ABSTRACT:
Voice over Frame Relay (VoFr) has
been recently enjoying the general acceptance of any efficient and
cost-effective technology. In the traditional plain old telephone service
(POTS) network, a conventional (with no compression) voice call is encoded, as
defined by the ITU pulse code modulation (PCM) standard, and utilizes 64 kbps
of bandwidth. Several compression methods have been developed and deployed that
reduce the bandwidth required by a voice call down to as little as 4 kbps,
thereby allowing more voice calls to be carried over a single Frame Relay
serial interface (or subinterface PVC). Table 15-14
demonstrates these different compression algorithms and the bandwidth utilized
per algorithm.
Table: Voice
Compression Algorithms with Bandwidth Utilization
|
Encoding/Compression |
Bit Rate
(Bandwidth Required) |
|
G.711 PCM (A-Law/U-Law) |
64 kbps (DS0) |
|
G.726 ADPCM |
16, 24, 32, 40 kbps |
|
G.729 CS-ACELP |
8 kbps |
|
G.728 LD-CELP |
16 kbps |
|
G.723.1 CELP |
6.3/5.3 kbps variable |
NOTE: A common concern regarding VoFR is
keeping latency and jitter within acceptable limits. This can be a challenge in
a network that is built around applications that can tolerate both; however, it
is possible to pull a "trick or two" within the network.
One approach is to increase the CIR
over each Frame Relay PVC that will carry voice traffic and not mark the voice
traffic as DE.
Another approach is to implement
separate PVCs for voice and data applications,
segregating the traffic prior to transmission from the router.
A third approach is to work with a
network service provider that offers PVC of different levels of delay/priority.
Some providers offer as many as three PVC levels, or priorities:
- Top priority for delay-sensitive traffic (such as voice and SDLC)
- No (or middle) priority for traffic that can tolerate some level
of delay (such as LAN traffic)
- Low priority for applications that can tolerate significant levels
of delay (such as Internet access and e-mail)
FRAME RELAY
Frame Relay, kurumlara geniş alan ağları üzerinden yüksek hızlarda servis
alma imkanı veren, esnek bant genişliği kullanımını
sağlayan, kiralık hatlara göre daha verimli ve ucuz bağlantı imkanı sağlayan
bir servistir.
Frame Relay, uç noktalar ve ağ arasında veri taşınması ve sinyalleşmesi ile
ilgili ara yüzü tanımlar. Bu ara yüz birden fazla kullanıcının haberleşme
kaynaklarını paylaşması esasına dayanır ve ağa bağlanan tek bir fiziksel hat
aracılığıyla birden fazla nokta ile görüşmelerine olanak tanır. Bu noktada
artık iki uç arasında sürekli ayrılmış bant genişliği yerine gereksinim
duyuldukça kısa zaman aralıklarında kullanılan daha yüksek bant genişlikleri
söz konusudur. Bu fiziksel hat üzerinden birden fazla nokta ile yapılacak sanal
bağlantılar değişik topolojilere sahip ağlardaki kiralık devrelerle
karşılaştırıldığında, gereksinim duyulan devre sayısının azalması ile maliyet
etkin bir alternatif olarak kullanılmaktadır.
Patlamalı (bursty) trafik profiline sahip bir LAN
(Local Area Network-Yerel Alan Ağı) kullanıcısının kiralaması gereken bant
genişliği, zaman zaman da olsa gereksinim duyduğu maksimum trafik gereksinimine
göre hesaplanır. Ancak kullanıcının gün içinde ihtiyaç duyduğu ortalama bant
genişliği, bu uç trafik gereksiniminden daha düşük olduğundan, alınan kiralık
hat günün bazı saatlerinde verimli kullanılsa da, diğer saatlerde atıl olarak
kalır ve kullanıcı, kullanmadığı bu bant genişliği için para ödemeye devam
eder.
Diğer tarafta, bölgelerini kiralık hatlar üzerinden birbirine bağlayan bir
kurum, şehirlerarası veya ülkelerarası kiralık hat tarifesi üzerinden
ücretlendirilirken, ağa eklenen her bir yeni bölge için, çoklu erişimi sağlamak
üzere, bu tarifeler üzerinden bir ya da birden fazla kiralık hat alması
gerekebilir. Bu tip bir ağın maliyet giderleri oldukça yüksek olacaktır.
Frame Relay, kurumların geniş alana çıktıklarında ihtiyaçları olan yüksek bant
genişliğini sağlamak ve patlamalı trafik profilini en
iyi şekilde taşıyabilmek için geliştirilmiş, yüksek hızlı bir iletim teknolojisidir.
Düşük hızlardan başlayarak, 2 Mbps, 34 Mbps, 50 Mbps'ye varan hız seviyelerinde
servis vermektedir.
Frame Relay, ağ karmaşasını azaltırken performansı büyük ölçüde artırır. Frame
Relay ağlar, hız ve performans olarak diğer protokollere göre üstün olduğundan,
son yıllarda rağbet görmektedir.
Ses-Veri Entegrasyonu Teknikleri:
Endüstrideki entegrasyon trendi, her geçen gün artarken beraberinde de birçok değişik teknolojilerin gelişmesini sağlar.Ve bununla beraber yeni iş alanları yaratıyor. Bundan yaklaşık 20 yıl önceye kadar, günümüzde yaşanan ses-veri entegrasyon trendinin tam tersi yaşanıyordu. Sadece ses için dizayn edilmiş Anahtarlamalı Halk Telefon Ağı (PSTN- Public Switched Telephony Network) üzerinde veri iletişimi o zamanların gözde teknolojisiydi. 300bps hızındaki modemler bu ağda çalıştırılabilir limitti. Zamanla PSTN'in devre anahtarlamalı mimarisinin veri için çok da verimli olmadığı anlaşıldı ve değişik paket teknolojileri geliştirildi (X.25, SMDS, FR, ATM, IP, vs.).
Bugün ise, süper hızlı omurgalar üzerinde gerçekleştirilen veri merkezli paket anahtarlamalı ağlar (PSN - Packet Switched Network) mevcuttur. Ses trafiğinin de uygun bir şekilde veri trafiğine entegre edilmesi, iki ayrı ağ tipi bulundurmanın getirdiği masraf ve problemleri azaltacaktır.
Günümüzde değişik ses-veri entegrasyonu teknolojileri mevcut. Bunlar:
FR üzeri ses (VoFR-Voice Over Frame Relay):
Frame Relay (FR) teknolojisi, LAN (Yerel Alan Ağı)'ların veri yoğunluklu trafiğinin, WAN (Geniş Alan Ağı)'na düşük maliyetli ve yüksek performanslı bağlantısı için geliştirildi. Bu teknoloji, X.25 ve ISDN standartlarına dayanmaktadır. Frame Relay terimi, her çeşit bilginin (ses, video ve veri) standartta tanımlanmış çerçevelerin (frame) içine konularak, ağ üzerinde anahtarlanması ile gerçekleştirilmesinden gelmektedir.
Tipik bir FR uygulaması, yandaki şekilde gösterildiği gibi, LAN'dan gelen veriyi ve PBX'den gelen ses ve faksı FRAD (Frame Relay Access Device) içinde tek bir fiziksel FR bağlantısı üzerinde bütünleştirir. FRAD, her uygulamaya değişik sanal bağlantılar atayıp, bu bağlantıların performans parametrelerini, uygulamanın ihtiyacına göre belirleyebilir.
Ses ve verinin FR ağı üzerinde bütünleştirilmesi, şirketlerin değişik yerlerdeki ofislerini tek bir ağ üzerine bağlar. Böylece FR ağının sağladığı yüksek performanslı veri iletişiminin yanında çok düşük fiyata telefon görüşmesi sağlanır.
ATM üzeri ses (VTOA - Voice Telephony Over ATM)
Günümüzde, servis sağlayıcılarının en çok kullandığı paket teknolojisi ATM'dir. ATM'in önermiş olduğu Servis Kalitesi (QoS- Quality of Service), gecikmeye duyarlı uygulamaları (ses, görüntü) ve veri iletişimini gerçekleştirmek için çok iyi bir olanak sağlar.
ATM teknolojisi, farklı trafik karakteristiği gösteren uygulamalar için farklı ATM Uyum Katmanları (AAL - ATM Adaptation Layer) sağlıyor. AAL1 servis sağlayıcılarının omurgasında ses trafiği için kullanılırken, AAL5 ise veri trafiğini üstlenmektedir. ATM Uyum Katmanında kapsüllenen ses veya veri trafiği, daha sonra ATM hücrelerine yerleştirilerek fiziksel katmana yollanır. Böylece ses ve veri trafiği aynı fiziksel bağlantı üzerinden, fakat ATM katmanı açısından değişik sanal bağlantılar (Virtual Connection) üzerinden gönderilir. ATM katmanında farklı uygulamalara istenilen önem değerleri verilerek bağlantılar için gerekli ATM trafik parametreleri atanır.
Son günlerin gözde teknolojisi , xDSL üzeri ses (VoDSL-Voice Over DSL), ATM'in AAL2 katmanını kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Bu katmanın sağladığı ses sıkıştırma ve çoğullayıcı özellikleri ev, küçük ve orta büyüklükteki ofislere tek bir fiziksel bağlantı üzerinden 8-16 arası telefon hattı sağlamaktadır. Şekildeki IAD (Integrated Access Device) veri ve ses trafiğini entegre eder.
IP üzeri ses (VoIP - Voice Over Internet Protocol):
Daha çok kampus ortamında kurulmakta olan bu teknoloji, şirket içi telefon ve PBX ekipman masraflarını düşürmekte, bilgisayar-telefon etkileşimini (CTI - Computer-Telephony Interaction) ve birleşik mesajlaşmayı (unified messaging) kolaylaştırmaktadır.
IP üzeri ses üç değişik şekilde uygulanabilir:
- PC'den PC'ye
- PC'den telefona
- Telefondan telefona
İlk
durumda, ses kartlı iki bilgisayar, VoIP programlarını ( Internet Phone,
NetMeeting, etc.) kullanarak birbirleriyle Internet üzerinden herhangi bir
ücret ödemeden konuşabilir.
İkinci ve üçüncü durumlarda ise, ses ağı ve IP (Internet Protocol) ağının birbirleri ile uyum içinde çalışması için "gateway" adı verilen ekipman kullanılmasi gerekir.
Gateway, ses içeren IP paketlerini ses ağının anlayabileceği biçime sokarak, iki kullanıcı arasındaki bağlantıyı kurar. Gateway kullanıcılara transparan olmalıdır. IP üzeri ses teknolojisinin sağladığı gözardı edilmez avantajların yanında, halen aşması gereken engeller var:
- Konuşmanın kalitesi ağın trafik yoğunluğuna bağlıdır. Bugünkü telefon ağıyla aynı kaliteyi sağlayabilmek için, ağ üzerinde servis kalitesi (QoS) garanti edilmelidir. Bu sebeple, Multi-Protocol Label Switching (MPLS) ve IP Type of Service(ToS) protokolleri geliştirilmiştir.
- IP üzeri ses standartları halen geliştirilme aşamasındadır:
- H.323 V2.0 - International Telecommunication Union (ITU)
- Media Gateway Control Protocol (MGCP) - Internet Engineering Task Force (IETF)
- Session Initiated Protocol (SIP) - IETF
Şu an kullandığımız telefonlar
için gerekli elektrik, santral tarafından sağlanmaktadır. Herhangi bir elektrik
kesintisinde dahi telefonunuz acil hatlara (polis, hastane, v.b.)
erişebilmektedir. IP telefonlarında gerekli elektrik, kullanıcı tarafında
sağlandığından bu durum gerçekleşmez.
Frame
Relay Üzerinden Ses İletimi ve Yararları:
Sesin network üzerinden iletimi,
pratikte mevcut bant genişliğini en iyi şekilde kullanarak ve gecikmeyi en aza
indirerek sağlanabilmektedir. Analog sinyalin, dijitale dönüştürüldükten sonra
8K veya 16K'da sıkıştırılarak Frame Relay paketleri üzerinden gönderilmesi,
prioritization denilen ve ses paketlerinin veri paketlerinden daha önce
iletilmesini sağlayan metot yardımıyla, gecikme en azda tutularak
sağlanmaktadır.
Frame Relay üzerinden ses iletiminin bazı yararları şöyle sıralanabilir:
· Telefon giderlerini düşürme,
· Mevcut santral yapısını bozmadan sisteme entegre
etme,
· Maliyeti, performans da göz önüne alınarak kısa sürede
karşılama ve devamlı kara geçebilme.
-Tipik bir VoFR ağı-
VoFR ve VoIP Paket Teknolojilerinin Karşılaştırılması:
VoFR ve VoIP paket teknolojilerinin
arasında 4 ana fark vardır.
- Paket harcaması (bant genişliği)
- WAN geçiş hattı kapasiteleri
- Paket priorizition (ses paketinin veri paketinden daha önce iletilmesini sağlayan metot)
- Paket kesimleme ya da bölümleme ve bunların ses paketi büyüklüğüne etkisi
Bu
4 farkın her birinde VoFR, VoIP’ye oranla daha avantajlıdır. Çünkü VoFR yaklaşımı VoIP’ye göre daha
mantıklıdır ve VoIP’nin birkaç doğal teknolojik dezavantajı vardır.
VoFR ve
VoIP’nin paket harcamalarının kıyaslanması:
IP’nin
en büyük dezavantajı FR’ye göre daha yüksek paket harcamasının olmasıdır. Hem
FR, hem de IP paket başlık bilgisi, ses/faks başlık bilgisi ve
sayısallaştırılmış-sıkıştırılmış ses/faks bilgisi (payload) ile
gerçekleştirilir.
Her
bir payload, “talk spurt” denilen bir konuşma parçasını tanımlar. Uzun bir
“talk spurt”’u tanımlarken genişletilmiş bir zaman periyodunda konuşma
bilgisini toplamak ve konuşmada ortaya çıkacak muhtemel bir gecikme için
VDID’ye ihtiyaç vardır. Gecikmeli konuşmalarda ses doğal değildir ve ortak
telefon kullanıcılarında VDN’ye uğramadan geçer. Bu gecikme limiti gereksinimi,
ses için 8
Kbps’lik sıkıştırılmış veri hızında, max. 50 byte’lık bir “talk spurt”
büyüklüğü ortaya çıkarmaktadır. 50 byte, 50 ms’lik bir konuşmayı tanımlar. 50
ms, tüm gecikmeye çok fazla etkide bulunmadan oluşan en uzun pratik periyottur. Şekildeki tablolar, FR ve IP paketlerinin bant
genişliği gereksinimlerini gösterir. Konuşma sıkıştırmasının (CODEC), 8 Kbps’ye
ihtiyacı olduğu farzedilir. CODEC bant genişliği ve paket harcamasının toplamı,
aktif bir konuşma tarafından kullanılan bant genişliğinin tepe değeridir
(peak). Bu tepe sadece birkaç saniye için meydana gelir ve tipik bir konuşmada
sessizliğin doğal periyotları boyunca 0 Kbps yerine
geçer. Bir kişi konuşup diğeri dinliyorken, 20-30
saniyelik bir zaman periyodunun yaklaşık %50’sinde sessizlik oluşur.
Konuşmadaki durma ve kesilmeler diğer bir %10’a neden olur. Bu durumda net bant
genişliği gereksinimi 20-30 saniyelik bir periyotta
bant genişliğinin tepe değerinin yaklaşık %40’ıdır.
Sessizliği
bastırmada kullanılan bu metot, hem bant genişliği gereksinimini hem de ses
kalitesini etkiler.
|
Tipik CODEC Bant genişliği |
8Kbps |
|
Frame Relay ve ses/faks paket harcaması |
2Kbps |
|
Toplam FR Bant genişliği |
10Kbps |
|
%60’dan daha az sessizlik |
— 6Kbps |
|
Ortalama 20-30 saniye periyotlu aktif bir konuşma için net bant genişliği gereksinimi |
4Kbps |
-VoFR için
paket harcaması ve ortalama bant genişliği gereksinimi-
|
Tipik CODEC Bant genişliği |
8Kbps |
|
IP/UDP ve ses/faks Paket harcaması |
7Kbps |
|
Toplam IP Bant genişliği |
15Kbps |
|
%60’dan daha az sessizlik |
— 9Kbps |
|
Ortalama 20-30 saniye periyotlu aktif bir konuşma için net bant genişliği gereksinimi |
6Kbps |
-VoIP
için paket harcaması ve ortalama bant genişliği gereksinimi-
VoFR ve VoIP’nin bant genişliği bakımından
karşılaştırılması:
IP telefon trafiği, FR telefon trafiğine göre WAN
bant genişliğinin yaklaşık %50’sini kullanır. Gerçek ölçümler de bunu doğrular.
Ortak VDN için bunun iki anlamı vardır.
-
WAN
geçiş hattında birkaç tane daha aktif gerçek ses/faks trunk’ı
-
Daha
az arta kalan bant genişliği
Bunlardan birincisi, WAN geçiş hattının bant
genişliğinin, trunk bant genişliğinin tepe değerine bölünmesi ile oluşur. 64
Kbps FR WAN geçiş hattında, örneğin max. 64/10=6 aktif ses trunkı olabilir. Bu,
IP ile kıyaslanırsa, IP hattında 64/15=4 aktif ses trunkı olacak demektir.
Eğer konfor gürültü özelliği, ses kalitesini
iyileştirmek için kullanılırsa, VoIP ve VoFR bant genişliği gereksinimi
arasındaki fark açıkça ortaya çıkar. Sessizlik periyodu boyunca iletilen 1
Kbps’lik bir gürültü örneğinin;
VoIP’de net bant genişliği gereksinimine etkisi:
1 Kbps+7 Kbps(overhead)=8 Kbps. %40’dan daha az
konuşma için
8 Kbps*%60=4.8 Kbps kadar artıştır.
VoFR’de net bant genişliğine etkisi:
1 Kbps+2 Kbps(overhead)=3 Kbps. %40’dan daha az
konuşma için
3 Kbps*%60=1.8 Kbps kadar
artıştır.
Bu, toplam ortalama bant genişliği gereksinimine,
VoIP ve VoFR için sırasıyla 10.8 Kbps ve 5.8 Kbps’lık artışlar getirecektir. Bu da VoFR için
önemli bir avantajdır.
VoFR ve VoIP’nin WAN Telefon trunk kapasitesi bakımından
karşılaştırılması (veri integrasyonu ile):
Şekildeki tablo, FR ve IP yaklaşımlarının her ikisi
için ortalama 20-30 dakikalık bir periyotta veri için
kullanılabilir artık bant genişliğini göstermektedir. (Bu, toplam trunk
duty-cycle bant genişliğinden daha az olan geçiş bant genişliğidir.) Bu tablo
aynı zamanda, IP ve FR için VDIC telefon trunklarının sayısını da gösterir.
(Geçiş bant genişliği, toplam tepe trunk bant genişliğine bölünür.)
|
|
FR paketi(Harcama ile) |
IP paketi(Harcama ile) |
||
|
WAN Geçiş bant genişliği (Kbps) |
Maximum router veya FRAD trunkları sayısı |
Artık bant genişliği (Kbps) |
Maximum VoIP giriş trunkları sayısı |
Artık bant genişliği (Kbps) |
|
28.8 |
2 |
27.4 |
1 |
27.7 |
|
33.6 |
2 |
32.2 |
2 |
31.4 |
|
56 |
5 |
47.6 |
3 |
51.0 |
|
64 |
6 |
53 |
4 |
55.4 |
|
128 |
12 |
98 |
8 |
102 |
|
256 |
25 |
176 |
17 |
184 |
|
384 |
38 |
247 |
25 |
264 |
Hem VoIP, hem de VoFR, ortak veri ağlarına ses ve faks trafiği eklemek için uygun yaklaşım teknikleridir. Çoğu uygulamalar için, trafik internet üzerinden olmadığı sürece ses ve faks haberleşmesinin kalitesinde çok büyük farklar yoktur. Bununla birlikte fiyattaki farklılıklar VoIP ve VoFR çözümlerinden hangisinin uygulanacağını belirleyebilir. Farklar uygulamaya gör çeşitli olur;
- Ortak veri ağından ses/faks iletimi
- Saf ses/faks ağı
VDID
açısından ise, farklar VoIP’nin doğasında olan iki dezavantajından dolayı
ortaya çıkar;
- Daha büyük IP paket başlığı
- Router kontrol protokolünün geniş çapta olmayışı
WAN servisi açısından ise, farklar FR servisleri üzerinden IP VPN servisleri için büyük primlerden dolayı ortaya çıkar. Farklar uygulamaya göre değişiklikler gösterir.
|
Özellik |
FR |
IP |
|
VDID İşlevselliği |
Zengin |
Gelişmekte |
|
Kanal |
Tecrübeli |
Tecrübesiz |
|
Kurulu taban |
Büyük |
Küçük |
|
Ses kalitesi |
Çok iyi |
Çok iyi |
|
Gecikme |
Düşük |
Düşük |
|
Jitter |
Küçük |
Küçük |
|
Ses/faks paket harcaması |
Düşük |
Yüksek |
|
WAN geçiş V/F kanal kapasitesi |
||
|
- Daha düşük hızlı hatlar |
Yeterli |
Sınırda |
|
- Daha yüksek hızlı hatlar |
Yeterli |
Yeterli |
|
WAN geçiş hızı azalması |
||
|
- Daha düşük hızlı hatlar |
2-4% |
10-15% |
|
- Daha yüksek hızlı hatlar |
0-2% |
0-5% |
|
WAN servis ücretleri |
||
|
- Hub & Spoke topolojisi |
Daha ucuz |
Daha pahalı |
|
- Kısmi mesh topolojisi |
Aynı fiyat |
Aynı fiyat |
|
- Full-mesh topolojisi |
Daha pahalı |
Daha ucuz |
Kaynaklar: 1. MEMOTEC Communications Inc.
2.
WWW.turktelekom.gov.tr