1 Bant Genişliği ve Paketler

VoIP'yi anlamak için, öncelikle ağ teknolojisi üzerine yoğun bir kılavuza ihtiyacımız olacak. Burada, ağların nasıl çalıştığına kısaca değineceğiz.

Bilgisayarınızda bir doküman yarattığınızda, aslında onunla beraber büyük bir bilgisayar kodu da üretmiş oluyorsunuz. Eğer bu dokümanı bir ağ kablosu ve bir telefon hattı üzerinden başka bir bilgisayara göndermek istiyorsanız, bu, hat üzerinde gerçekten büyük bir bant genisligi kullanir.

Mühendisler, böyle büyük dosyaların gönderilmesini basitleştirmek için, paket anahtarlama teknolojisini geliştirdiler. Aslında bu büyük veri dosyaları, dizi halinde gönderilen parçalara veya paketlere bölünmüştür, bunların her biri gidecekleri bilgisayarın adresini taşırlar. Bu paket dizisi, alıcı bilgisayarda orijinal dokümanı oluşturacak şekilde yeniden birleştiriliyor.

Bu işlem büyük bir taşı yeterince büyük bir kanaldan itmeye çalışmak gibidir. İki işi karşılaştırırsak, teknolojinin dosyayı bir dizi koda bölerek sorunu çözmesi, taşi küçük parçalara bölmek gibidir. Bir veri ağından bir dosyanın gönderilme süresini belirleyen faktör, bant genişliğidir. Bu terim, veriyi taşıyan kablonun kapasitesini açıklamak için ağ mühendisleri tarafından kullanılır. Daha büyük dokümanı taşımak için daha fazla bant genişliği gerekir. Herkese açık, sürekli kullanılan büyük bir veri ağını düşünürseniz, veri ile tıka basa doldurulmuş bant genisliginin oluşturduğu bir ağın resmini kolaylıkla gözünüzün önüne getirebilirsiniz. Bununla birlikte bu tıkanıklık VoIP açısından iyi bir şey değildir. Gecikmelere neden olur, yukarda da bahsedildiği gibi denizcilikte kullanılan telsiz haberleşmesine benzer bir iletişim ortaya çıkarır.

Bu teknoloji oldukça usta işi bir çözümdür. Her bir dokümanın sırayla iletilmesi yerine, teknoloji bütün kodu paketlere böler ve herbirine öncelik seviyesi vererek onları dizi halinde taşır. Ses paketleri daha önceliklidir, veri ise standart bir önceliğe sahiptir. Bütün paketler dizi halinde birbirini izlerler, onları hedeflerine ulaştıracak bağlantı noktalarına geldiklerinde ise kollara ayrılırlar. Alıcı bilgisayar, dokümanı oluşturacak olan bütün paketleri toplar ve dokümanı yeniden yaratır.

Burda önemli nokta şudur, sistemin her bir dosyaya ilişkin parçayı ayırıp diğer tarafta dosyayı yeniden oluşturmak gibi bir yeteneğe sahip olması. Bu şekilde, bütün boyutlardaki ve formatlardaki binlerce hatta milyonlarca bilgisayar dosyası, bir ağ üzerinden aynı anda taşınabilirler. Paketler halinde sesin de (en yüksek önceliğe sahip olarak) taşınması özelliğiyle, şimdi ses ve veriyi aynı QoS özellikli ağ üzerinde taşıyabilmekteyiz.

2 VoIP ve QoS (Quality of Service) Bağlantısı

Paket ağları üzerinden ses taşımanın düşük maliyet ve bant genişliği tasarrufu her paket ağına göre QoS yayınlarıyla birleştirilmiştir.

2.1Delay (Gecikme)

Gecikme iki probleme sebep olur: yankı ve konuşmaların üstüste binmesi. Yankı, uzak uçtan konuşan kişinin ses sinyallerinin yansıyarak yine kendisine dönmesine sebep olur. Yankı gidiş-dönüş gecikmesinin 50 milisaniyeden fazla olması durumunda önemli sorunlara yol açar. Eğer yankı önemli bir kalite problemi olarak algılanırsa paket ağları üzerinden ses taşıma sistemlerinin yankı kontrolü (echo control) ve bir anlamda yankı iptaline (echo cancellation) ihtiyacı vardır. Konuşmanın üstüste binmesi (ya da bir konuşmacının diğeri konuşurken araya girmesi), tek yönlü gecikmenin 250 milisaniyeden uzun olduğunda önemli hale gelir. Bu yüzden uçtan-uca gecikme paket ağların üzerinde en büyük tehdit ve gecikmeyi azaltmak için bir gereklilik durumuna gelir. Takip eden kısımda uçtan-uca paket üzerinden ses taşımasındaki gecikmelerin kaynakları anlatılmıştır:

Gecikmeyi engellemek için standart-tabanlı çalışmalar:

· Paket önceliklendirme

· Kaynak Rezervasyonu(Bandın rezerve edilmesi)

· Paket Parçalama

· Gecikmeye duyarlı bağlantılar için Pos Çalışması

· Paket kayıbını engelleyebilmek için transfer yolunda sabit band ayrımı

· Uçtan uca gecikmedeki değişkenliğin azaltılması(Jitter)

· Uçtan uca gecikmenin azaltılması

2.2 Biriktirme Gecikmesi - Accumulation Delay (Bazen Algoritmik gecikme diye de adlandırılır) Bu gecikme ses kodlayıcısı tarafından ses örnekleri içeren çerçevelerin (frames) biriktirilmesinden kaynaklanır. Ses kodlayıcısının tipine ve tek bir örnek zamandan (.125 mikrosaniye) çok milisaniyeyle bağlantılıdır. Aşağıda ses kodlayıcılar ve çerçeve zamanları gösterilmiştir:

G.726 adaptive differential pulse-code modulation (ADPCM) (16, 24, 32, 40kbps) - 0.125 mikrosaniye G.728 LD-code excited linear prediction (CELP) (16 kbps) - 2.5 milisaniye G.729 CS-ACELP (8 kbps) - 10 milisaniye G.723.1 Multirate Coder (5.3, 6.3 kbps) - 30 milisaniye

4.2.3 Süreç Gecikmesi Bu gecikme, normal kodlama süreci ve kodlanmış örneklerin pakete çevrilerek paket ağları üzerinden geçirilmesi sonucunda oluşur. Kodlama gecikmesi, kullanılan işlemci yürütme zamanı ve algoritmanın fonksiyonudur. Paket ağlarının bant genişliğinin fazla kullanılmaması için sık sık birden fazla ses-kodu çerçevesi bir pakette birleştirilir. Örneğin 3 adet G.729 kod kelimesi, 30 milisaniyelik bir konuşmaya karşılık gelir, belki de birleştirilerek ve paketlenerek bir adet paket haline getirilir.

2.4 Ağ Gecikmesi Bu gecikme fiziksel ortamdan, ses verilerini geçirmek için kullanılan kurallardan ve alıcı tarafında paket stresini kaldırmak için kullanılan tamponlardan kaynaklanır. Ağ gecikmesi, ağdaki bağlantıların kapasitesinin ve ağ üzerinden geçirilen paketler üzerinde yapılan işlemlerin bir fonksiyonudur. Paket ağından geçen her paketin, paket-gecikme değişiminin ortadan kaldırılması için maruz kaldığı stres tamponları gecikme ekler. Bazı frame relay ve IP ağlarında paket-gecikmesi değişimi 70 ila 100 milisaniye civarına eriştiğinde bu gecikme tüm gecikmeler içinde önemli bir yer alır.

2.5Stress (Jitter)

Gecikme problemi, stresin, paketlerin geçtiği ağ yüzünden ortaya çıkan değişken iç paket zamanlaması, kaldırılması gereksinimiyle birleşir. Stresi kaldırmak için paketlerin biriktirilmesi ve bu paketlerin yeteri kadar süre tutularak yavaş paketlerin de gelip dinleyiciye doğru sırada çalınması gerekir. Bu ek gecikmeye sebep olur. İki zıt amaç olan gecikmeyi en aza indirme ve stresi kaldırma üzerine ağdaki stresin kaldırılması için stres tampon boyutunun, zaman değişimi gereksinimine uydurulması için çeşitli yaklaşımlar ortaya çıkmıştır. Bu adaptasyon stres tamponunun boyutunu ve gecikmesini en aza indirmek için açık bir amaçtır ve aynı zamanda stres yüzünden oluşan tamponun akışının düşük kalmasını engeller.

Stres tampon boyutunu adapte etmek için iki yaklaşım aşağıda detaylandırılmıştır. Seçilecek olan yaklaşım paketlerin geçtiği ağa göre olmalıdır. Birinci yaklaşım, stres tamponundaki paket seviyesi değişimi belirli bir zaman periyodunda ölçülerek, tampon boyutu yükseltilerek hesaplanan strese uydurulur. Bu yaklaşım en iyi ATM ağları gibi istikrarlı bir stres oluşturan ağlarda çalışır. İkinci yaklaşımda geç gelen paket sayılarını belirledikten sonra bu paketlerin başarıyla işlenmiş paketlere oranı oluşturulur. Bu oran daha sonra stres tamponunu, daha önceden belirlenmiş, mazur görülebilecek geç gelen paket oranına uydurmak için kullanılır. Bu yaklaşım daha çok paket içgeliş değişkenliği yüksek olan IP ağlarında kullanılır. Anlatılan tekniklerin yanı sıra, tutarlı bir QoS kullanılarak da en az gecikme ve stres ile karşılaşılabilir.

2.6 Kayıp-Paket Telafisi

Kullanılan paket ağı ile bağlantılı olarak paket kayıpları çok daha önemli bir sorun olabilir. IP ağları servis garantisi veremedikleri için ATM ağlarından çok daha fazla oranda kayıp ses paketine sebep olurlar. Şu anki IP ağları bütün ses çerçevelerine veri çerçeveleriymiş gibi davranırlar. Bant genişliği yüklenmeleri ve tıkanıklık şartlarında ses çerçeveleri, veri çerçeveleriyle aynı oranda iptal edilirler. Fakat veri çerçeveleri zaman-duyarlı değildirler ve iptal edilen paketler yeniden transfer edilerek düzeltilebilirler. Kayıp ses paketleri ise bu şekilde düzeltilemez.

Bazı paket üzerinden ses taşıma yazılımları kayıp paket sorununu çözmek için aşağıdaki gibi davranırlar:

Kayıp ses paketinin bulunması gereken yerde son paketi tekrarlayarak kayıp paket için iç değerlendirme yapar. Bu yaklaşım sürekli olmayan konuşmalar içindeki boşlukları doldurmak için çok basit bir metottur, sık olmayan kayıp çerçeve oranları için iyi çalışır, fakat bir satırda birden fazla paket kaybı varsa ya da bir paket kayıpları çok fazlaysa işe yaramaz. Bant genişliği harcamasını arttırmak koşulu ile yedek bilgi yollanması; bu temel yaklaşım n'inci ses paketini (n+1)'inci ses paketi olarak da yollar. Bu metodun avantajı kayıp ses paketini tamamıyla düzeltmesidir, ancak bu yaklaşım daha fazla bant genişliği kullanır ve daha fazla gecikme yaratır. Melez bir yaklaşımla daha az bant genişliğinde bir ses kodlayıcısı kullanılarak yine (n+1)'inci yedekleme paketini yollamak; bu fazladan kullanılan bant genişliğini azaltır ama gecikme problemine çözüm olmaz.

2.7 Yankı Telafisi

Telefon ağındaki yankı, 4-telli devreler ve 2 telli devreleri birbirine çeviren melez devrelerdeki sinyal yansımalarından kaynaklanır. Bu yansımalar konuşan kullanıcının kendi sesini duymasına sebep olur. Yankı, geleneksel devre-anahtarlı telefon ağlarında bile bulunmaktadır. Fakat dolaşım süresi 50 milisaniyeden az olduğu için ve yankının her telefon cihazında çıkan çevre sesiyle maskelenmesinden ötürü bu gürültü kabul edilebilir boyuttadır. Yankı, paket üzerinden ses taşıma sistemlerinde dolaşım süresi hemen hemen her ağda 50 milisaniyeden fazla olduğu için problem yaratır. Bu nedenle her zaman yankı iptal etme teknikleri kullanılır. Yankı iptalleme yazılımları için ITU standartlarında G.165 performans gereksinimlerini açıklar. ITU, G.IEC şartnamesi, performans gereksinimleri için daha katı kurallar açıklar. Yankı telefon ağından paket ağına doğru yaratılır. Yankı iptalleyicisi paket ağından gelen ve giden ses verisini karşılaştırır. Melez telefon ağından, paket ağına geçen yolda yankı sayısal bir filtreyle kaldırılır.