VoIP 1
VOICE OVER IP
(VOIP)
An Introduction
PREVIEW
9
Introduction to VoIP
9
Supported Infrastructure : Circuit-Switched vs Packet-Switched
9
Basic Architecture
9
IP Based Communication Model
9
VoIP Components
9
Voice Packetization
9
Voice CODEC on VoIP
9
VoIP Standardization : H 323 and SIP
9
Standardization’s based VoIP Architecture
9
QoS issues for VoIP
IP Telephony :
Teknologi yang mampu melewatkan trafik teleponi
(dalam hal ini trafik suara) melalui jaringan IP.
VoIP Æ disebut juga sebagai teknologi IP Telephony
Mengapa memilih Jaringan Internet ?
¾
Jaringan IP sendiri merupakan jaringan komunikasi data
yang berbasis packet-switched
¾
Jaringan IP adalah jaringan global, tidak berdasarkan zona
Æ
bisa menekan biaya percakapan
Introduction to VoIP
VoIP 3
Infrastruktur Pendukung
Circuit-Switched
• Sebelum ada call, ada pembentukan jalur end-to-end dan
membuat dedicated link antar user yang hendak berkomunikasi.
• Dengan menggunakan dedicated circuit, delay yang dihasilkan
oleh elemen sinyal (yang dibawa voice) relatif konstan.
• Komponen yang digunakan selama percakapan, tidak dapat
digunakan oleh user lain, sampai percakapan selesai.
• Setiap circuit mempunyai kapasitas tertentu untuk membawa
sejumlah informasi, untuk suara, informasi berupa speech yang
terkodekan
• Dedicated circuit selalu menyediakan jalur, meskipun terdapat
kondisi dimana tidak ada informasi yang dilewatkan
VoIP 5
Packet-Switched
• Informasi dipecah-pecah menjadi beberapa paket, kemudian
masing-masing paket ditransmisikan secara independen ke
tujuan.
• Tidak ada jalur dedicated end-to-end sebelum pentransmisian
informasi.
• Setiap paket berisi informasi tujuan.
• Tiap elemen router di jaringan internet akan me-rute kan
masing-masing paket ke elemen router berikutnya hingga
sampai tujuan.
• Bisa saja masing-masing paket dengan tujuan yang sama,
akan melewati jalur yang berbeda, sehingga sampai di tempat
tujuan tidak dalam waktu yang sama.
VoIP 7
Beberapa model komunikasi menggunakan Packet-Switched
1. Internet to internet
Call dimulai dari sebuah telepon yang terhubung ke Internet, berakhir ke sebuah telepon yang terhubung ke Internet, dan seluruh proses routing berada di jaringan Internet
2. PSTN to internet
Pemanggil berasal dari PSTN, yang dipanggil merupakan sebuah telepon yang terhubung ke Internet, call melintasi segment PSTN dan Internet
3. PSTN to PSTN via internet
Baik pemanggil maupun yang dipanggil berasal dari PSTN. Routing Call melalui jaringan Internet. Model ini diaplikasikan untuk mendapatkan cost percakapan yang lebih murah, biasanya untuk sambungan internasional.
4. Internet to Internet via PSTN
Baik pemanggil maupun yang dipanggil berasal dari peralatan yang
terhubung ke Internet, namun sebagian route call-nya dilewatkan PSTN. Metode ini ditempuh guna mendapatkan delay komunikasi yang rendah, karena melewati PSTN.
Beberapa fungsi untuk men-support model komunikasi berbasis IP:
• Address Discovery:
Æ Pengenalan lokasi tujuan
Æ Bisa membedakan antara lokasi berupa IP Address, Internet Uniform Resource Identifier (URI), atau phone number
• Device Interoperability:
Æ Peralatan VoIP yang diproduksi oleh vendor yang berbeda harus bisa saling interoperability, dengan jalan mengikuti sandardisasi yang sudah ditetapkan, dan bekerja pada jenis protokol yang sama
• Interoperability dengan telepon PSTN:
Æ Arsitektur VoIP yang dibuat harus support fungsional untuk level protocol translation dan transcoding data
Æ Dengan memperhatikan fungsionalitas ini, call dari jaringan IP dapat di-forwardkan ke dan dari jaringan PSTN
• Fungsi-fungsi level Media:
• Interoperability antar Komponen:
Æ Semua komponen dalam sebuah arsitektur VoIP harus bisa interoperasi dengan menggunakan protokol standart (H323/SIP).
Æ Dengan sifat ini bisa dimungkinkan :
(a) Pemakaian peralatan multivendor dalam satu sistim
(b) Beberapa provider VoIP bisa saling berkoordinasi satu dengan yang lain dalam membawa trafik VoIP
Æ Layanan voice over data yang dilewatkan protocol media transport, seperti RTP.
Æ Terdiri dari bermacam-macam pemrosesan level media yang
digunakan untuk percampuran call dengan tujuan untuk konferensi multiparty, transcoding yang memungkinkan transportasi melalui beberapa jenis jaringan
VoIP 9
Komponen Fungsional VoIP
1. Voice Calling Device
Æ Peralatan untuk membangkitkan dan menerima call.
- IP Telephone
¾ Merupakan peralatan berbentuk telepon yang terhubung langsung ke jaringan internet
¾ Mempunyai built-in software yang bisa berkomunikasi dengan perlatan VoIP lain di jaringan Internet, dan protokol yang bisa mengirim paket data voice
¾ Terhubung ke jaringan menggunakan jack RJ-45 atau wifi VoIP Phone yang terhubung dengan jaringan wireless IEEE 802.11
- Softphone
¾ Merupakan software yang mengimplementasikan fungsi-fungsi telepon ¾ Bisa dipasang di PC atau PDA
¾ Dengan softphone, user VoIP tidak perlu lagi menambahi peralatan telepon di jaringannya.
VoIP 11
- Telepon Analog
Peralatan telepon analog yang terhubung ke PSTN
- Analog Telephone Adapter (ATA)
¾ Peralatan yang digunakan jika sebuah pesawat telepon analog akan dihubungkan langsung ke jaringan internet
¾ Peralatan ini mentranslasikan bentuk informasi digital dari jaringan internet ke dalam bentuk informasi analog yang diterima pesawat telepon atau sebaliknya
2. Gateway
Sebagai pembatas dari dua jaringan yang berbeda, dan bertugas membantu agar kedua jaringan tersebut dapat saling berkomunikasi
Terdiri dari dua komponen utama : (a)Gateway Controller
- mentranslasikan sebuah informasi ke dalam format yang dapat dimengerti oleh masing-masing jaringan
- mentranslasikan SIP signaling di jaringan Internet ke SS7 signaling di jaringan PSTN atau sebaliknya
(b)Media Gateway
- melakukan transcoding dari packet-based di jaringan IP ke dalam bentuk frame-frame TDM di PSTN atau sebaliknya
3. Media Server
¾ Memproses RTP stream dari VoIP untuk mendekodekan nada DTMF, mencampur beberapa media stream ke dalam bentuk sebuahconference, membunyikan pengumuman, memproses script VoiceXML, speech
recognition, konversi text to speech, perekaman audio dll. ¾ Media ini bisa diintegrasikan bersama gateway
4. Session control server
¾ Menyediakan fungsi-fungsi level sesi, seperti otentikasi, otorisasi dan perijinan panggilan.
¾ Me-rutekan dan mem-forward panggilan ke jaringan atau service provider yang lain.
¾ Meyediakan layanan caller IP, call waiting dan dapat berinteraksi dengan server aplikasi.
¾ Merupakan komponen optional pada arsitektur VoIP, bisa menjadi salah satu bagian dari gateway controller.
VoIP 13
Voice over Packet Switched Network
Header Voice Frame 1 Voice Frame n (a) Pemaketan Suara
Penerima Sinyal Audio Encoder Packetizer Pengirim Sinyal Audio Dynamic Buffer Decoder Internet
(b) Pemrosesan Suara di dalam VoIP
Urutan Pemaketan Suara melalui Jaringan IP :
1. Data suara digital (digital speech) diproses menjadi unit-unit
yang disebut frame, dimana masing-masing frame berisi
sebagian sinyal suara dalam durasi waktu tertentu.
2. Frame-frame ini kemudian disisipkan ke dalam paket-paket IP,
yang berisi informasi-informasi tambahan (overhead) seperti
jumlah urutan paket, IP address, dan timestamps, yang
semuanya diperlukan untuk memudahkan pentransmisian
paket melalui jaringan.
3. Untuk mengurangi in-efisiensi yang disebabkan oleh overhead,
biasanya beberapa frame suara dikemas dalam satu paket IP.
4. Paket-paket IP diterima dalam sebuah buffer di penerima,
VoIP 15
VoIP CODEC
Tujuan :
mengkonversikan sinyal suara input menjadi bentuk digital, mentransmisikan sinyal tersebut ke penerima dan merekonstruksi sinyal suara asli untuk
didengar oleh penerima
Proses konversi suara ke bentuk sinyal digital
1. Voice Sampling
Æ Codec men-sampel gelombang suara dalam interval waktu tertentu dan memberikan nilai pada setiap sampel-nya.
Æ Interval waktu : 8000 siklus/det (frek. Sampling 8 kHz) atau 16000 siklus/det (frek. Sampling 16 kHz)
2. Kuantisasi
Æ Mengubah nilai sampel menjadi bentuk diskrit agar bisa direpresentasikan dalam bit-bit
3. Coding
Æ Sampel-sampel diakumulasikan dalam periode waktu tertentu, dikodekan menjadi kelompok bit-bit yang dinamakan frame.
Æ Pada proses coding ini dilakukan kompresi informasi agar didapat jumlah bit yang minimal dalam setiap sampel suara
Æ Proses coding ini menjadi bagian terpenting dari seluruh proses konversi, karena menentuan efisiensi CODEC dalam kaitannya dengan bandwidth yang diperlukan
Speech Coding
• waveform codecs
• source coding
• hybrid coding
• multirate codecs
VoIP 17
Waveform codecs
¾ Prinsip dasar dari speech coding, dimana input sinyal speech (suara) dikonversikan ke dalam bentuk sinyal digital, kemudian dipaketkan.
¾ Menghasilkan sinyal ter-rekonstruksi di sisi terima yang semirip mungkin dengan sinyal aslinya, berdasarkan pengaturan kebutuhan bandwidth Jenis Waveform codecs :
1. PCM (Pulse Code Modulation)
Æ Sampel sinyal suara diambil dengan kecepatan 8000 sampel/det, dengan dengan kuantiser linear atau logarithmic 8 bit per sampel menghasilkan kecepatan bit 64 kbps.
Æ Dikenal jenis kompresi standard µ-law di Amerika dan A-law untuk Eropa 2. Diferential PCM
Æ Diciptakan untuk memperbaiki efisiensi PCM
Æ Memprediksi nilai sampel berikutnya berdasarkan sampel sebelumnya Æ ADPCM, distandarisasi CCITT, dengan codec 32 kbps, punya kualitas
yang hampir sama dengan PCM 64 kbps
Source Coding
¾ Menerapkan model-based dari sinyal suara
¾ Mengirimkan parameter-parameter pemodelan sebagai pegganti bentuk gelombang yang sesungguhnya.
¾ Di sisi terima, receiver membangun kembali bentuk gelombang asli sesuai parameter yang diterima
¾ Codec yang menggunakan source coding dinamakan Vocoder. ¾ Contoh : Linear Predictive Coding (LPC), yang beroperasi dengan
kecepatan bit hanya 2,4 kbps
Hybrid Coding
¾ Menjembatani perbedaan antara waveform dan source coding ¾ Suara input dijadikan frame, dengan panjang 20 ms.
¾ Setiap frame mempunyai parameter untuk proses sintesa filter yang menghasilkan eksitasi sinyal.
¾ Eksitasi sinyal diperlukan untuk meminimisasi error antara sinyal asli dengan sinyal hasil rekonstruksi
¾ Contoh :
VoIP 19
Narrowband Codecs
ITU-T men-standardisasi codec untuk band sempit (narrow band) dalam seri G.711 dan G.72x
Codec PCM-based G.711
Æ beroperasi pada 64 Kb/s (standard), 56 Kb/s and 48 Kb/s (non-standard).
Codec ADPCM-based G.721
Æ beroperasi pada at 32 kb/s
Æ yang terbaru, rekomendasi G.726 and G.727 beroperasi pada 40, 32, 24 dan16 kbps
Codec RPE-based GSM
Æ GSM full rate speech codec beroperasi pada 13 kbps dan menggunakan codec RPE
VoIP 21
Standarisasi VoIP
Pada tahun 1996, ITU-T Study Group 16 memperkenalkan
H.323 versi 1
, sebagai standard untuk “Real Time Video
Conferencing Over Nonguaranteed QoS LANs
”
☻
Pada bulan Januari 1998, H.323 versi 2 mulai diluncurkan.
Versi ini dikenal sebagai “Packet-Based Multimedia
Commmunication Systems”.
☻
☻
Internet Engineering Task Force
(IETF) mengeluarkan standarisasi
Session Initiation Protocol (SIP)
, untuk pensinyalan lanjutan
dan fungsionalitas control untuk servis-servis multimedia cakupan luas
H.323
Standart ini men-support ITU G.711 and G.723 untuk standart
audio, juga men-support spesifikasi yang dihasilkan IETF untuk
mengontrol aliran audio guna perbaikan kualitas suara.
Berlaku sebagai “payung” dari sekumpulan standart-standart untuk
mendefiniskan komunikasi multimedia real-time untuk jaringan
berbasis paket (packet-based network)
H.323 meng-kodekan message-nya dalam format biner, Format
biner ini akan dikodekan dan didekodekan oleh mesin, sehingga
lebih efisien untuk dilewatkan pada jaringan narrowband maupun
broadband.
Aplikasi H.323 adalah Microsoft Netmeeting 3.0 dan Netscape
VoIP 23
Arsitektur VoIP berbasis standard
Konfigurasi H323
Terminal
¾ Digunakan untuk komunikasi multimedia real time dua arah Mengimplementasikan fungsi transmisi suara, terdiri
dari paling sedikit sebuah voice CODEC (Compressor/Decompressor) untuk mengirim dan menerima paket suara.
¾ Men-support fungsi pensinyalan untuk call setup ¾ Contoh :
- PC yang menggunakan software Microsoft Netmeeting - IP Phone
- Video Phone
- Analog Terminal Adapter (ATA)
Gatekeeper
¾ Me-manage sebuah zone yang terdiri dari terminal-terminal H323
¾ Menyediakan fungsi-fungsi seperti pengalamatan, otorisasi dan validasi
terminal dan gateway, manajemen bandwidth, akuntansi, billing dan charging. ¾ Menyediakan fungsi servis call-routing.
¾ Tempat registrasi User / client sebelum on line.
¾ Menyediakan ruting pengalamatan, yang mengubah nomor-nomor telepon dan alamat alias ke alamat jaringan.
VoIP 25
Gateway
¾ Melakukan interoperabilitas dengan menghubungkan dua jaringan yang berbeda yaitu antara jaringan H.323 dan jaringan non H.323 (mis: PSTN, ISDN)
¾ Dalam menghubungkan dua bentuk jaringan yang berbeda dilakukan dengan
menterjemahkan protokol-protokol untuk call setup dan release serta mengirimkan informasi antara jaringan yang terhubung dengan gateway.
¾ Gateway tidak dibutuhkan untuk komunikasi antara dua terminal H.323.
MCU (Multi-point Control Unit)
¾ Digunakan untuk layanan konferensi tiga terminal H.323 atau lebih.
¾ Semua terminal yang ingin berpartisipasi dalam konferensi dapat membangun hubungan dengan MCU yang mengatur bahan-bahan untuk konferensi,
negosiasi antara terminal-terminal untuk memastikan audio atau video coder/decoder (CODEC).
¾ Terdiri dari sebuah Multipoint Controller (MC) dan beberapa Multipoint Processor (MP).
¾ MC Æ untuk pensinyalan antar terminal yang melakukan konferensi ¾ MP Æ untuk mixing, switching, processing audio, video, data
Session Innitiate Protocol (SIP)
Ö
SIP didisain untuk men-setup “sesi” antara dua titik dan menjadi
komponen yang fleksibel dalam arsitektur internet.
Ö
SIP mempunyai konsep longgar terhadap sebuah call (yang menjadi
“sesi” dalam media stream), SIP tidak support untuk mutimedia
conference.
Ö
SIP butuh standart-standart berbeda untuk mengintegrasikan
peralatan dengan vendor yang berbeda. Sehingga untuk membangun
komunikasi berbasis “sesi” ini diperlukan beberapa jenis protokol
penunjang.
Ö
SIP mengkodekan message-nya dalam format text ASCII, bisa dibaca
oleh manusia, namun konsekuensinya, ukuran message menjadi
besar dan tidak cocok untuk jaringan yang memperhatikan urusan
bandwidth, delay dan processing.
VoIP 27
Konfigurasi SIP
Packet-Based Nework
SIP User Agent (at home)
SIP Gateway
SIP Registrar Location Server
SIP User Agent (at home)
SIP Redirect/ Proxy Server
Domain A
SIP User Agent (visiting from A)
SIP Gateway
SIP Registrar Location Server SIP User Agent
(at home) SIP Redirect/ Proxy Server Domain B H323 Network PSTN Network Prima K - PENS
User Agent (UA)
Aplikasi yang mewakili user, baik sebagai client (User Agent Client / UAC) maupun sebagai server (User Agent Server / UAS).
Sebagai client, UA bertugas mengenali request SIP
Sebagai Server, UA menerima panggilan dan me-respon request SIP yang dibuat oleh client
UA merupakan bagian dari terminal multimedia yang memiliki kemampuan mengatur multimedianya sendiri, tidak perlu bantuan peralatan lain
Registrar Server
☼ SIP server yang menerima permintaan registrasi dari user agent. ☼ Registrar server tidak pernah mem-forward permintaan (request)
Location Server
Server yang memberikan informasi ke proxy / redirect server tentang lokasi terkini dari sebuah user.
VoIP 29
Redirect Server
SIP server yang melayani pemetaan alamat.
Memberikan sebuah daftar alamat-alamat baru ke alamat SIP user yang meminta.
Server ini tidak menerima panggilan, tidak mem-forward request juga tidak melakukan inisialisasi apapun.
Proxy Server
SIP server yang bertindak sebagai server ke user agent dengan mem-forward SIP request, atau bertindak sebagai client ke SIP server dengan mengirim request ke server
VoIP 31
1. Pemanggil akan mengirimkan sinyal INVITE ke proxy server.
2. Proxy server akan menanyakan ke directory / location service di mana
URL sebenarnya dari tujuan. Directory / Location service dapat berupa
SQL, LDAP dll.
3. Directory service akan memberikan jawaban kepada proxy server
tentang
lokasi sebenarnya dari tujuan.
4. Proxy server akan meneruskan message INVITE ke tujuan.
5. PC tujuan mendengar ring tone.
6. Jika tujuan ternyata bersedia menerima, maka tujuan akan
mengirimkan message OK ke proxy server.
7. Proxy server akan meneruskan message OK ke pemanggil.
8. Telepon pemanggil akan memberikan message acknowledge (ACK) ke
proxy server.
9. Proxy server akan meneruskannya ke mesin tujuan yang benar.
VoIP 33 Prima K - PENS
VoIP 35 Prima K - PENS
Protokol Penunjang VoIP
Application layer
¾ Fungsi utama lapisan ini adalah dalam perpindahan file, untuk mengatasi ketidak kompatibelan sistim yang berbeda.
¾ Protokol ini berhubungan dengan aplikasi, misal HTTP (Hypertext Transfer Protocol) untuk web, FTP(File Transfer Protocol) untuk perpindahan file, dan TELNET untuk terminal virtual jarak jauh.
VoIP 37
TCP (Transmission Control Protocol)
9 TCP merupakan protokol yang connection-oriented , menjaga reliabilitas hubungan komunikasi end-to-end.
9 Cara kerja TCP adalah mengirim dan menerima segment – segment informasi dengan panjang data bervariasi pada suatu datagram internet.
9 Dalam hubungan VoIP, TCP digunakan pada saat signaling, untuk menjamin setup suatu call pada sesi signaling.
9 TCP tidak digunakan dalam pengiriman data suara pada VoIP karena pada suatu komunikasi data VoIP penanganan data yang mengalami keterlambatan lebih penting daripada penanganan paket yang hilang.
Internet Protocol (IP)
9 Internet Protocol didesain untuk interkoneksi sistem komunikasi komputer pada jaringan paket-switched.
9 Pada jaringan TCP/IP, sebuah komputer diidentifikasi dengan alamat IP. Tiap-tiap komputer memiliki alamat IP yang unik, masing-masing berbeda satu sama
lainnya. Hal ini dilakukan untuk mencegah kesalahan pada transfer data. 9 Protokol IP bertugas untuk menangani pendeteksian kesalahan pada saat
User Datagram Protocol (UDP)
UDP digunakan untuk situasi yang tidak mementingkan mekanisme reliabilitas. Header UDP hanya berisi empat field yaitu source port, destination port,length dan UDP checksum dimana fungsinya hampir sama dengan TCP. UDP digunakan pada VoIP karena pada pengiriman audio streaming yang
berlangsung terus menerus lebih mementingkan kecepatan pengiriman data agar tiba di tujuan tanpa memperhatikan adanya paket yang hilang
VoIP 39
Issue QoS pada VoIP
Alasan-alasan :
• VoIP bisa dijalankan pada beberapa jenis jaringan yang punya karakteristik sendiri.
• Selain itu adanya transcoding pada gateway di masing-masing jaringan menyebabkan VoIP sangat peka terhadap kondisi jaringan yang dilewati. • Hal ini menyebabkan terjadinya penurunan kualitas informasi (suara, gambar
maupun text) yang dibawa.
Beberapa parameter penentu Kualitas Layanan (QoS) dari VoIP adalah :
1. Jitter
• Merupakan variasi delay yang terjadi akibat adanya selisih waktu atau interval antar kedatangan paket di penerima.
• Untuk mengatasi jitter maka paket data yang datang dikumpulkan dulu dalam jitter buffer selama waktu yang telah ditentukan sampai paket dapat diterima pada sisi penerima dengan urutan yang benar.
2. Delay
Waktu yang dibutuhkan untuk mengirimkan data dari sumber (pengirim) ke tujuan (penerima).
Delay maksimum yang direkomendasikan oleh ITU untuk aplikasi suara adalah 150 ms, dan yang masih bisa diterima pengguna adalah 250 ms Beberapa delay yang dapat mengganggu kualitas suara dalam VoIP :
• Propagation delay
- delay yang terjadi akibat transmisi melalui jarak antar pengirim dan penerima
• Serialization delay
- delay pada saat proses peletakan bit ke dalam circuit
• Processing delay
- delay yang terjadi saat proses coding, compression, decompression dan
decoding
• Packetization delay
- delay yang terjadi saat proses paketisasi digital voice sample
• Queuing delay
- delay akibat waktu tunggu paket sampai dilayani
VoIP 41
Delay pada sebuah Jaringan
Input
Queuing Jitter Buffer Codec
Receiver
Codec Packetization Output Queuing
Sender
Uplink
Transmission TransmissionBackbone TransmissionDownlink
Network
3. Echo
• Disebabkan perbedaan impedansi dari jaringan yang menggunakan four-wire dengan two-wire.
• Efek echo adalah suatu efek yang dialami mendengar suara sendiri ketika sedang melakukan percakapan. Jika lebih dari 25 ms dapat menyebabkan terhentinya pembicaraan.
4. Loss packet
Kehilangan paket ketika terjadi peak load dan congestion
(kemacetan transmisi paket akibat padatnya traffic yang harus dilayani) dalam batas waktu tertentu
