tous ces réseaux ont été conçus pour
  transférer des données de façon fiable malgré les
  délais et les paquets perdus, mais pas
  transporter de la voix
• Des adaptations du réseaux sont à prévoir sur les
  connexions WAN mais aussi sur les LANs

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A prévoir

• LAN
• Alimentation électrique sur ethernet
• VLAN configuration (Qos)
• Alimentation en secours

• Téléphone serveur
• Hosté dans lentreprise
• Connectivité aux PABX classiques.
• Architecture avec fail-over

Succursale

• WAN
• Haute disponibilité
• Qualité nécessaire à la voix

• Autonomie en cas de problème
• Alimentation en secours
• Connexion PABX local

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Quiz

• Quels sont les organismes de normalisations pour
  la VoIP?
• Quels sont les standards pour VoIP?
• Loffre IP centrex, what it is?
• Caractéristiques dun réseau à commutations de
  circuits?
• Caractéristiques dun réseau à commutations de
  paquets?
• Raisons pour la migration?

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En conclusion

• Une seule infrastructure réseau télécom,
  convergence des réseaux voix et data
• Utilisation de nouveaux services, migration des
  anciensFax, Messagerie vocale, téléconférence,
  annuaire
• Contraintes
• Migration des anciens services téléphoniques
• Capacité du réseau et QoS

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Codage de la voix et des médias
45
Objectif de cette partie

• Définir ce qui constitue la qualité de la voix
• Explorer la façon de mesurer la qualité de la
  voix
• Comparer les différents codecs

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• Qualité de la voix numérique
• Mesure de la qualité
• Codecs
• Résumé du chapitre

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Parole et audition humaines
Faible
Amplitude
Fort
Temps

• Caractéristiques de la parole
• La parole est continue sur des petits intervalles
  de temps
• Elle varie en amplitude et en fréquence
• Loreille humaine peut détecter à la fois des
  sons très faibles et des sons très forts
• Mais elle ne peut pas détecter de petites
  différences
• Par exemple, moitié moins fort, deux fois plus
  fort

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Ce que les gens entendent de la parole au
téléphone

• La parole doit être intelligible cest-à-dire
• Ni bafouillée, ni déformée
• Distorsion due au délai (variation relative entre
  fréquences)
• Distorsion harmonique (Interaction entre
  fréquences)
• La voix doit être identifiable
• Pour reconnaître un interlocuteur
• Bande passante suffisante pour toutes les
  fréquences utilisées
• Mais la haute fidélité nest pas une obligation
• Le caractère de la voix tend à se situer dans les
  hautes fréquences
• Lessentiel de la puissance acoustique se situe
  en dessous de 1 KHz
• Doit être claire, sans perturbations
• Pas bruitée, ni trop forte, ni trop faible
• Avec un bon rapport signal/bruit
• Pas de sifflements, déchos, de retards ni
  dinterférences

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Mesure de la qualité

• En général, deux méthodes
• Jugements subjectifs
• Paramètres mesurables
• La mesure finale est subjective
• Score dopinion générale ( Mean Opinion Scores,
  MOS)
• Les MOS sont utilisés pour
• Décrire la qualité des appels vocaux
• Comparer différentes technologies
• Définir les limites acceptables
• Quand la voix est transportée sur un réseau de
  données, la dégradation a plusieurs causes
  possibles
• Pertes de paquets dues aux erreurs de données,
  dépassement de la capacité du buffer en cas de
  surcharge des routeurs
• Les paquets peuvent arriver dé séquencés en cas
  de reroutage ou déquilibrage de charge
• Les paquets sont sujets à délai
• Les MOS sont généralement définis pour des codecs
  sans perte ni délais
• Pas une bonne comparaison pour les environnements
  VoIP

50
MOS

• La qualité des appels vocaux est déterminée de
  façon subjective
• Écoute de conversations enregistrées
• Notation de la qualité sur une échelle de 1 à 5
• 5 Excellant
• Généralement considéré comme la qualité dun
  appel local
• Provenant du même central
• 4 Bon
• Qualité dun réseau longue distance
• Généralement, lobjectif est que 80
• 3 Passable
• La qualité des téléphones cellulaires est dans la
  fourchette de 3 à 4
• Moins de 3 est considéré comme inacceptable
• 2 Médiocre
• 1 Mauvais

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Codecs

• Conversion analogique-numérique des signaux audio
• Codage utilisant des codecs (codeurs-décodeurs)
  standard
• Un codec convertit en numérique à lémission et
  reconvertit en analogique à la réception
• G.711 à 64 kbps par défaut
• Standard opérateur non compressé
• Autres G.722, G.728, G.729, MPEG1 audio, G.723
• Produisent moins de bits par seconde
• Format numérique
• Flot de bits continu issu du codec et mis en
  paquets

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Codage de la voix G.711

• Vitesse déchantillonnage
• La fréquence d'échantillonnage doit être
  suffisamment grande, afin de préserver la forme
  du signal. Le théorème de Nyquist - Shannon
  stipule que la fréquence d'échantillonnage doit
  être égale ou supérieure au double de la
  fréquence maximale contenue dans ce signal
• Pour le téléphone, il a été établi que lon
  filtre et le signal analogique transmis est
  limité à 4khz, donc on va échantillonner à 8Khz
  soit 8000 fois /s
• Méthode dencodage
• Chaque échantillon est codé sur 8 bits 256
  valeurs possibles, enfin en final en fait on
  verra plus tard (il y a des détails)
• Ce standard codec date des années 1960 Il
  nécessite peu de puissance du processeur, et très
  bien adapté à la téléphonie, y compris voix sur
  IP dans la plupart des cas. Dès que lon a dans
  la chaîne du sans fil, cest moins vrai
• Les codecs plus récent procure une meilleure
  qualité avec moins de bits mais nécessitent
  évidement plus de traitement

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Voix numérisée G.711
255
8 0000 Échantillonnage / s
8 bits/échantillon
64kbps
0
011001001011001100
Codec G.711

• La voix démarre au téléphone au moment où les
  sons sont transformés en signaux analogiques
• Microphone et haut-parleur sont analogiques
• G.711 est produit par PCM (Pulse Code Modulation)
• Mesure lamplitude de chaque impulsion
• Envoie la valeur de huit bits à lautre extrémité
• Répété 8 000 fois par seconde

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En résumé
A/D (Analogic/Digital), en Français souvent
traduit par CODEC (codeur, décodeur)
Notre oreille perçoit les sons environ jusqu'à
20 000 Hz
Qualité du son téléphone
PCM
0 à 20Khz
4 Khz
Donc 8 bits x 8000 fois/s
La valeur de échantillon en 8bits
1
0
1
1
1
0
0
1
Bande délimiteur
Echantillonneur - PAM 8Khz
55
Compression loi µ loi A

• En fait on code pas sur 8 lamplitude,
• On code sur 13 pour la loi µ , et 14 pour la loi
  A
• Puis on compresse en fonction des algorithmes µ
  et A, voir les tables ci-dessus
• Le but Améliorer la qualité de la voix par une
  meilleure quantification du signal

56
ADPCM
Codé
Mesuré
Échantillon

• Ajustement au niveau de la voix et comparaison
  déchantillons consécutifs
• Codage et envoi de la différence
• Le récepteur décode la valeur et ajoute la valeur
  de léchantillon précédent
• Codeur et décodeur sont définis par G.721
• Version pour 40, 32, 24 et 16kpbs
• G.726, G .727
• Presque aussi bon que G711, avec un débit divisé
  par 2.

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Codage Linéaire Prédictif

• On prédit la valeur de léchantillon suivant à
  partir de la modélisation et synthèse de la
  paroles
• Les paramètres envoyés au destinataire permettent
  la prédiction linéaire de la valeur suivante
• La différence entre réel et prédit est codée
• Code mal les sons dit non voisés comme  t ,
   sss  ou  p 
• Capable de fonctionner à des débits très faibles
• 16 et 2,4 kbps

58
Codage CELP

• Le Code Excited Linear Predictive Coding, ajoute
  une source dexcitation bruit blanc- pour
  modéliser les sons non vocaux
• Capable de fonctionner à des débits très faibles
• Entre 16 et 2,4 kbps

59
Résumé compression et MOS
60
Bruit du confort

• VoIP autorise la suppression du silence
• Aucun paquet nest envoyé si personne ne parle
• Le silence pur en arrière plan dune conversation
  est rare
• Les auditeurs penseraient que la communication
  est coupée
• Certains codecs incluent une définition dun
  bruit de confort
• Représente le bruit de fond pour lauditeur en
  labsence de voix
• Quand le récepteur ne détecte pas de données,
  donc un silence, il envoie un bruit de fond
• Pas un silence pur comme pour les codecs G.711
• Le silence pur est détecté par lutilisateur et
  peut le perturber
• Possible avec G.723 et G.729

61
Vidéo

• Trois codecs courants pour numériser la vidéo
• H.261, H.263 et H.264
• Il en existe beaucoup dautres notamment les MPEG
  (Motion Picture Experts Group)
• Les images vidéo sont constitués de points
  (nommés pixels) qui forment des lignes
• On décrit la résolution dune image par le nombre
  de pixels par ligne et le nombre de lignes
• Par exemple 352x288, cest-à-dire une ligne est
  formée de 352 points, et 288 lignes

62
Formats vidéo

• Cinq résolutions sont définies pour les codecs
  vidéo UTI
• Le format CIF ( Common Intermediate format
  352x288
• Ci-dessous les formats QuarterFormat Pixels Ligne
  sSQCIF 128 96QCIF 176 144CIF 352 2884CIF 704 5
  7616CIF 1408 1152
• Aujourdhui, un écran dordinateur type peut
  avoir une résolution de 1280x720
• Plusieurs images CIF ou QCIF peuvent être
  affichées simultanément pour la vidéoconférence

63
Formats vidéo

• Pour restituer correctement le mouvement, les
  images fixes (trames) sont réaffichées 30 fois
  par seconde
• La vidéo demande plus de bande passante que le
  son
• Chaque pixel nécessite de 8 à 24 bits pour la
  description de la couleur
• 8 bits par pixel autorisent 256 couleurs, 24 bits
  autorisent des millions de couleurs
• 288x352 pixels par ligne avec 8 bits par pixel
  représentent plus que 800kb par trame
• La compression est donc nécessaire
• Trois approches pour réduire la bande passante
  nécessaire
• Emettre des trames plus petites
• Emettre moins de trames par secondes, limage
  risque dêtre saccadée
• Utiliser des algorithmes mathématiques pour
  réduire le nombre de bits nécessaires.

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Codecs vidéo

• H.261
• Conçu pour la vidéoconférence sur RNIS
• Supporte CIF et QCIF avec compression
• Vidéo acceptable à 15 trames par seconde obtenue
  avec 384kbps (1,4 T1)
• H.263 supporte QCIF et SQCIF par défaut
• Supporte aussi en option CIF, 4CIF et 18CIF
• Compression meilleure que H.261
• Soustrait la trame précédente à la trame courante
• Seule la portion de trame qui a changé est
  envoyée
• Le débit peut descendre jusquà 20 à 30 kbps
• H.264, alias MPEG-4 Part 10, développé avec MPEG
• Le codec date de 2003
• Bas débit avec qualité vidéo améliorée

65
Points principaux de cette partie

• Les points qui constituent la qualité de la voix
• Etudié les mesures de la qualité de la voix
• Comparé divers codecs

66
VoIP et utilisation TCP/IP

• RTP H323 SIP

67
Les principaux protocoles

• H323 et SIP sont des applications de la couche
  applicative de TCP/IP, utilisées pour la
  signalisation VoIP
• Etablissement des appels, surveillance, fin
  dappel
• Les protocoles de signalisation peuvent utiliser
  TCP au niveau 4 pour transférer de façon fiable
  les messages de signalisation
• Ces protocoles sont en cur de VoIP
• H323 et SIP doivent être étudiés en détail et
  sont abordés dans les chapitres suivants
• RTP (Real Time Transport Protocol) est une
  application utilisée pour créer et transmettre
  des paquets de voix
• Utilise UDP au niveau 4 pour la rapidité
• Pas de retransmission des paquets perdus

68
Convertir la sortie dun codec en paquets

• Le contenu des appels voix et multimédia
  transporte des informations en temps réel
• Dans les réseaux voix traditionnels (RTC), le
  timing est maintenu, par les commutations de
  circuits, ou émulation
• Les réseaux de paquets ne garantissent pas le
  timing
• Les canaux média sont transportés par RTP, ce qui
  implique de la QoS sur IP
• RTP recueille le codec ce quil faut de bits pour
  créer un paquet de la taille désirée
• Puis insère un en-tête avant les données
• Len tête RTP inclut une numéro de séquence et un
  horodatage
• Défini dans la RFC 1889
• Le silence peut être supprimé, ce qui réduit le
  nombre de bits nécessaires pour un appel
• Le récepteur peut réordonner les paquets hors
  séquence
• Lisse les variations de délais nommées gigue
• En ramenant la vitesse des échantillons à celle
  du plus lent

69
Paquetisation RTP et suppression silence
70
Temps réel TCP/IP - VoIP

• La suite TCP/IP comprend des protocoles pour les
  applications temps réel
• RTP Real-time Transfert Protocol
• RTCP Real-time Transfert Control Protocol
• RTP fournit
• Horodatage, numéros de séquence
• Pour le timing et la synchronisation
• Audio et vidéo
• RTCP lit lhorodate et le numéro de séquence de
  chaque paquet entrant
• Crée un rapport sur les résultats obtenus pour le
  récepteur
• Délais, perte de paquets
• Variations de délai ou gigue
• RTCP crée un rapport pour lémetteur
• Nombre de paquets émis
• Numéros de séquence et lhorodate de départ

71
Temps réel et réseaux de paquets

• Pour être intelligible, la parole doit être
  restituée avec la même relation temporelle entre
  les mots que loriginal
• Les paquets reçus narrivent pas nécessairement
  avec le même délai de séquencement
• La variation de ce délai est appelé la gigue
• Sans horodatage, le récepteur ne peut pas
  restituer le séquencement des paquets avec une
  relation temporelle correcte

72
Format de lentête RTP

• Len tête RTP ajoute un minimum de 12 octets
• V version RFC 1889 actuellement 2
• P padding égal à 1 si le paquet contient des
  octets de bourrage
• X extension bit si X1, il y a une extension
  den-tête
• CC CSRC count le nombre didentifiants CSRC
  suivants
• M marker utilisable par un profile pour
  définir des limites de trames
• Le numéro de séquence est incrémente de 1 pour
  chaque paquet de donnée RTP

73
Type de charge utile

• RTP ne définit pas de type de charge utile
• Elles sont définies par lapplication ou par un
  profil RTP
• Pour VoIP, les types de charge utiles sont
  définis par les standards de conférence
  multimédia (H323 et H225)
• Types les plus courants
• Type de charges utiles Codec
• 0 PCM loi µ
• 8 PCM loi A
• 9 G.722 codec audio
• 4 G.723 codec audio
• 15 G.728 codec audio
• 18 G.729 codec audio
• 34 H.263 codec audio
• 31 H.261 codec audio

74
Signalisation
75

• Les techniques traditionnelles
• Le RNIS
• Le H323
• Le SIP

76
Introduction

• Les techniques traditionnelles

77
Process communication RTC

• Les appels démarrent pas les appels de téléphones
  reliés au RTC
• Connectés par des lignes ou boucles au central
  téléphoniques (CT) ou a lautocommutateur local
  (AL)
• Les PBX (Private Branch Exchanges) appartiennent
  à des entreprises
• De petits PBX peuvent fonctionner en Key Systems
• Autocom de transit (AT) pour les liaisons longue
  distance vers dautre CT

78
CAS Channel-Associated Signaling
79
Signalisation boucle et trunk

• La signalisation dans une boucle simple est
  associée au canal de connexion
• Signalisation voie par voie ou dans la bande
• Dans la boucle locale, les signaux sont des
  impulsions électriques ou des tonalités
• Postes à cadran ou à touches
• Dans le trunk, la signalisation dans la bande est
  transportée par lIT16s
• Dans les trunks, la signalisation dans la bande
  nest plus très utilisée
• LIT 16 est également utilisé, pour la synchro
  multi trames

80
Numérotation et signalisation

• Numérotation téléphonique
• Dual Tone MultiFrequency
• Impulsion (loop-disconnect)
• Raccroché ou décroché ouverture ou fermeture du
  circuit
• Sonnerie
• Envoyée sur la ligne en courant alternatif
• La numérotation est envoyée à travers le système
  de signalisation du réseau

81
Introduction

• A la signalisation RNIS

82
RNIS

• ISDN, which stands for Integrated Services
  Digital Network, is a system of digital phone
  connections.
• This system allows voice and data to be
  transmitted simultaneously across the world using
  end-to-end digital connectivity.With ISDN, voice
  and data are carried by bearer channels (B
  channels) occupying a bandwidth of 64 kb/s (bits
  per second). Some switches limit B channels to a
  capacity of 56 kb/s.A data channel (D channel)
  handles signaling at 16 kb/s or 64 kb/s,
  depending on the service type.
• There are two basic types of ISDN service Basic
  Rate Interface (BRI) and Primary Rate Interface
  (PRI).BRI consists of two 64 kb/s B channels and
  one 16 kb/s D channel for a total of 144 kb/s.
  This basic service is intended to meet the needs
  of most individual users.
• PRI is intended for users with greater capacity
  requirements.Typically the channel structure is
  23 B channels plus one 64 kb/s D channel for a
  total of 1536 kb/s. In Europe, PRI consists of 30
  B channels plus one 64 kb/s D channel for a total
  of 1984 kb/s. It is also possible to support
  multiple PRI lines with one 64 kb/s D channel
  using Non-Facility Associated Signaling (NFAS).

83
RNIS

• H channels provide a way to aggregate B channels.
  They are implemented as
• H0384 kb/s (6 B channels)
• H101472 kb/s (23 B channels)
• H111536 kb/s (24 B channels)
• H121920 kb/s (30 B channels) - International
  (E1) only
• To access BRI service, it is necessary to
  subscribe to an ISDN phone line.Customer must be
  within 18000 feet (about 3.4 miles or 5.5 km) of
  the telephone company central office for BRI
  service beyond that, expensive repeater devices
  are required, or ISDN service may not be
  available at all.
• Customers will also need special equipment to
  communicate with the phone company switch and
  with other ISDN devices. These devices include
  ISDN Terminal Adapters (sometimes called,
  incorrectly, "ISDN Modems") and ISDN Routers.
• Tutorialhttp//www.ralphb.net/ISDN/intro.html

84
Common Channel Signaling CCS ou RNIS

• RNIS utilise le CCS (signalisation hors bande)
• Le canal D transporte la signalisation
• Cela sappelle plan de contrôle
• Un ou plusieurs canaux B transportent les données
  ou la voix de lutilisateur
• Cela sappelle plan utilisateur

85
Signalisation Plan de contrôle
86
Signalisation plan de contrôle

• Un appel démarre quand lappelant décroche le
  combiné
• Il reçoit une tonalité (différente dans chaque
  pays) et compose son numéro
• Le premier commutateur lit les chiffres et
  constitue un message détablissement dappel
  (set-up)
• La procédure dappel est envoyée et lappelant
  reçoit une tonalité de suivi dappel (call
  progress tones)
• Tonalité différente dans chaque pays
• Non entendue par lappelant
• Quand lappelé décroche, un message de connexion
  est renvoyé
• Lappel se termine quand lune des parties
  raccroche et envoie des messages de déconnexion
  et de libération de ligne
• Q931 décrit les échanges pour la signalisation
  RNIS
• Le système de signalisation7 (séries Q.7.xx)
  décrit les échanges entre autocoms

87
Canal voix le plan de données

• La voix démarre au téléphone au moment où les
  sons sont transformés en signaux analogiques
• Au niveau du PBX ou de lAL, les sons sont
  numérisés par un codex
• Avec le RNIS la numérisation a lieu au niveau du
  téléphone
• Les sons sont commutés à des débits de 64kbps
• Lacheminement est basé sur la numérisation
• Localisation du fournisseur client
• Consultation de la table de routage pour trouver
  le chemin vers le pays, le code de zone/ville,
  lautocommutateur

88
Résumé de la terminologie RNIS analogique

• Signalisation CAS Channel Associated signaling
  ( dans la bande )
• Signalisation CCS Common Channel signaling (
  hors bande )
• Plan de contrôle ( canal D )
• Plan de données ( canal B)
• Central téléphonique, autocom local, autocom de
  transit
• Trunk
• Ligne, boucle locale
• Message Q.931 setup, alerting, connect,
  disconnect, release
• DTMF

89
Signalisation H.323
90
Le protocole H.323 pour la conférence multimédia

• Créé par lITU-T sur le H.320 du RNIS
• Conférence multimédia pour les réseaux de paquets
• Conférence point-à-point conversation simple
  entre deux terminaux
• La majorité des applications de téléphonie IP
• Conférence multipoint
• Trois personnes ou plus
• Il peut être nécessaire de mixer les signaux
• Normalement, une seule personne parle à la fois

91
H323 Interopérabilité

• Aujourdhui H323 représente une bonne part de la
  base installée en VoIP
• Aucun fournisseur nest conforme à 100 à H323
• Ce nest pas complètement négatif, car cest
  souvent pour offrir plus de fonctionnalités pour
  se démarquer de la concurrence
• Mais va forcément limiter linteropérabilité
• Cest le problème de la course entre linnovation
  et les standards, et de lhégémoniste sur le
  marché

92
H.323 quatre composants

• Terminal Point dextrémité
• Passerelle relie des équipement non H323 à la
  zone
• Multipoint Control Unit (MCU) permet des
  conférences multidirectionnelles (trois ou plus)
• Le gatekeeper contrôle et gère la zone

93
Gatekeeper

• Zone ensemble de terminaux, de passerelles et
  dunités de contrôle multipoint, géré par un
  gatekeeper
• Il peut assurer plusieurs fonctions
• Contrôle dadmission autorisation des appels
  dans le réseau
• Nécessaire pour éviter les surcharges et
  contrôler la qualité de service
• Résolution dadresses correspondance entre
  numéros de téléphone (E.164) et adresses réseau
  (IP)
• Supervision et parfois connexion des appels

94
Fonctionnalité H323

• Etablissement des appels
• Enregistrement des utilisateurs
• Permet au gatekeeper de connaître leur
  localisation
• Permet la mobilité normé Find Me Follow Me
• Contrôle par le gatekeeper
• Durée des appels pour la taxation
• Qualité des appels, QoS du réseau
• Adressage
• Par adresse IP, par identifiants TSAP (port
  IP), par Alias (voipuser_at_phone.domain.com,
  E1640130435678)
• Les Gatekeeper peuvent communiquer entre eux
  dune zone à lautre
• Pour le RTC, il faut une passerelle

95
Architecture de signalisation

• H323 complexe
• Cest un chapeau qui englobe dautres protocoles
  pour des tache spécifiques
• Les principaux sont
• H.225
• Enregistrement,
• Etablissement dun appel
• Mise en paquet et synchro
• H.245 qui permet déterminer la nature et les
  capacités de léchange (audio et/ou vidéo)
• T.120 pour partager des données (tableau blanc)

96
Le H23 sur un terminal
97
VoIP à lextrémité réceptrice

• Un terminal récepteur doit reproduire fidèlement
  voix et vidéo
• RTP place un horodatage dans len tête
• Sert à reproduire au même rythme que de la
  création des paquets
• Utile pour savoir quand reprendre la reproduction
  quand la suppression des silences a été utilisée
• Le trafic traversant un réseau peut subir
  différentes variations de délai
• La variation du délai se nomme la gigue
• Lhorodatage permet de calculer la gigue
• On utilise un buffer de gigue pour permettre au
   traînard  darriver avant la restitution
• La taille du buffer de gigue (en milliseconde)
  doit être aussi réduite que possible
• Lhorodatage sert aussi à synchroniser voix et
  vidéo (synchronisation labiale)

98
Etude capture H.323
99
Quiz H.323

• Quest-ce que H.323?
• Quels sont les quatre composants du H.323?
• Quentend-on par gigue?
• Quest ce que la synchronisation labiale, comment
  essaye-t-on de lobtenir?

100
Signalisation SIP
101
SIP Un protocole de signalisation

• Session Initiation Protocol
• Emanant de lIETF (Internet Engineering Task
  Force)
• Un protocole de signalisation pour établir,
  modifier et terminer des sessions multimédia
• H.323 est un protocole créé en adaptant un
  standard de téléphonie (visioconférence RNIS) aux
  réseaux de paquets
• SIP est un protocole originaire des réseaux IP,
  étendu à la conférence multimédia
• Il sinspire de certaines techniques venant des
  services de courrier électronique (SMTP) et de
  services WEB (http)

102
SIP Le modèle

• Les protocoles internet offrent souvent un
  service de base, qui est amélioré par ajout de
  nouvelles fonctionnalités dans des RFCs séparés
• RFC 3261 décrit la façon dinitialiser des
  sessions multimédia
• RFC 2327, Session Description Protocol, rend SIP
  plus robuste en autorisant à transporter
  plusieurs types dinformation supplémentaires
  avec len-tête SIP
• Codec favori, but de lappel, etc..
• RFC 2246, Transport Layer security, permet de
  crypter les données
• Egalement utilisé dans les transports WEB
  sécurisé HTTPS
• Plus de vingt RFC ont été intégrés à
  larchitecture SIP
• SIP est un projet en cours
• Deviendra plus complexe
• Finira par pousser les communications à lextrême
• Gaming, présence, mobile sans fil, partout tout
  le temps, etc.

103
SIP cinq composants

• Agent SIP user agent
• Serveur denregistrement registrar
• Serveur proxy
• Serveur de redirection
• Passerelle

104
User Agent

• Le user agent est léquipement dextrémité
  téléphone SIP, ordinateur portable, ordinateur de
  bureau, PDA sans fil, etc.
• Emet les appels (fonction client) et reçoit les
  appels (fonction serveur)
• Lors de lémission dun appel, on parle de user
  agent client (UAC)
• Lors de la réponse à un appel, on parle de user
  agent server (UAS)
• LUAC crée et envoie les requêtes de connexion
• Lun des processus qui réside dans le téléphone
  ou un PBX SIP
• LUAS répond aux demandes de connexion
• Réside également dans un téléphone ou PBX SIP

105
Serveur denregistrement

• Le serveur denregistrement permet la mobilité
  des utilisateurs
• On senregistre auprès du serveur pour faire
  connaître sa localisation actuelle
• SIP conserve la trace de lemplacement de
  lutilisateur au lieu de celle du user agent
• Les personnes et non les équipements
• Déplacements, insertions et modifications ne sont
  pas nécessaires
• Le serveur crée une base de données des
  emplacements
• Associe lURI SIP ou un alias à ladresse IP
  courante
• Le logiciel pour créer la base nest pas spécifié
  par SIP
• Par exemple LDAP ou SQL Server

106
Services denregistrement et localisation

• Les services denregistrement et de localisation
  existent probablement sur la même machine
• Mais peuvent être sur des machines séparées
• La même machine peut servir des proxy SIP
• Lidentité SIP est un URI SIP
• LURI SIP est basée sur les adresses e-mail
  sip_at_marge.com
• Elle doit être associée à une adresse IP
• On peut utiliser un numéro de téléphone ou un
  alias
• On peut sécuriser avec un nom de compte
  utilisateur et un mot de passe dauthentification

107
Enregistrement

• Les requêtes SIP sont identifiés par des method
  tokens
• Six méthodes de requêtes sont définies
• Invite, ack, options, bye cancel et register

Base de données
Register sipmargeride.biz SIP/2.0 From
sipalain_at_margeride.biz
SIP/2.0 200 OK
Serveur denregistrement
Luser agentsenregistre
108
Le serveur proxy

• Le client envoie le message invite au serveur
  proxy au lieu de lUAS de destination
• Le message invite est le message détablissement
  dappel
• Le serveur proxy fait suivre le message invite à
  la place de luser agent
• Ce message mentionne le codec que lappelant veut
  utiliser
• Lappelé peut accepter ou rejeter le codec
• Lappelant peut suggérer un codec différent
• Le serveur proxy extrait du serveur
  denregistrement/base de données lemplacement de
  lappelé, pour que lappelant nait pas besoin de
  savoir où ce dernier se trouve actuellement
• Le serveur proxy nest pas nécessairement pour
  les appels point-à-point si ladresse IP est
  connue du user agent client

109
Serveur proxy
Serveur denregistrementbase de données
(1) Invite
(2) Adresse pat
UA albert
(6) Ringing
(6) Pat est 10.1.1.100
(4) Invite
(5) Ringing
UA pat
110
Localisation des serveurs proxy

• Ladresse dun serveur proxy peut-être apprise
  par référence à DNS
• Permet de trouver le serveur proxy SIP dune
  organisation aussi facilement que son serveur de
  courrier
• DNS contient la base de donnée qui résolvent les
  noms en adresse (enregistrement type A, MX)
• Les RFC 2782 et RFC 3263 définissent les
  enregistrements DNS utilisable par les clients
  SIP
• Lenregistrement SRV (RFC 2782) permet à un
  client didentifier le serveur proxy SIP dune
  organisation-sip._tcp.cs.columbia.edu SRV 20
  0 5060 backbay.cs.columbia.edu -sip._tcp.cs.colum
  bia.edu SRV 0 0 5060 conductor.cs.columbia.edu
  -sip._tcp.cs.columbia.edu SRV 10 0 5060
  erlang.cs.columbia.edu-sip.__udp.dynam,icsoft.com
  SRV 0 0 5060 dyn-tx-app-006.dfw.dynamiesoft.com
  .Les chiffres la priorité le poids, le port
• Après avoir consulté le DNS, il connaît à qui
  sadresser adresse/port/protocole

111
Connexion via Proxy (dns)
DNS
Proxy
Proxy
1. INVITE
2. INVITE
4. INVITE
3. Trying
5. 100 Trying
6. 180 Ringing
7. 180 Ringing
8. 180 Ringing
9. 200 OK
10. 200 OK
11. 200 OK
12. ACK
13. ACK
14. ACK
Media session
15. Bye
16. BYE
17. BYE
18. 200 OK
19. 200 OK
20.200 ok
112
Les conversations

• Les messages Invite comprennent un codec choisi
  par le user agent
• INVITE sipUserB_at_there.com SIP/2.0
• Via SIP/2.0/UDP here.com5060
• From BigGuyltsipUserA_at_here.comgt
• To LittleGuyltsipUserB_at_there.comgt
• Call-ID 12345600_at_here.com
• CSeq 1 INVITE
• Subject Happy Christmas
• Contact BigGuyltsipUser_at_ghere. coingt
• Content-Type application/sdp
• Content-Length 147
• vO
• oUserA 2890844526 2890844526 E IP4 here. coin
• sSession SDP
• cIN IP4 100.101.102.103
• tO 0
• maudio 49172 RTP/AVP 0
• artpmap 0 PCMU/8000
• Si lappelé accepte le codec, un message ringing
  est renvoyé vers le proxy

113
Serveur de redirection

• Les serveurs proxy sont responsables de
  lacheminement des requêtes
• A lappelé, en local
• A un autre proxy, à distance
• Il est parfois souhaitable de réduire la charge
  de traitement sur les serveurs proxy
• Quand les deux parties sont dans lentreprise sur
  le même réseau local, le proxy nest pas vraiment
  nécessaire
• On peut alors utiliser le serveur de redirection

114
INVITE
302 Moved temporarily
Client
Client
ACK
Réseau IP
Serveur
User agents
Client
Serveur
Redirect Server
Proxy
115
INVITE
200 OK
Client
Client
ACK
RTP
Réseau IP
User agents
User agents
Serveur
Client
Proxy
Redirect Server
116
Redirection généralisé

• I use my web browser to connect to the Burton
  Group's SIP server (in this case, it is acting as
  a redirect server), and tell it that I
  temporarily wish to have all of my calls
  forwarded to sipilazar_at_DSL.net.com. Then I'm
  ready to accept forwarded calls.

117
Passerelle SIP
La figure suivante montre un établissement
d'appel et une déconnexion Gateway vers Gateway
réussis. Les deux utilisateurs d'extrémités sont
User A et User B. User A est localisé sur PBX A
qui est connecté à une passerelle SIP (GW1) via
une liaison T1/E1. User B est situé sur PBX B qui
est connecté à une passerelle SIP (GW2) via une
liaison T1/E1. Le numéro de téléphone de USER B
est 555 0100. La passerelle SIP GW1 est connectée
à la passerelle GW2 par un réseau IP.
118
Quiz

• Comment sappelle léquipement de lutilisateur
  final?
• Quelle est la fonction dun serveur proxy?
• Quel est la fonction dun serveur de redirection
• On sappuiera sur deux architectures possibles
• Dans RTP quelles est lavantage de lhorodatage,
  et des numéros de séquence?

119
Réseaux dopérateurs
120
Le contexte

• Le monde des opérateurs connaît des problèmes
  financiers
• Les sources de revenus traditionnels
  disparaissent ou sont restructurés
• Erosion des tarifs des appels longue distance
• La téléphonie mobile et ISP offrent de meilleures
  conditions
• La concurrence des opérateurs traditionnels
  augmente
• Câblo-opérateurs, services sans fils, ISP

121
Les nouveaux services

• Lobtention de nouveaux revenus nécessite de
  proposer de nouveaux services pour un
  investissement en capital relativement faible
• La commutation de circuits coûte extrêmement cher
• Et globalement ne fournit que des services
  standard difficile de mettre en uvre de nouveaux
  services
• La téléphonie IP fournit plus de services et
  globalement moins chère à mettre en oeuvre

122
Service de voix traditionnels

• Les curs des réseaux téléphoniques existants
  sont basés sur des commutateurs de type
  mainframe
• Tant les autocoms locaux que les autocoms de
  transit
• La signalisation est basé sur SS7 (Signaling
  System 7)

123
SS7

• SS7 est un système de signalisation out of band
• La signalisation de contrôle est à base de
  paquets même si le réseau contrôlé est un réseau
  de commutation de circuits
• Il contrôle des commutateurs de circuits pour
  établir, maintenir et terminer les appels
• Système de signalisation puissant qui rend
  possible le réseau intelligent moderne
• Gestion des appels
• Service améliorés tels que la redirection
  dappel, présentation de lID de lappelant,
  conférence à trois, etc..
• Létablissement des appels est plus rapide
  quavec une signalisation  i