IP-puhelinjärjestelmät
18.4.1999

Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto

Teknillinen Korkeakoulu

pkoskine@cc.hut.fi

Tiivistelmä


 
IP-puheluista puhutaan paljon. Tällä hetkellä tarjotaan mahdollisuus soittaa tavallisesta puhelinverkosta Internetin kautta ulkomaanpuheluita. Lisäksi markkinoille on tullut kattava valikoima erilaisia IP-puhelinjärjestelmiin liittyviä laitteita. IP-verkkojen yleistymisen myötä näyttää siltä, että puhelut kannattaa myös siirtää IP-verkkon, jolloin nykyisenlaajuista tavallista puhelinverkkoa ei enää tarvita. IP-puheluissa käytetään puheen siirtämiseksi pakettipohjaista Internet-protokollaa. Sen avulla puhetta voidaan siirtää missä tahansa IP-pohjaisessa dataverkossa.
 
1. Johdanto
IP-puhelut ovat käsite, josta on puhuttu paljon viime aikoina. Ensimmäisenä markkinoille ehtivät IP-ulkomaanpuhelut. Niitä Suomessa tarjoavat ainakin RSLCom, Telia ja Supertel. Ne perustuvat siihen, että asiakas soittaa tavallisella puhelimella yhdyskäytävään, joka toimittaa puhelun kohdemaahan Internetin välityksellä, ja kohdemaassa puhelu yhdistyy yhdyskäytävän kautta takaisin yleiseen puhelinverkkoon.

Puhtaat IP-puhelut, jossa puhelu kulkisi vain IP-verkossa ovat sen sijaan vielä antaneet odottaa itseään. Toki joitakin käyttäjiä, jotka ovat yhteydessä suoraan tietokoneesta tietokoneeseen IP-puheluohjelman kautta löytyy.

IP-puheluiden edullisuus perustuu siihen, että niiden muodostamiseen tarvitaan vähemmän tekniikkaa kuin aikaisemmin. Lisäksi ne hyödyntävät internetin yhteydettömyyttä.

IP-puheluiden markkinoilletulo perustuu IP-pohjaisten verkkojen yleistymiseen. Ne ovat tulleet joka puolelle Internetin myötä. Tämä johtaa siihen, että kaikenlaisia palveluita ruvetaan tarjoamaan niiden yli. Miksi käyttää erillistä puhelinverkkoa, jos joka tapauksessa tarvitaan IP-verkkoa Internet-yhteyttä varten?

Tällä hetkellä markkinoita alkaa löytyä varsin kattava valikoima IP-puhelinjärjestelmien toteuttamiseksi tarvittavia tuotteita. Esimerksi Nokian valikoimista löytyy yhdyskäytäviä, LAN-puhelimia, puhelun käsittelypalvelimia yms.


2. IP-puhelut
 

IP-puhelut perustuvat Internet-protokollaan Sen avulla siirretään puhetta paketteina IP-verkon yli. Tämä tarkoittaa sitä, että IP-puheluita voidaan siirtää periaatteessa missä tahansa dataverkossa, joka käyttää IP:tä, esimerkiksi Internetissä, Intraneteissä tai lähiverkoissa.

Tavallisessa puhelussa muodostetaan 64 kbit/s yhteys jokaista puhelua varten. Tämä kaista on varattuna myös silloin, kun ei puhuta. IP-puhelussa puhe digitoidaan, kompressoidaan ja muunnetaan IP-paketeiksi, jotka kuljetetaan IP-verkon yli jakaen kaista muun IP-liikenteen kanssa. [1]

Nokian IP-järjestelmät pohjautuvat TCP/IP pinoon. Ne rakennetaan TCP/IP:n kuljetuskerroksen päälle ja ne käyttävät joko TCP:tä tai UDP:tä.TCP:tä käytetään niiden tietojen välittämiseen, joiden on ehdottomasti saavuttava perille eli pääasiassa signallointi. Itse puheen välittämiseen käytetään UDP:tä koska ei haittaa vaikka joitakin paketteja hukkuu matkalla.

Kuva 1. Nokia IP Telephony and TCP/IP [2]
IP puhelut jaetaan eri luokkiin sen mukaan mistä mihin soitetaan: phone-to-phone, PC-to-PC, PC-to-phone, phone-to-PC. Phone-to-phone palveluissa ohitetaan Internetin tai jonkun muun IP-verkon avulla esimerkiksi kaukopuhelinverkko, jolloin säästetään puhelinkustannuksissa. PC-to-PC palveluissa ohitetaan koko perinteinen puhelinjärjestelmä ja puheluita siirretään puhtaasti IP-verkon välityksellä suoraan tietokoneesta tietokoneeseen.PC-to-phone ja phone-to-pc palvelut ovat edellämainittujen palveluiden yhdistelmiä. Lisäksi on mahdollista lähettää faxeja IP-puhelinverkon lävitse. IP-puhelut tarjoavat myös mahdollisuuden muodostaa omia IP-puhelinverkkoja. Tällöin voidaan mm. käyttää omaa numerointia.


3. Laitteistot

Ensimmäiset IP-puhelimet hyödyntävät pääasiassa PC:n resursseja. Ne ovat PC:ssä pyörivä ohjelma, joka käyttää äänikorttia, mikrofonia ja kaiuttimia. Varsin toimiva ja helppokäyttöinen on Vocaltecin InternetPhone 4.5. Se tarjoaa puhelimen lisäksi videoneuvottelumahdollisuuden, jos PC:hen liitetään videokamera.

IP-yhdyskäytävien avulla voidaan yhdistää yleinen puhelinverkko ja IP-verkko. Yhdyskäytävä kytketään Internettiin IP-verkon välityksellä. Yleiseen puhelinverkkoon liitytään esimerkiksi ISDN BRI tai PRI-rajapinnalla.

Puhelinvaihteiden korvaajiksi löytyy puhelun prosessointi palvelimia. Ne tuovat perinteisten puhelinvaihteiden ominaisuudet IP-puhelimiin, jotka voivat olla joko lähiverkkoon kytkettäviä erillisiä puhelimia tai PC:n ohjelmallisia puhelimia.
Esimerkikkinä suorituskyvystä voidaan mainita Nokian Call Prosessing Serverin suorituskyky:

Call setup rates: 25 calls/sec.typ.
Busy hour call attempts: 80 000
Simultaneus calls: up to 2000 [3].
Tietoturvan suojaamiseksi on markkinoilla palvelun konrollointi solmuja (Services Control Node). Ne tarjoavat verkkoon turvallisuutta tunnistus, valtuutus ja tilitys (AAA - authentication, authorization and accounting) palveluiden kautta[4]. Lisäksi niiden avulla voidaan tarjota joitakin IN-palveluita IP-puhelinverkossa.

Markkinoille on tullut myös Ethernet puhelimia, eli IP-puhelimia, jotka voidaan kytkeä suoraan lähiverkkoon. Tämä on hyödyllistä, sillä ihmiset tuntuvat haluavan puhelimensa muistuttavan mahdollisimman paljon tavallista puhelinta. Lisäksi löytyy adaptereita, joiden avulla tavallisia puhelimia voidaan kytkeä IP-verkkoon.


Kuva 2. Nokia IP Telephony Pruducts [2]

4. Standardit

Tärkein IP-puhelinjärjestelmiin liittyvä standardi on  ITU-T:n suositusH.323. Se määrittelee päätelaitteet ja muut ilmentymät, jotka tarjoavat multimedia-tietoliikennepalveluita yli pakettipohjaisten verkkojen. H.323 ilmentymät voivat tarjota reaaliaikaista ääntä, videota ja/tai dataliikennettä. Äänen tukeminen on pakollista, kun taas data ja video ovat optionaalisia. Jos niitä tuetaan, tarvitaan kyky käyttää erityistä yhteistä operointitilaa, jotta kaikki kyseistä mediaa tukevat laitteet voisivat toimia toistensa kanssa [5].  H.323 määrittelee myös pakollisen tuen G.711 kodekille (PCM), jota käytetään digitaalisessa puhelinverkossa.
 
5. Sovellusalueet
IP-puheluita ovat ensimmäisinä kerenneet soveltamaan operaattorit, jotka ovat yhdistäneet IP-verkon ja puhelinverkon. Suomessa IP-puheluita tarjoavat RSLCom, Telia ja Supertel. Kaikki ovat toteuttaneet palvelunsa yhdyskäytävän avulla eli tavallisesta puhelinnumerosta soitettaessa puhelu ohjautuu yhdyskäytävän kautta Internettiin. Yhden Maailmalla isoimmista IP-puhelinverkoista on toteuttanut Japanilainen TeleMatrix. Se operoi  75 yhdyskäytävää Japanissa ja 30 muuta kansainvälissten markkinoiden huipulla. Operaattorisopimusten ja yhteiskäyttöjärjestelyiden avulla TeleMatrix jatkaa kansainvälisen verkkonsa laajentamista [6].

IP-puhelut tuovat myös uusia haasteita paikallispuhelumarkkinoille. ISPit ovat ryhmä, joille IP-puhelut tarjoavat uuden markkina-alueen. Ne voivat tarjota nykyisen Internet-liittymän lisäksi helposti puhelupalveluita hankkimalla yhdyskäytävän oman verkkonsa ja puhelinverkon välille.

Yrityksille IP-puhelinjärjestelmät tarjoavat mahdollisuuden muuttaa koko yrityksen sisäisen puhelinverkon rakenne. Erityisesti uudet yritykset voivat panostaa vain lähiverkkoon ja toteuttaa puhelinjärjestelmänsä sen päälle IP:n avulla.


6. Tulevaisuudennäkymät

Seuraavaksi IP-puhelut todennäköisesti yleistyvät pienissä ja keskisuurissa yrityksissä. Samaa Internet-yhteyttä, joka tulee taloon aletaan hyödyntää puheluissa. Lisäksi uusia vaihteita ei enää osteta, vaan IP-vaihteet otetaan käyttöön. IP-vaihteet perustuvat pääasiassa ohjelmistoon ja ovat huomattavasti edullisempia kuin perinteiset vaihteet.

Myös uusissa rakennuksissa on ehkä järkevää rakentaa enää vain lähiverkko. Tähän voidaan sitten kytkeä tarpeen mukaan suoraan IP-puhelimia. Tämä tosin edellyttää sitä, että rakennukseen tulee kiinteä Internet-yhteys. Se voidaan toteuttaa ADSL:n tai WLL:n avulla.

7. Yhteenveto
 

IP-pohjaiset verkot yleistyvät huimaa vauhtia. Siitä johtuen myös IP-puhelut ovat osa tätä päivää. IP-verkkoa käytetään jo nyt esimerkiksi ulkomaanpuheluissa. On vain ajan kysymys milloin ne tulevat uhkaamaan koko tavallista puhelinverkkoa. Yrityksissä kannattaa jo ottaa tämä huomioon esim. uusia puhelinvaihdeinvestointeja suunniteltaessa ja harkita niiden korvaamista IP-vaihteilla. IP-puhelut tarjoavat ISPeille ja uusille operaattoreille hyvän kilpailuedun perinteisiä operaattoreita vastaan.
 

8. Lähdeluettelo
 

[1] Bjarne Munch, IP Telephony - Today/Tomorrow/Ever?, July 1998, <http://www.ericsson.se/ipservices/literature/pdf/whitepaper.pdf>

[2] Nokia IP Telephony, Nokia Architecture White Paper, 23.2.1999, <http://www.nokiaiptel.com/public/architecture.html>

[3] Nokia IP Telephony, Call Processing Server, 1999, <http://www.nokiaiptel.com/public/pdfs/Cps.pdf>

[4] Nokia IP Telephony, Services Control Node, 1999, <http://www.nokiaiptel.com/public/pdfs/Scn.pdf>

[5] ITU-T, Recommendation  H.323 - Packet-based multimedia communications systems, February 1998

[6] TeleMatrix, Expansion - Growth of The Network, 1997, <http://www.telematrix.co.jp/main.html>
 

9. Lisätietoja
<http://www.nokiaiptel.com>
Nokia IP Telephony:n sivut
<http://www.vocaltec.com>
Vocaltecin sivut