ARSITEKTUR VOIP

VoIP 1

VOICE OVER IP(VOIP)

An Introduction

Prima K - PENS

VoIP 2

PREVIEW

Introduction to VoIPSupported Infrastructure : Circuit-Switched vs Packet-SwitchedBasic ArchitectureIP Based Communication ModelVoIP ComponentsVoice PacketizationVoice CODEC on VoIPVoIP Standardization : H 323 and SIPStandardization’s based VoIP ArchitectureQoS issues for VoIP

Prima K - PENS

IP Telephony :Teknologi yang mampu melewatkan trafik teleponi(dalam hal ini trafik suara) melalui jaringan IP.

VoIP disebut juga sebagai teknologi IP Telephony

Mengapa memilih Jaringan Internet ?

Jaringan IP sendiri merupakan jaringan komunikasi data yang berbasis packet-switchedJaringan IP adalah jaringan global, tidak berdasarkan zona

bisa menekan biaya percakapan

Introduction to VoIP

VoIP 3Prima K - PENS

VoIP 4

Infrastruktur Pendukung

Circuit-Switched

• Sebelum ada call, ada pembentukan jalur end-to-end danmembuat dedicated link antar user yang hendak berkomunikasi.

• Dengan menggunakan dedicated circuit, delay yang dihasilkanoleh elemen sinyal (yang dibawa voice) relatif konstan.

• Komponen yang digunakan selama percakapan, tidak dapatdigunakan oleh user lain, sampai percakapan selesai.

• Setiap circuit mempunyai kapasitas tertentu untuk membawasejumlah informasi, untuk suara, informasi berupa speech yang terkodekan

• Dedicated circuit selalu menyediakan jalur, meskipun terdapatkondisi dimana tidak ada informasi yang dilewatkan

kelemahan circuit-switchedPrima K - PENS

VoIP 5

Packet-Switched

• Informasi dipecah-pecah menjadi beberapa paket, kemudianmasing-masing paket ditransmisikan secara independen ketujuan.

• Tidak ada jalur dedicated end-to-end sebelum pentransmisianinformasi.

• Setiap paket berisi informasi tujuan.• Tiap elemen router di jaringan internet akan me-rute kanmasing-masing paket ke elemen router berikutnya hinggasampai tujuan.

• Bisa saja masing-masing paket dengan tujuan yang sama, akan melewati jalur yang berbeda, sehingga sampai di tempattujuan tidak dalam waktu yang sama.

Prima K - PENS

VoIP 6

Arsitektur Dasar VoIP

Prima K - PENS

VoIP 7

Beberapa model komunikasi menggunakan Packet-Switched

1. Internet to internetCall dimulai dari sebuah telepon yang terhubung ke Internet, berakhir kesebuah telepon yang terhubung ke Internet, dan seluruh proses routing berada di jaringan Internet

2. PSTN to internetPemanggil berasal dari PSTN, yang dipanggil merupakan sebuah teleponyang terhubung ke Internet, call melintasi segment PSTN dan Internet

3. PSTN to PSTN via internetBaik pemanggil maupun yang dipanggil berasal dari PSTN. Routing Callmelalui jaringan Internet. Model ini diaplikasikan untuk mendapatkan cost percakapan yang lebih murah, biasanya untuk sambungan internasional.

4. Internet to Internet via PSTNBaik 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:

Pengenalan lokasi tujuanBisa membedakan antara lokasi berupa IP Address, Internet Uniform Resource Identifier (URI), atau phone number

• Device Interoperability:Peralatan VoIP yang diproduksi oleh vendor yang berbeda harus bisasaling interoperability, dengan jalan mengikuti sandardisasi yang sudahditetapkan, dan bekerja pada jenis protokol yang sama

• Interoperability dengan telepon PSTN:Arsitektur VoIP yang dibuat harus support fungsional untuk level protocol translation dan transcoding dataDengan memperhatikan fungsionalitas ini, call dari jaringan IP dapatdi-forwardkan ke dan dari jaringan PSTN

• Session-level Control:Meliputi : session-level otorisasi, otentifikasi, user billing, dll


• Fungsi-fungsi level Media:

• Interoperability antar Komponen:Semua komponen dalam sebuah arsitektur VoIP harus bisa interoperasidengan menggunakan protokol standart (H323/SIP).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

Layanan voice over data yang dilewatkan protocol media transport, seperti RTP.Terdiri dari bermacam-macam pemrosesan level media yang digunakan untuk percampuran call dengan tujuan untuk konferensimultiparty, transcoding yang memungkinkan transportasi melaluibeberapa jenis jaringan


VoIP 10

Komponen Fungsional VoIP1. Voice Calling Device

Peralatan untuk membangkitkan dan menerima call.

- IP TelephoneMerupakan peralatan berbentuk telepon yang terhubung langsung kejaringan internetMempunyai built-in software yang bisa berkomunikasi denganperlatan VoIP lain di jaringan Internet, dan protokol yang bisamengirim paket data voiceTerhubung ke jaringan menggunakan jack RJ-45 atau wifi VoIP Phone yang terhubung dengan jaringan wireless IEEE 802.11

- Softphone

Merupakan software yang mengimplementasikan fungsi-fungsi teleponBisa dipasang di PC atau PDADengan softphone, user VoIP tidak perlu lagimenambahi peralatan telepon di jaringannya.

Prima K - PENS

VoIP 11

- Telepon AnalogPeralatan telepon analog yang terhubung ke PSTN

- Analog Telephone Adapter (ATA)

Peralatan yang digunakan jika sebuah pesawat telepon analog akandihubungkan langsung ke jaringan internetPeralatan ini mentranslasikan bentuk informasi digital dari jaringaninternet ke dalam bentuk informasi analog yang diterima pesawattelepon atau sebaliknya

2. GatewaySebagai pembatas dari dua jaringan yang berbeda, dan bertugas membantuagar kedua jaringan tersebut dapat saling berkomunikasiTerdiri dari dua komponen utama :(a)Gateway Controller

- mentranslasikan sebuah informasi ke dalam format yang dapat dimengertioleh masing-masing jaringan

- mentranslasikan SIP signaling di jaringan Internet ke SS7 signaling dijaringan PSTN atau sebaliknya

(b)Media Gateway- melakukan transcoding dari packet-based di jaringan IP ke dalam bentuk frame-

frame TDM di PSTN atau sebaliknya

VoIP 12

3. Media ServerMemproses 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. Media ini bisa diintegrasikan bersama gateway

4. Session control serverMenyediakan fungsi-fungsi level sesi, seperti otentikasi, otorisasi danperijinan panggilan.Me-rutekan dan mem-forward panggilan ke jaringan atau service provider yang lain.Meyediakan layanan caller IP, call waiting dan dapat berinteraksidengan server aplikasi.Merupakan komponen optional pada arsitektur VoIP, bisa menjadi salahsatu bagian dari gateway controller.Juga bisa dianggap sebagai SIP erver atau call agent

Prima K - PENS

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

DecoderInternet

(b) Pemrosesan Suara di dalam VoIPPrima K - PENS

VoIP 14

Urutan Pemaketan Suara melalui Jaringan IP :

1. Data suara digital (digital speech) diproses menjadi unit-unit yang disebut frame, dimana masing-masing frame berisisebagian sinyal suara dalam durasi waktu tertentu.

2. Frame-frame ini kemudian disisipkan ke dalam paket-paket IP, yang berisi informasi-informasi tambahan (overhead) sepertijumlah urutan paket, IP address, dan timestamps, yang semuanya diperlukan untuk memudahkan pentransmisianpaket 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, didekodekan sesuai urutan dan dimainkan.

Prima K - PENS

VoIP 15

VoIP CODEC

Tujuan : mengkonversikan sinyal suara input menjadi bentuk digital, mentransmisikansinyal tersebut ke penerima dan merekonstruksi sinyal suara asli untukdidengar oleh penerima

Proses konversi suara ke bentuk sinyal digital

1. Voice SamplingCodec men-sampel gelombang suara dalam interval waktu tertentu danmemberikan nilai pada setiap sampel-nya.Interval waktu : 8000 siklus/det (frek. Sampling 8 kHz) atau 16000 siklus/det(frek. Sampling 16 kHz)

2. KuantisasiMengubah nilai sampel menjadi bentuk diskrit agar bisa direpresentasikandalam bit-bit

Prima K - PENS

VoIP 16

3. CodingSampel-sampel diakumulasikan dalam periode waktu tertentu, dikodekanmenjadi kelompok bit-bit yang dinamakan frame.Pada proses coding ini dilakukan kompresi informasi agar didapat jumlahbit yang minimal dalam setiap sampel suaraProses 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

Prima K - PENS

VoIP 17

Waveform codecsPrinsip dasar dari speech coding, dimana input sinyal speech (suara) dikonversikan ke dalam bentuk sinyal digital, kemudian dipaketkan.Menghasilkan sinyal ter-rekonstruksi di sisi terima yang semirip mungkindengan sinyal aslinya, berdasarkan pengaturan kebutuhan bandwidth

Jenis Waveform codecs :

1. PCM (Pulse Code Modulation)Sampel sinyal suara diambil dengan kecepatan 8000 sampel/det, dengandengan kuantiser linear atau logarithmic 8 bit per sampel menghasilkankecepatan bit 64 kbps.Dikenal jenis kompresi standard µ-law di Amerika dan A-law untuk Eropa

2. Diferential PCMDiciptakan untuk memperbaiki efisiensi PCMMemprediksi nilai sampel berikutnya berdasarkan sampel sebelumnyaADPCM, distandarisasi CCITT, dengan codec 32 kbps, punya kualitasyang hampir sama dengan PCM 64 kbps

Prima K - PENS

VoIP 18

Source CodingMenerapkan model-based dari sinyal suaraMengirimkan parameter-parameter pemodelan sebagai pegganti bentukgelombang yang sesungguhnya.Di sisi terima, receiver membangun kembali bentuk gelombang asli sesuaiparameter yang diterimaCodec yang menggunakan source coding dinamakan Vocoder.Contoh : Linear Predictive Coding (LPC), yang beroperasi dengankecepatan bit hanya 2,4 kbps

Hybrid CodingMenjembatani perbedaan antara waveform dan source coding Suara input dijadikan frame, dengan panjang 20 ms. Setiap frame mempunyai parameter untuk proses sintesa filter yang menghasilkan eksitasi sinyal.Eksitasi sinyal diperlukan untuk meminimisasi error antara sinyal aslidengan sinyal hasil rekonstruksiContoh : Multi-Pulse Excited (MPE) dan Regular Pulse Excited (RPE)(merupakan codec GSM dengan kecepatan bit 10 kBps)

VoIP 19

Narrowband Codecs

ITU-T men-standardisasi codec untuk band sempit (narrow band) dalam seriG.711 dan G.72x

Codec PCM-based G.711beroperasi pada 64 Kb/s (standard), 56 Kb/s and 48 Kb/s (non-standard).

Codec ADPCM-based G.721beroperasi pada at 32 kb/syang terbaru, rekomendasi G.726 and G.727 beroperasi pada 40, 32, 24 dan16 kbps

Codec RPE-based GSM GSM full rate speech codec beroperasi pada 13 kbps dan menggunakancodec RPE

Prima K - PENS

VoIP 20

Perbandingan Voice Codec

Prima K - PENS

VoIP 21

Standarisasi VoIP

Pada tahun 1996, ITU-T Study Group 16 memperkenalkanH.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 standarisasiSession Initiation Protocol (SIP), untuk pensinyalan lanjutandan fungsionalitas control untuk servis-servis multimedia cakupan luas

Prima K - PENS

VoIP 22

H.323

Standart ini men-support ITU G.711 and G.723 untuk standartaudio, juga men-support spesifikasi yang dihasilkan IETF untukmengontrol aliran audio guna perbaikan kualitas suara.

Berlaku sebagai “payung” dari sekumpulan standart-standart untukmendefiniskan komunikasi multimedia real-time untuk jaringanberbasis paket (packet-based network)

H.323 meng-kodekan message-nya dalam format biner, Format biner ini akan dikodekan dan didekodekan oleh mesin, sehinggalebih efisien untuk dilewatkan pada jaringan narrowband maupunbroadband.

Aplikasi H.323 adalah Microsoft Netmeeting 3.0 dan Netscape Conference

Prima K - PENS

VoIP 23

Arsitektur VoIP berbasis standard

Konfigurasi H323

Prima K - PENS

VoIP 24

TerminalDigunakan untuk komunikasi multimedia real time dua arahMengimplementasikan fungsi transmisi suara, terdiridari paling sedikit sebuah voice CODEC (Compressor/Decompressor) untuk mengirim dan menerima paket suara.Men-support fungsi pensinyalan untuk call setupContoh :

- PC yang menggunakan software Microsoft Netmeeting- IP Phone- Video Phone- Analog Terminal Adapter (ATA)

GatekeeperMe-manage sebuah zone yang terdiri dari terminal-terminal H323Menyediakan fungsi-fungsi seperti pengalamatan, otorisasi dan validasiterminal dan gateway, manajemen bandwidth, akuntansi, billing dan charging. Menyediakan fungsi servis call-routing. Tempat registrasi User / client sebelum on line. Menyediakan ruting pengalamatan, yang mengubah nomor-nomor telepon danalamat alias ke alamat jaringan.

VoIP 25

Gateway

Melakukan interoperabilitas dengan menghubungkan dua jaringan yang berbedayaitu antara jaringan H.323 dan jaringan non H.323 (mis: PSTN, ISDN)Dalam menghubungkan dua bentuk jaringan yang berbeda dilakukan denganmenterjemahkan protokol-protokol untuk call setup dan release serta mengirimkaninformasi antara jaringan yang terhubung dengan gateway. Gateway tidak dibutuhkan untuk komunikasi antara dua terminal H.323.

MCU (Multi-point Control Unit) Digunakan untuk layanan konferensi tiga terminal H.323 atau lebih. Semua terminal yang ingin berpartisipasi dalam konferensi dapat membangunhubungan dengan MCU yang mengatur bahan-bahan untuk konferensi, negosiasi antara terminal-terminal untuk memastikan audio atau video coder/decoder (CODEC). Terdiri dari sebuah Multipoint Controller (MC) dan beberapa Multipoint Processor (MP).MC untuk pensinyalan antar terminal yang melakukan konferensiMP untuk mixing, switching, processing audio, video, data

Prima K - PENS

VoIP 26

Session Innitiate Protocol (SIP)

SIP didisain untuk men-setup “sesi” antara dua titik dan menjadikomponen yang fleksibel dalam arsitektur internet.

SIP mempunyai konsep longgar terhadap sebuah call (yang menjadi“sesi” dalam media stream), SIP tidak support untuk mutimediaconference.

SIP butuh standart-standart berbeda untuk mengintegrasikanperalatan dengan vendor yang berbeda. Sehingga untuk membangunkomunikasi berbasis “sesi” ini diperlukan beberapa jenis protokolpenunjang.

SIP mengkodekan message-nya dalam format text ASCII, bisa dibacaoleh manusia, namun konsekuensinya, ukuran message menjadibesar dan tidak cocok untuk jaringan yang memperhatikan urusanbandwidth, delay dan processing.

Prima K - PENS

VoIP 27

Konfigurasi SIP

Packet-Based Nework

SIP User Agent(at home)

SIP Gateway

SIP RegistrarLocation Server


SIP Redirect/ Proxy Server

Domain A

SIP User Agent(visiting from A)

SIP Gateway

SIP Registrar Location Server


SIP Redirect/ Proxy Server

Domain B

H323 Network

PSTN Network

Prima K - PENS

VoIP 28

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 SIPSebagai Server, UA menerima panggilan dan me-respon request SIP yang dibuat oleh clientUA merupakan bagian dari terminal multimedia yang memilikikemampuan mengatur multimedianya sendiri, tidak perlu bantuanperalatan lain

Registrar Server☼ SIP server yang menerima permintaan registrasi dari user agent. ☼ Registrar server tidak pernah mem-forward permintaan (request)

Location ServerServer yang memberikan informasi ke proxy / redirect server tentanglokasi terkini dari sebuah user.Biasanya merupakan bagian dari proxy / redirect servers.

Prima K - PENS

VoIP 29

Redirect ServerSIP 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 jugatidak melakukan inisialisasi apapun.

Proxy ServerSIP server yang bertindak sebagai server ke user agent dengan mem-forward SIP request, atau bertindak sebagai client ke SIP server denganmengirim request ke server

Prima K - PENS

VoIP 30

Cara kerja VoIP berbasis SIP

Prima K - PENS

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 berupaSQL, LDAP dll.

3. Directory service akan memberikan jawaban kepada proxy server tentanglokasi 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.

Prima K - PENS

VoIP 36

Protokol Penunjang VoIP

Application layerFungsi utama lapisan ini adalah dalam perpindahan file, untuk mengatasiketidak kompatibelan sistim yang berbeda. Protokol ini berhubungan dengan aplikasi, misal HTTP (Hypertext Transfer Protocol) untuk web, FTP(File Transfer Protocol) untuk perpindahan file, danTELNET untuk terminal virtual jarak jauh.

Prima K - PENS

VoIP 37

TCP (Transmission Control Protocol)TCP merupakan protokol yang connection-oriented , menjaga reliabilitashubungan komunikasi end-to-end. Cara kerja TCP adalah mengirim dan menerima segment – segment informasidengan panjang data bervariasi pada suatu datagram internet. Dalam hubungan VoIP, TCP digunakan pada saat signaling, untuk menjaminsetup suatu call pada sesi signaling. TCP tidak digunakan dalam pengiriman data suara pada VoIP karenapada suatu komunikasi data VoIP penanganan data yang mengalamiketerlambatan lebih penting daripada penanganan paket yang hilang.

Internet Protocol (IP)Internet Protocol didesain untuk interkoneksi sistem komunikasi komputerpada jaringan paket-switched.Pada jaringan TCP/IP, sebuah komputer diidentifikasi dengan alamat IP. Tiap-tiapkomputer memiliki alamat IP yang unik, masing-masing berbeda satu samalainnya. Hal ini dilakukan untuk mencegah kesalahan pada transfer data. Protokol IP bertugas untuk menangani pendeteksian kesalahan pada saattransfer data.

VoIP 38

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

Prima K - PENS

VoIP 39

Issue QoS pada VoIPAlasan-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 sampaipaket dapat diterima pada sisi penerima dengan urutan yang benar.

Prima K - PENS

VoIP 40

2. Delay

Waktu yang dibutuhkan untuk mengirimkan data dari sumber (pengirim)ke tujuan (penerima).Delay maksimum yang direkomendasikan oleh ITU untuk aplikasi suaraadalah 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 dandecoding

• Packetization delay - delay yang terjadi saat proses paketisasi digital voice sample

• Queuing delay - delay akibat waktu tunggu paket sampai dilayani

• Jitter buffer - delay akibat adanya buffer untuk mengatasi jitter

VoIP 41

Delay pada sebuah Jaringan

Input Queuing Jitter Buffer Codec

Receiver

Codec Packetization OutputQueuing

Sender

Uplink Transmission

Backbone Transmission

Downlink Transmission

Network

Prima K - PENS

VoIP 42

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 dapatmenyebabkan terhentinya pembicaraan.

4. Loss packetKehilangan paket ketika terjadi peak load dan congestion (kemacetan transmisi paket akibat padatnya traffic yang harusdilayani) dalam batas waktu tertentu

Prima K - PENS

ARSITEKTUR VOIP

Documents

Transcript of ARSITEKTUR VOIP