Hauptseminar

am Fachgebiet Kommunikationsnetze

Thema der Hauptseminararbeit

QoS für VoIP

vorgelegt von: Steven Simon

Matrikel:

Studiengang: Ingenieurinformatik

vorgelegt am: 31.01.2008

verantwortlicher Professor: Prof. Dr. Jochen Seitz

verantwortlicher Betreuer: Dipl.-Ing. Yevgeniy Yeryomin

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Definition der Quality of Service für Telefon- und VoIP-Systeme

3 Resultierende Quality of Service Anforderungen an VoIP-Systeme

4 Quality of Service Einsatz in traditionellen Transportnetzen

4.1 TCP/IP

4.1.1 IntServ

4.1.2 DiffServ

4.2 ATM

4.3 MPLS

4.4 WLAN

5 Portierung auf VoIP

5.1 Aktuelle Möglichkeiten

5.2 Call Admission Control

5.3 Quality of Service Unterstützung der Internet Service Provider

5.4 Fazit

6 Ausblick

7 Zusammenfassung

8 Abbildungsverzeichnis

9 Abkürzungsverzeichnis

10 Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Voice over Internet Protocol (VoIP) steht für die Übertragung von Sprache über das Internet

mit Hilfe des paketvermittelten Internet Protokolls (IP). Diese Technologie besteht schon seit

ca. Mitte der 1990er Jahre [1] und hat sich auf dem rasant wachsendem Markt der

Telekommunikationsbranche etabliert und gefestigt. Wie Abbildung 1 zeigt, setzen, laut

Expertenmeinungen, derzeit ca. 42% aller mittleren und größeren Unternehmen VoIP ein. Für

das Jahr 2011 wird nahezu mit einer Verdopplung auf 83% gerechnet.

Hier wird deutlich, dass die digitalisierte Sprachkommunikation über das Internet auf lange

Sicht die Telefonsysteme, wie sie bisher bestehen, ablösen wird.

Abbildung 1: Erwartetes Datum der vollständigen Migration zu VoIP in Europa [13]

Dabei ist zu beachten, dass der Endverbraucher hohe Erwartungen an den neuen Dienst stellt,

da er als Referenz das "gute alte Telefonsystem" kennt. Dieses zeichnet sich sowohl durch die

vom Anbieter erklärte hohe Verfügbarkeitsgarantie, die angebotenen Zusatzdienste wie

Klopfen, Halten, Konferenzschaltung etc. und vor allem durch die gering gehaltenen

Verzögerungen in der Übertragung der Sprache aus. Um die Wünsche der Kunden zu

befriedigen, werden mittels gezielter Quality of Service (QoS) oder auch Dienstgüte-

Strategien genannt, besondere Anforderungen an das im Hintergrund liegende Datennetz

gestellt. Erst durch die Berücksichtigung von QoS-Richtlinien ist ein zufriedenstellender VoIP

Dienst, sowohl für große Internet Provider als auch für Drittanwendungen, möglich.

Ziel dieser Arbeit ist es, die modernen Informationsnetze und Techniken wie TCP/IP, MPLS,

ATM bezüglich QoS zu untersuchen, einen Überblick über die derzeit eingesetzten

Anforderungen und Festlegungen für VoIP zu geben und am Ende ein Fazit über QoS für

VoIP zu ziehen.

2. Definition der Quality of Service für Telefon- und VoIP-

Systeme

Das Internet ist bekanntlich ein Netzwerk, das sich aus vielen verschiedenen autonomen

Netzwerken zusammen setzt. Um innerhalb dieser Technologievielfalt ein gleich bleibendes,

nach Möglichkeit hohes Maß an Dienstgüte zu garantieren, hat das internationale

Standardisierungsorgan ITU-T in der Recommendation E.800 Quality of Service

folgendermaßen definiert:

"The collective effect of service performance which determine the degree of

satisfaction of a user of the service."[2]

Welche Faktoren für den Nutzer von Bedeutung sind, um Zufriedenheit mit der Dienstgüte

des Netzwerkes zu erlangen, wird in der Recommendation E.600 der ITU-T beschrieben.

"Any performance variable (such as congestion, delay, etc.) which is

perceivable by a user."[3]

Das bedeutet also, dass unter QoS die erreichte Dienstgüte verstanden wird, die je nach

einzelner Session über mehrere bestimmte Messwerte (garantierte Bandbreite, Verzögerung,

Jitter, Bandbreitenschwankungen, Prioritäten) definiert wird. Daneben werden zur QoS auch

noch Verfügbarkeit, Sicherheit, Fehlertoleranz, Effizienz und Redundanz hinzugezogen. [4; S.

32]

Die Formulierungen der Rec. E.600 und der Rec. E.800 werden so jedoch zumeist nicht im

Netzwerk umgesetzt bzw. sind nicht umsetzbar. So hat die ITU-T in der Recommendation

Y.1541 (siehe Tabelle 1) eine Klasseneinteilung eingeführt, die in diverser Literatur auch

unter dem Begriff Class of Service (CoS) gebräuchlich ist. [5; S. 3 & S. 24]

Die CoS beschreibt das Zusammenfassen von "irgendwie" gleichartiger Datenströme zu einer

gemeinsamen Klasse, die dann eine gemeinsame Dienstgüte erhält. [4; S. 32] Es muss also

eine Unterscheidung zwischen Quality of Service und Class of Service erfolgen.

Network

Performance

Quality of Service Klasseneinteilung nach ITU-T Rec. Y.1541

Class 0 Class 1 Class 2 Class 3 Class 4 Class 5

Parameter

IPTV 100 ms 400 ms 100 ms 400 ms 1 s U

IPDV 50 ms 50 ms U U U U

IPLR

U

IPER

U

mögliche

Einsatzgebiete

Real-time,

jitter

sensitive,

high

interaction

(z.B. für

VoIP,

VTC)

Real-time,

jitter

sensitive,

interactive

(z.B. für

VoIP,

VTC)

Transaction

data, highly

interactive

(Signalling)

Transaction

data,

interactive

Low loss

only

(short

transactions,

bulk data,

video

streaming)

Traditional

applications

of default

IP networks

(Best-

Effort)

Tabelle 1: Class of Service nach ITU-T Rec. Y.1541

Ersichtlich wird, dass die Beurteilung der Dienstgüte nicht nur auf empirischen Daten beruht,

sondern auch sehr stark von den subjektiven Eindrücken der Benutzer abhängt.

Abbildung 2: Modell der Benutzerzufriedenheit nach ITU-T Rec. G114 [15]

Aus diesem Grund beschreibt die von der ITU-T herausgebende Recommendation G.114 ein

Modell, mit dessen Hilfe die Zufriedenheit der Benutzer in Abhängigkeit des Ende-zu-Ende

Delays bei der Benutzung von VoIP Diensten ermittelt werden kann. Dabei gibt die Ordinate

nach dem E-Modell definiert in der Recommendation G.107 die Transmission Rating (R) und

die Abszisse das vom Benutzer empfundene Delay der Sprache vom Mund des Einen zum

Ohr des Anderen an.

R kann dabei in verschiedene Bewertungsfunktionen umgerechnet werden, wie die häufig

auch verwendete Mean Opinion Score (MOS).

3. Resultierende Quality of Service Anforderungen an

VoIP-Systeme

Wie bereits im Kapitel 1 angesprochen, ist der Endverbraucher von dem heutigen

digitalisierten Festnetz ein hohes Maß an Qualität gewöhnt, sodass diese gestellten

Anforderungen auf das VoIP-Netz umgelegt werden müssen, um eine möglichst hohe

Marktakzeptanz zu erzielen.

Drei Größen spielen dabei eine bedeutende Rolle und können sich auf die Sprachqualität

schädigend auswirken:

Mittlere Ende-zu-Ende Delay: beschreibt die Zeit, die Daten brauchen, um von einem

Punkt des Übertragungskanals zum anderen zu gelangen. Die Laufzeit ist abhängig

vom verwendeten Medium und der eingesetzten Technologie, die die Daten passieren

müssen.

Jitter: Schwankt die Laufzeit der übertragenen Datenpakete, so spricht man von Jitter.

Paketverlust: Aufgrund von Netzauslastungen, daraus resultierenden Warteschlangen

innerhalb der Netzknoten oder Störeinflüssen auf das Medium, kann es dazu kommen,

dass Pakete verworfen werden.

[6; S. 163]

Abbildung 3: Schematische Darstellung der

Abhängigkeit der QoS Parameter zu den

Verkehrflüssen nach [17] und [18]

Diese drei Parameter sind untereinander streng korreliert und unter Berücksichtigung

vorhandener Kapazitäten auch nur begrenzt variierbar.

Abbildung 3 verdeutlicht, dass bei ansteigender Netzlast zunächst Auswirkungen auf das

Delay festzustellen sind und bei weiterem Anstieg ein Verlust von Datenpaketen die Folge ist.

Ähnlich verhält es sich bei TCP-Diensten, wo Paketverlust die Neuübertragung derer

hervorruft und somit die Netzlast steigt. Mit einer zeitlichen Verzögerung sinkt diese aber

wieder, zum einen durch erfolgreiche Neuübertragungen und zum anderen durch den TCP

basierten Slow-Start Algorithmus.

Das Internet basiert auf dem Design von TCP/IP. Dieses Modell wurde ursprünglich nur für

die reine Datenübertragung entwickelt. QoS Anforderungen wurden nur nebenläufig

behandelt. Doch durch die wachsende Zahl an Internetnutzern oder Plattformen, wie Youtube,

steigt der Bandbreitenbedarf ins Unermessliche. Die US-Analysten Nemertes schreiben dazu

in einer aktuellen Studie: "...we believe there’s reasonably compelling evidence that the

intersection will happen within the next five years, possibly as early as 2010" [14]. War vor

einigen Jahren ein Gespräch über das globale Netz noch mit annehmbaren

Qualitätseinschränkungen verbunden, müssen heute spezielle Algorithmen gefunden werden,

die die Sprachpakete intelligent routen und prioritisieren. Das menschliche Gehör empfindet

bereits ab einer Verzögerung von 25ms Qualitätsunterschiede. [4; S. 39]

Für VoIP verdeutlicht die Abbildung 2, dass die Zufriedenheit des Benutzers zwar in hohem

Maße von der Ende-zu-Ende Verzögerung der Sprachnachricht abhängt, jedoch auch

Faktoren, die in R berücksichtigt werden, wie der Signal-Rausch Abstand, Qualitätseinbußen

durch den verwendeten Codec verschuldet oder Echos. Steigt dabei das Delay an, hat dies

Auswirkungen auf die Berechnung von R, was in dem Graphen verdeutlicht wird. An der

rechten Seite sind dabei die von der ITU-T in der Recommendation G.109 festgelegten

Klassen der Zufriedenheit abgetragen.

Aus dem Graphen ist ablesbar, dass bei einem Delay von bis zu 150ms volle Zufriedenheit

unter den Benutzern herrscht, jedoch bei Überschreitung dieser Grenze ein kontinuierlicher

Übergang zur Unzufriedenheit erfolgt. Als Grenze sollte für Provider von VoIP-Diensten ein

maximales Ende-zu-Ende Delay von 300ms angesetzt werden.

Als weitere Eckdaten beschreibt die ITU-T, dass eine maximale Paketverlustrate von 5%

geduldet wird. Darunter liegende Werte müssen von den Telefoneinrichtungen mit Hilfe von

Glättungsalgorithmen kompensiert werden. Inwieweit Varianzen der Paketabstände (Jitter)

hingenommen werden, hängt davon ab, wie hoch das Ende-zu-Ende Delay ist und wie gut die

verwendeten Jitter-Ausgleichpuffer arbeiten, da eine Korrelation zwischen Jitter und Delay

besteht (ist das Delay niedrig, können noch relativ hohe Jitter Werte ausgeglichen werden,

steigt hingegen das Delay, muss der Jitter niedrige Werte umfassen).

[15], [16]

4. Quality of Service Einsatz in traditionellen

Transportnetzen

Da der Übertragungskanal beim Versand der Datenpakete begrenzend wirkt, spielt er eine

entscheidende Rolle. Somit setzen alle QoS Strategien bei ihm an. Ziel ist es, dass von vielen

Benutzern gleichzeitig verwendete Medium optimal in seiner Bandbreite auszunutzen und

gleichzeitig zeitkritischen Paketen den Vorrang zu geben.

Die Überdimensionierung des Netzes wäre eine Möglichkeit. Da dies nicht immer einfach so

möglich ist, setzen die meisten Verfahren beim Verkehrsmanagement, der

Verkehrsprioritisierung oder der Bandbreitenreservierung an.

Neben TCP/IP gibt es noch eine Reihe anderer Verfahren der Datenübertragung, die es zu

betrachten gilt, wenn man über Dienstgüte reden will.

Dieses Kapitel soll daher einen Überblick verschaffen, welche QoS-Mechanismen sowohl im

angesprochenen TCP/IP, als auch bei ATM, MPLS und in WLAN-Netzen eingesetzt werden

können.

4.1 TCP/IP

Bei der Untersuchung der Kommunikationsprotokolle muss TCP/IP eine gesonderte

Betrachtung zugrunde gelegt werden. Es ist das populärste im Einsatz befindliche Protokoll

für Datenübertragungen.

Das Internet an sich ist ein reiner "best-effort" Dienst. Das heißt, es werden keinerlei

Aussagen darüber getroffen, ob und wann die Datenpakete beim Empfänger ankommen. Es

wird ersichtlich, dass hier keine Dienstgüte existiert. Durch die wachsenden Anforderungen

an das im Hintergrund liegende Netzwerk des Internets durch Multimedia-Anwendungen, wie

Online-Gaming, Video Streaming und in zunehmenden Maße auch VoIP, mussten

entsprechende QoS-Ansätze entwickelt werden. Solche Ansätze sind die Integrated Services

(IntServ) und Differentiated Services (DiffServ). [6; S 192-197], [7]

4.1.1 IntServ

Integrated Services (IntServ) bedient sich der Resource Reservation Protocol (RSVP)

Signalisierung und dem dahinter liegenden Konzept des Flusses. Dabei kann der Vorgang der

Reservierung betrachtet werden ähnlich einem mit Blaulicht fahrenden Polizeiwagen, der in

jedem passierenden Netzelement (z.B. Router) die Kreuzung für prioritisierten Verkehr

freimacht.

Die Signalisierung verläuft vom Sender über die beteiligten Netzelemente zum Empfänger.

Abbildung 2 zeigt den RSVP-Reservierungsalgorithmus.

Abbildung 2: RSVP Reservierungsvorgang [6; S. 194]

Dabei schickt der Sender eine PATH-Nachricht, die eine Flow Specification (Flowspec)

Nachricht enthält, an den Empfänger. Vereinfacht dargestellt besteht die Flowspec aus der

Traffic Specification (TSpec) und der Request Specification (RSpec). Die TSpec-Nachricht

legt die vom Sender gewünschten Anforderungen, die innerhalb der Router gesetzt werden

sollen, wie Bandbreite und maximale Burstrate, fest. Sie orientiert sich an dem "Leaky-

Bucket Model". Die RSpec definiert die Dienstgüte innerhalb der IntServ Serviceklassen, wie

zum Beispiel das maximale Delay.

Ist die PATH-Nachricht beim Empfänger angekommen, sendet dieser eine Reservation

Request (RESV) Bestätigung mit der darin enthaltenen TSpec-Nachricht an den Sender

zurück. Wird die Reservierungsanforderung von jedem Router akzeptiert, leiten diese die

RESV Bestätigung weiter an den Sender. Der entstehende Datenfluss ist vergleichbar mit

einem verbindungsorientierten virtuellen Pfad bei ATM. Lehnt der Router die RSVP-Anfrage

ab, sendet er auf die RESV Bestätigung eine Fehlermeldung an den Absender zurück.

IntServ erweitert die RSVP Signalisierung durch eine Zugangskontrolle (Admission Control),

um die Annahme bzw. die Ablehnung anhand der Netzressourcen innerhalb der Router zu

gewähren, eine Paketklassifizierung (Packet Classifier) zur Einsortierung der Pakete in die

entsprechende Warteschlange und eine Steuerung der Warteschlange (Scheduler) für die

Zuordnung der Pakete in die von IntServ eingeführten folgenden Dienstklassen:

Controlled Load (CL): Diese Klasse ist vergleichbar dem "best-effort" Dienst, lässt

jedoch in geringem Maße Ansprüche an Delay und Verfügbarkeit zu. Dadurch ist

diese Klasse geeignet für Anwendungen, die "soft-QoS" Anforderungen besitzen. Das

Netz soll sich dabei so verhalten, als wäre es "unbelastet".

Guaranteed Services (GS): Die Dienstklasse ist für kontinuierlichen Verkehr geeignet.

Sie garantiert jedem Teilnehmer eine maximale Bandbreite und Verzögerung sowie

einen geringen Paketverlust, sodass diese Klassenbehandlung optimal für

Anwendungen mit harten Grenzen ist.

Daraus folgend sollte diese Klasse sparsam eingesetzt werden, sodass das Netzwerk

die GS-Anfragen bedienen kann und sich die einzelnen Teilnehmer nicht gegenseitig

blockieren.

Der Integrated Services Ansatz wird in dieser Form nur bedingt eingesetzt, da er für größere

Netzwerke nicht skaliert. RSVP stellt an das Innere der Netzarchitektur zu hohe Ansprüche,

da die Router sich von tausenden Anfragen tausende Zustände merken müssten. Weiterhin

erhöht der RSVP Algorithmus die Netzlast, da ein Auffrischen der RSVP-Anforderungen alle

30 Sekunden erforderlich ist.

Aufgrund der inneren Komplexität des Netzes wird ersichtlich, dass ein neuer Ansatz

gefunden werden muss.

Er wird beschrieben durch Differentiated Services, der alles Komplexe nach außen an die

Netzzugänge verschiebt. [6; S 192-197], [7]

4.1.2 DiffServ

Der DiffServ-Ansatz wurde von der IETF entwickelt, um eine einfache, skalierbare QoS-

Lösung für unterschiedlichen Dienstklassen zu realisieren. Dazu bedient man sich den IP-

Headern des IPv4 und IPv6 Protokolls. Bei IPv4 werden die entsprechenden 8 Bit als "Type

of Service" (TOS) bzw. bei IPv6 als "Traffic-Class" Feld bezeichnet. Laut Standardisierung

besteht dieses Byte aus den Differentiated-Service-Codepoint (DSCP)-Feld, der die ersten 6

Bit umfasst und einem 2 Bit langem Currently Unused (CU)-Feld. Daraus folgt eine mögliche

QoS Behandlung in 64 unterschiedlichen Klassen.

Der große Vorteil von DiffServ liegt darin, dass es keine Signalisierung wie bei IntServ und

dem genutzten RSVP benötigt. Das heißt, dass eine Zustandsspeicherung innerhalb der

Netzelemente entfällt. DiffServ definiert zur qualitätsgesicherten Klassenbehandlung die

"Per-Hop-Behaviours" (PHB). Sie beschreiben eine Art Regelmenge, die der QoS-

Behandlung dienen und erweitern die "best-effort" Unterstützung des Internets durch folgende

Klassen:

Expedited Forwarding (EF): wird für Datenverkehr mit strikten Prioritäten gegenüber

allen anderen verwendet. Es existiert ein geringer Paketverlust, geringes Jitter und eine

geringe Verzögerung. Jeder Router reserviert einen bestimmten Prozentsatz seiner

Kapazität für diesen Verkehr. Daher ist er besonders gut geeignet für VoIP.

Assured Forwarding (AF): unterteilt sich in 4 weitere Qualitätsklassen, die wiederum

in 3 verschiedene Klassen des Paketverwurfs unterteilt werden. Der Vorteil besteht

darin, dass Verkehr mit höherer Priorität vollkommen unberührt bleibt von Verkehr

niederer Priorität. Hier ergibt sich jedoch ein Nachteil: Ist die Queue einer Klasse voll,

werden die Pakete verworfen und nicht in eine Queue niederer Klasse einsortiert,

obwohl freie Kapazitäten existieren.

DiffServ besitzt gegenüber IntServ aufgrund seiner Einfachheit klare Vorteile, sowohl in der

Skalierbarkeit für größere Netze als auch Interoperabilität mit anderen Netzarchitekturen, wie

MPLS, ATM oder eine Mischung mit IntServ. Von Nachteil ist, dass alle Router DiffServ

verstehen müssen und Datenverkehr sich nur relativ bevorzugen lässt. Ist der Verkehr einer

Dienstklasse zu hoch, fällt DiffServ zurück in die "best-effort"-Behandlung. Eine

Zugangskontrolle (Admission Control), die den prioritisierten Verkehr limitiert, ist daher

unumgänglich.

[6; S 192-197], [7]

4.2 ATM

Der Asynchronous Transfer Mode (ATM) ist ein skalierbares Hochgeschwindigkeitsnetzwerk

und wird aus diesem Grund vor allem in Backbone-Anbindungen von

Telekommunikationsanbietern eingesetzt. Es ist ein paketvermitteltes Verfahren, wobei jedes

Paket (bei ATM Zelle genannt) 53 Byte umfasst und die Übertragung nicht an einen festen

Zeittakt gebunden ist. Bevor die Datenübertragung beginnt, stellt ATM mittels virtueller

Kanäle eine Ende-zu-Ende Verbindung her.

ATM ist aus den oben genannten Gründen bestens geeignet zur Übertragung von Sprachdaten

und anderer Echtzeitanwendungen.

Die Ursachen liegen darin, dass das ATM durch die Eigenschaft der

Verbindungsorientiertheit geringe Verzögerungen bereitstellen kann. Hinzu kommt durch die

feste Größe der ATM Zellen, dass die im Netz befindlichen Switch- und Routingeinheiten im

Gegensatz zu TCP/IP keine komplizierte Auswertung der Zellen vornehmen müssen. Da

Daten- und Sprachpakete dieselbe geringe Zellgröße besitzen, verringert sich das Jitter

zwischen den Zellen, was allgemein in einer verkürzten Übertragung der Sprachpakete

resultiert.

Wird eine Verbindung im ATM Netz hergestellt, handeln Teilnehmer und ATM-Switch eine

Art Vertrag aus, welche Bedingungen während der Verbindungsdauer bestehen sollen. Sie

beschreiben das Verkehrsprofil, maximale Zeitverzögerung, zulässige Zellenverlustrate und

die Dienstgüte.

Hier hat das ATM-Forum fünf Serviceklassen definiert:

Constant Bit Rate (CBR): überträgt die Daten mit konstanter Bitrate. Diese

Serviceklasse ist vergleichbar mit einer Telefonverbindung, bei dem den Teilnehmern

exklusiv ein Kanal mit fester Bandbreite zur Verfügung steht.

Daher ist sie neben der Eignung für Sprachverkehr auch für Anwendungen mit harten

Echtzeitanforderungen einsetzbar, die strenge Bedingungen an die maximale

Zellverzögerung und die gesamte Übertragungsverzögerung haben.

Available Bit Rate (ABR): erlaubt es, eine dynamische Anpassung der zur Verfügung

stehenden Netzkapazitäten dem Endsystem mitzuteilen und darauf einzustellen. Zu

Beginn eines Datentransfers werden Vereinbarungen der minimalen und maximalen

Zellrate getroffen. Durch Austausch von Ressource-Management Zellen an die

Endsysteme können die Sender ihre Zellrate dem unter Last stehenden System

anpassen und bekommen im Gegenzug einen fairen Anteil an Bandbreite, sowie eine

geringe Verlustrate an Zellen zugesichert.

Diese Art der Serviceklasse ist gänzlich ungeeignet für Echtzeitanwendungen, da hier

starke zeitliche Schwankungen der Zellübertragung stattfinden.

Real-Time Variable Bit Rate (RT-VBR): wurde speziell für Echtzeitanwendungen

konzipiert. Es wird eine Schwankung in der Zellrate erlaubt, jedoch werden Zellen, die

einen bestimmten, vorher festgelegten Verzögerungsgrenzwert überschreiten vom

Netz entfernt.

Diese Art der Datenbehandlung kommt der von Sprache am nächsten, da hier

Schwankungen auftreten können, wenn ein oder mehrere Gesprächsteilnehmer

telefonieren.

Non-Real-Time Variable Bit Rate (NRT-VBR): wird für Anwendungen eingesetzt, die

variable Datenraten benötigen mit gleichzeitigen Bedingungen an eine geringe

Zellverlustrate. Zeitliche Parameter sind nicht relevant.

Daher ist die Klasse nicht geeignet für Echtzeitapplikationen.

Unspecified Bit Rate (UBR): entspricht im Wesentlichen der "best-effort" Dienstgüte.

Für Anwendungen mit harten Zeitgrenzen ist sie ungeeignet, da hier die Gefahr des

Datenverlusts bei Überlast des Netzes besteht. Im Vergleich zu allen anderen Klassen

ist sie jedoch die günstigste.

[4; S.119 & S. 124], [6; S. 348 & S. 353]

Abbildung 3: ATM-Dienstklassen [4; S. 121]

4.3 MPLS

Das Multi Protocol Label Switching (MPLS) Verfahren wurde entworfen, um den

aufwendigen Routing Mechanismus mittels Longest Prefix Match, wie er in klassischen IP-

Netzen eingesetzt wird, abzulösen. Bisher analysiert jeder Router den IP Header eines

Paketes, trifft eine Wegewahl und leitet es dann an den nächsten weiter. Dies geht so lange,

bis das Datenpaket bei dem Empfänger angelangt ist, was zu hohen Bearbeitungszeiten und

unnötigem Ressourcenbedarf innerhalb der Router führt.

Der Grundgedanke bei MPLS ist es, jedem Datenpaket ein einfach auszuwertendes Label zu

verpassen. Da MPLS Schicht 3 Header nicht auswertet, wird ein MPLS Shim Header

eingeführt, der neben der Label Informationen auch 3 Experimental Bits (Exp-Bits) enthält.

Dieser Header wird zwischen Schicht 2 und Schicht 3 gelegt. Aufgrund der begrenzten

Anzahl von Labels werden die Pakete vorher in Forwarding Equivalence Classes (FEC)

gepackt. Eigenschaften wie Ziel oder Metrik beeinflussen die FEC, in der das Paket landet.

Anschließend wird ein Label einer FEC zugewiesen. Wenn die Pakete die Label Switched

Domain (LS-Domain) betreten, übernehmen Label Switched Router (LSR) die Weiterleitung.

Mit Hilfe derer ist es den Administratoren eines Netzwerkes möglich, Label Switched Path

(LSP) sowie alternative LSPs einzurichten. Dabei verhält sich ein LSP wie eine virtuelle

Verbindung von einem Ingress zu einem Egress Router und aus dem verbindungslosen Netz

ist ein verbindungsorientiertes geschaffen worden.

Dadurch ist es möglich, einen schnellen und effektiven Transport von Daten bereit zu stellen,

auf den Echtzeitanwendungen wie VoIP oder Online-Games aufsetzen können.

Anstatt der manuellen Einrichtung von LSPs können diese auch automatisch mit Hilfe von IP-

Routing-Protokollen, wie OSPF, erstellt werden. Genutzt wird diese Möglichkeit vor allem in

großen Netzen, in denen eine manuelle Konfiguration zu kostenintensiv wäre. Hier besteht

das Problem, dass ein Hop-by-Hop Routing stattfindet und keine Aussagen über QoS gemacht

werden können. Es herrscht also das "best-effort" Prinzip wieder vor.

Da MPLS dem Routing mittels IP ähnelt, sind die QoS-Mechanismen IntServ und DiffServ

mit einigen Änderungen adaptiv einsetzbar:

Abbildung 4: RSVP-TE Signalisierung [4; S. 264]

Ressource Reservation Protocol & Traffic Engineering (RSVP-TE): wurde entwickelt,

um die Unterstützung des IntServ Modells, welches auf RSVP aufsetzt, zu realisieren.

Da MPLS mit Labels arbeitet, wurden neue RSVP-Objekte definiert. Die

Reservierung verläuft, wie bereits vorgestellt, der von RSVP bekannten ab. Der

Sender schickt eine PATH Nachricht an den Empfänger, der seinerseits mit einer

RESV-Nachricht antwortet. Diese RESV-Nachricht transportiert nun zusätzlich ein

Label Object, das den Flow entlang der LSRs kennzeichnet, der in gewisser Weise

eine neue FEC darstellt. Durch das Label Object wurde es den LSRs möglich, den

Flow kenntlich zu machen und über die reservierten Ressourcen zu routen.

Differentiated Services (DiffServ): wurde bereits im Kapitel 4.1.3 näher erläutert.

Jedoch liest MPLS nicht den Schicht 3 Header aus, womit eine Anpassung nötig ist.

Bei der Standardisierung des MPLS Shim Headers wurden 3 Exp-Bits definiert, die

genutzt werden können, um Pakete in 8 Qualitätsklassen zu unterteilen. Die dieses

Verfahren unterstützenden LSPs werden E-LSP genannt.

Das zweite Verfahren benutzt den Labelwert, um mit Hilfe dessen eine Assoziation

der PHB und der FEC zu erhalten. Dazu ist eine Modifikation in der Label Distributen

(LD) erforderlich. Unterstützende LSPs werden als L-LSP bezeichnet.

Der Vorteil der E-LSP liegt darin, dass eine (maximal) achtfache Reduzierung der

LSPs erreicht werden kann und keine Anpassung des LD-Protocols erforderlich ist.

Hingegen bietet L-LSP die Möglichkeit, in mehr als 8 Qualitätsklassen zu

unterscheiden und für jede PHB separate Routen zum Ziel zu definieren (zum Beispiel

nur Verwendung von Low-Delay Strecken).

[4; S. 224 & S. 265], [8]

4.4 WLAN

Die bisher betrachteten Verfahren der Dienstgüte haben sich auf drahtgebundene Netze

konzentriert. Drahtlose Netze bekommen eine immer stärker werdende Bedeutung, da dies für

den Kunden Flexibilität bedeutet. Die in aktuellen WLAN-Routern zum Einsatz kommenden

Standards der IEEE 802.11a/b/g unterstützen kaum Quality of Service. Daher wurde Ende

2005 von der IEEE der Standard 802.11e fertiggestellt. 802.11e baut auf seinen Vorgängern

auf. Jedoch wurden entscheidende Veränderungen vorgenommen, sodass unter seinem

Einsatz Dienstgüte, die speziell auf Steigerung der Bandbreite und Minimierung der Latenzen

abzielt, gesichert werden kann.

Das ursprüngliche Medium Access Control (MAC) des 802.11 nutzt die Distributed

Coordination Function (DCF) und greift dabei auf CSMA/CA bzw. RTS/CTS zurück. Dies

hat den Nachteil, dass zwischen den Teilnehmern (und ihren Daten) ein Wettbewerb auf den

Zugriff zum Medium stattfindet. Durch die Benutzung des nichtdeterministischen

Zugriffsverfahrens CSMA/CA werden die Daten gleich behandelt. Wenn jedoch QoS

gefordert wird, darf das Prinzip der Fairness nicht immer angewandt werden, da hier Daten

nach Wichtigkeit geordnet und gegebenenfalls prioritisiert werden müssen bzw. eine strikte

Einhaltung von Richtlinien gefordert wird.

Als weitere Möglichkeit des Medienzugriffs im klassischen 802.11 soll die Point

Coordination Function (PCF) erwähnt sein, die die vorübergehende Kontrolle des

Medienzugriffs von einem Access Point (AP) aus gestattet und CSMA/CA vorübergehend

außer Kraft setzt. Dieses Verfahren findet aber weitestgehend keinen Einsatz.

Mit 802.11e wurde eine neue Zugriffskoordinierungsfunktion eingeführt, die Hybrid

Coordination Function (HCF). Diese ist aufgeteilt in zwei Möglichkeiten des Kanalzugriffs:

Enhanced Distributed Channel Access (EDCA): ist ein wettbewerbsorientiertes

Verfahren und baut auf DCF auf. Die Idee bei DCF ist, dass Stationen, die etwas zu

senden haben, auf den Kanal lauschen. Sofern dieser unbenutzt ist, müssen sie eine

gewisse Zeit ("backoff time") warten, bevor sie den Zugriff auf das Medium erlangen

und mit dem Senden beginnen dürfen. Die backoff time wird dabei zufällig bestimmt,

mit Hilfe des contention windows (cw). Aufgrund der Fairness besitzen bei DCF alle

Stationen dasselbe cw.

EDCA erweitert DCF, sodass das cw variabel ist und Dienstgütebehandlung erreicht

wird. Stationen mit höherer Priorität erhalten dabei ein cw mit einer kleineren

maximalen Größe, sodass sie im Mittel den Wettbewerb um das Senderecht öfter

gewinnen. Hinzu kommt die Möglichkeit, dass Stationen mit höherer Priorität eine

längere Transmit Opportunity (TXOP) erhalten können, um ihre Daten zu senden.

Damit eine Station nicht die ganze Zeit mit der selben Priorität arbeitet, zum Beispiel

zur Bereitstellung verschiedener Dienste, wird in den Stationen eine Unterteilung in

mehrere access categories vorgenommen. Die zu versendenden Pakete werden in

Warteschlangen eingeteilt. Abhängig vom Datenpaket wird das cw gewählt und die

Station bewirbt sich um die TXOP.

Da sich jede Station ihre Priorität selbst zuweisen kann, funktioniert dieses Verfahren

auch in ad-hoc Netzen.

HCF Controlled Channel Access (HCCA): hingegen ist ein wettbewerbsfreies

Zugriffsverfahren und funktioniert ähnlich der PCF. Am Datenaustausch beteiligte

Stationen bewerben sich mit ihren Anforderungen, die in der traffic specification

(TSPEC) transportiert werden, bei dem Hybrid Coordinator (HC). Dieser kann die

TSPECs annehmen oder ablehnen und hat somit die Kontrolle über den Datenverkehr.

Der HC erstellt nach Maßgabe der TSPECs einen Ablaufplan und weist so jeder

Station die TXOP zu.

Aufgrund der Notwendigkeit eines zentralen APs funktioniert dieses Verfahren

ausschließlich in Infrastruktur Netzwerken.

HCCA bietet als einzige Funktion echte Quality of Service, da mit der Annahme und

Bestätigung der TSPEC von dem HC die Dienstgüteanforderungen für die Station bereit

gestellt werden. EDCA ist nichtdeterministisch, daher kann es keine Aussagen über

Zusicherung bestimmter Parameter machen. Weiterhin wird das Medium nicht effizient genug

ausgenutzt, da es aufgrund seiner Konzeption Wartezeiten zulässt. HCCA hingegen kann

einen nahezu beständige Nutzung des Mediums garantieren.

EDCA zeichnet sich dadurch aus, dass es relativ unkompliziert ist und in ad-hoc Netzen

Verwendung finden kann.

802.11e unterstützt die Möglichkeit, Pakete mit dem Wert "QoSNoAck" zu kennzeichnen und

verhindert dadurch das wiederholte Senden zeitkritischer Daten.

Weiterhin wurde das Direct Link Setup (DLS) eingeführt, um ein Datenaustausch zwischen

zwei Stationen ohne Zuhilfenahme des AP zu ermöglichen, wenn diese einen geringen

Abstand zueinander besitzen. Somit wird eine erhöhte Datenrate ermöglicht.

Für VoIP Endgeräte ist der Dienst der Automatic Power Save Delivery (APSD) interessant,

da durch ihn ermöglicht wird, Geräte in den idle-Zustand zu schicken, um so Strom zu sparen.

Dabei puffert der AP die Daten zwischen und sendet sie entweder auf Anfrage der Station

(unscheduled APSD) oder in festgelegten, zwischen AP und Station ausgemachten Intervallen

(scheduled APSD).

[9], [10], [11]

5. Portierung auf VoIP

Kapitel 4 diskutierte Quality of Service Verfahren vor allem für das traditionelle

Transportnetz. Einige QoS-Mechanismen sind VoIP geeignet, da sie die Anforderungen

unterstützen, die harte Echtzeitapplikationen mitbringen.

5.1 Aktuelle Möglichkeiten

Internet Service Provider (ISP) haben somit die Möglichkeit drei

Verkehrsmanagementverfahren zu unterscheiden, um Dienstgüte innerhalb ihrer Netze zu

unterstützen:

1.Überdimensionierung der Netzinfrastruktur

2.Priorisierung von Datenpaketen

3.Reservierung von Kapazitäten im Netzinneren

Derzeit setzen die meisten ISPs auf die Überdimensionierung ihrer Netze, da dies die derzeit

einfachste und qualitativ sicherste Lösung ist, um QoS zu garantieren. Nach [18] nutzen die

Provider ohnehin nur ca. 75% ihrer Kapazitäten aus, um das schnelle und schwer

vorherzusehende Verkehrswachstum aus den Internetdiensten, wie im Kapitel 3 erwähnt,

aufzufangen. Die Menge der Daten, die durch Echtzeitsysteme hervorgerufen werden, bildet

derzeit nur einen geringen Bruchteil des gesamten Best-Effort Datenverkehrs.

Überdimensionierung birgt aber auch Nachteile, da durch die reine Zuschaltung von

redundanten Kapazitäten keine Identifikation nach QoS-Dienstklassen möglich ist. Somit

kommt auch der Best-Effort Verkehr in den Genuss der Überdimensionierung, was sich

wiederum weniger positiv als erhofft auf eine Verbesserung der Delayzeiten der VoIP-Daten

auswirkt. Damit dieses Verfahren Wirkung zeigt, muss ein sinnvoller Einsatz der Hardware

dort geschehen, wo aufgrund von Überlastsituationen häufig lange Wartezeiten oder hohe

Paketverlustraten entstehen.

Da auf lange Sicht gesehen die reine Überdimensionierung des Netzes nicht ausreichen wird,

setzen einige ISPs bereits auf die Möglichkeit Pakete in Klassen einzuteilen und

dementsprechend nach Prioritäten zu behandeln. Wenn eine Klasseneinteilung nach Tabelle 1

erfolgt, besteht jedoch das Problem, dass Verkehr mit höherer Priorität Verkehr niederer

verdrängt, was bis zur vollständigen Verdrängung führen kann. Um dies zu verhindern, kann

im einfachsten Fall die Länge der einzelnen Warteschlangen für die Dienstklassen und damit

das Drop-Verhalten der Router variieren, so dass sichergestellt ist auch den niederen Klassen

ein Mindestmaß an Bandbreite zur Verfügung zu stellen.

Bei der Klassenbehandlung von Paketen werden die mit höherer Priorität doppelt begünstigt,

da sie zum einen von den hohen Datenraten der Best-Effort Dienste profitieren und zum

anderen aufgrund der prioritätsgesteuerten Warteschlangen geringere Wartezeiten (im

Überlastfall) auf Kosten der Best-Effort Dienste haben, was insgesamt zu einer schnelleren

Übertragung der VoIP-Pakete führt.

Drahtgebundene Verfahren, die auf Basis von Prioritäten arbeiten, sind, wie bereits im Kapitel

4 vorgestellt: TCP/IP mit der DiffServ Erweiterung, ATM mit der Möglichkeit der

Aushandlung von Bit-Raten und MPLS zum einen durch die FEC und zum anderen durch die

hier auch integrierbare DiffServ Erweiterung. Im drahtlosen Bereich unterstützt 802.11e mit

der EDCA access categories und mit der HCCA aufgrund der Bildung eines Schedules die

Möglichkeit Daten klassenorientiert zu behandeln.

Die letzte Art des Verkehrsmanagements im Rahmen von QoS-Behandlungen durchzuführen

ist die Reservierung von Kapazitäten innerhalb des Netzes bzw. die Einordnung der

differenzierten Verkehrsströme in Tunneln. Dabei beschreibt der in Kapitel 4.1.1 vorgestellte

IntServ-Ansatz eine Möglichkeit. Eine weitere wäre es, den Verkehr in Tunnel zu packen, wie

dies durch das Weighted-Fair-Queuing (WFQ) Verfahren beschrieben wird. WFQ ist eine

abgeänderte Form des Fair-Queuing (FQ), in der das Verkehrsaufkommen nach den Quellen

in Warteschlangen einsortiert und im Round-Robin-Verfahren abgearbeitet wird. FQ erlaubt

dabei eine, wie der Name sagt, faire Behandlung der Verkehrsströme, unterscheidet aber nicht

nach QoS-Klassen. Dies wurde im WFQ erweitert, da manche Datenströme mehr Bandbreite

benötigen als andere.

Verkehrsseparierung grenzt die Dienstklassen gegenüber den anderen am sichersten ab und

erlaubt somit eine gezielte QoS-Betrachtung. Jedoch gestattet die Trennung der Dienstklassen

keine kurzfristige Nutzung von Bandbreite anderer Klassen bei Überlastsituationen, was zu

erheblichen Kosten und hoher Unflexibilität führt.

5.2 Call Admission Control

Neben den in 5.1 vorgestellten Konzepten der Umsetzung der Dienstgüterealisierung haben

die ISPs die Möglichkeit administrativ auf den Datenverkehr einzuwirken - vor dem

eigentlichen Eintritt in das Netzinnere. Call Admission Control (CAC) wird dabei mit Hilfe

von Session Border Controllern (SBC) realisiert und zwar an den Zugängen und Ausgängen

zum eigentlichen Netz. Dabei schützt eine Behandlung mit CAC bereits existierenden

Sprachverkehr vor den negativen Auswirkungen neuer Sprachflüsse und erweitert die

üblichen QoS-Mechanismen. CAC ist eine präventive Maßnahme, um vorhandene Gespräche

vor Überlastsituationen zu schützen. [19]

Eine neue Verbindung wird nur dann zugelassen, wenn die erforderlichen Kapazitäten (z.B.

Bandbreite, CPU Auslastung der Router) vorhanden sind.

Die SBCs bieten dabei eine Art „Rund-um-glücklich-Paket“ an, denn sie vereinen neben der

CAC auch Queuing, Marking, Traffic Shaping und Policing der Daten.

Eine Form dieser Anwendung findet sich im Subnet Bandwidth Management (SBM)

Verfahren wieder. Es stellt dabei eine Art Vorschaltung zum RSVP dar. Der Bandwidth

Allocater (BA) übernimmt dabei die Aufsicht über das Netzwerk und kann aufgrund der

TSPECs den Zugang, der vom Requestor Module (RM) gestellt wurde, gestatten oder

zurückweisen, je nachdem wie die derzeitige Belastung der Infrastruktur es zulässt. Das RM

bildet dabei die „QoS-Anfragen“ der Applikationen ab auf implementierte Layer 2

Prioritätslevel.

5.3 Quality of Service Unterstützung der Internet Service Provider

Die Bundesnetzagentur hat 2006 [18] eine Studie in Auftrag gegeben, in der sie einen

Fragenkatalog an 26 Telekommunikationsdienstleister und ISPs gerichtet hat und darin

Themen rund um VoIP und wie deren Integration in das bestehende IP-Netz zu realisieren sei,

behandelten. Ein Fragenkomplex beschäftigte sich dabei mit der derzeitigen Umsetzung der

Dienstgüte innerhalb der Netzinfrastruktur. Auf Basis der Studie und der frei zugänglichen

(nicht geschwärzten) Antworten und Präsentationen der ISPs, wird hier ein kurzer Überblick

dargestellt.

[18] fasst zusammen, dass „...die Mehrheit der Netzbetreiber...“ Maßnahmen ergreift „...um

QoS-Parameterwerte auf ihren Verbindungen einzuhalten. Nur ein Betreiber gibt an, keine

solche Maßnahmen zu implementieren.“ Dabei kann folgendermaßen unterteilt werden:

Verkehrspriorisierung: 4 Betreiber

Überdimensionierung: 3 Betreiber

Verkehrsseparierung: 3 Betreiber

Weiterhin haben zwei Anbieter angegeben eine Kontrolle der Verbindungsannahme mittels

Call Admission Control Verfahren zu vollziehen.

Die Arcor AG & Co KG schreibt dazu: „...der Ansatz der Überdimensionierung [stellt] kein

adäquates Mittel dar. [...] Bei reiner Überdimensionierung von Kapazitäten binden

bandbreitenintensive Anwendungen Kapazitäten, so dass insbesondere bei gleichzeitiger

Dienstebenutzung keine gesicherte Quality of Service für den Sprachtelefoniedienst mehr

gewährleistet werden kann. In IP-basierten NGN–Netzen werden daher durch feste

Kapazitäten je Dienst oder durch Priorisierung PSTN vergleichbare Qualitäten garantiert

dauerhaft sichergestellt.“ [20]

Die Téléfonica Deutschland GmbH setzt auf SBC und somit neben einer Call Admission

Control, auf eine Priorisierung der Pakete und auf ein Policing, d.h. bei der Aushandlung der

Verbindung wird anhand des verwendeten Codecs eine Datenrate bestimmt, die einzuhalten

ist. Wird dieser „Vertrag“ verletzt, werden Pakete verworfen. [21]

Die Deutsche Telekom AG - Abteilung T-COM und QSC AG favorisieren die Lösung der

Téléfonica Deutschland GmbH. [22]

5.4 Fazit

Es wird ersichtlich, dass Überdimensionierung nur eine kurzfristig Lösung darstellt, um die

Sprachdienste in das bestehende Transportnetz zu integrieren. Auf längere Sicht gesehen ist

dieses Verfahren nicht umsetzbar, da neben den hohen Kosten für die Provider auch keine

zukünftige Aussage getroffen werden kann, inwieweit Dienstgüte sichergestellt ist. Deswegen

befindet sich das Internet derzeit in einer Art „Umbau- und Anpassungsphase“ für die neuen

Dienste, die neben VoIP zum Beispiel auch IP-TV heißen. Es folgt, dass die Einteilung der

Datenpakete in verschiedene Dienstgüteklassen und somit die Priorisierung derer der logische

Schluss ist, in dessen Richtung sich die ISPs orientieren werden. Eine Separierung in Tunneln

und Reservierung der Kapazitäten skaliert für größere Netze nicht und ist daher nicht als

sinnvolle Alternative anzusehen.

Aufgrund der großen Anzahl verschiedener Provider auf dem deutschen und internationalen

Markt ist eine Abstimmung untereinander unerlässlich, um so auch dem Kunden bei der

netzübergreifenden Verbindung eine Aufrechterhaltung der QoS-Dienstleitungen zu

garantieren.

6. Ausblick

Aufgrund der Sensibilität der Daten, die aus Echtzeitanwendungen stammen, wie VoIP oder

Streamen multimedialer Inhalte, wächst die Notwendigkeit, dass bereits an den Eingängen zu

den Kommunikationsnetzen eine Zugangskontrolle (Call Admission Control (CAC))

stattfinden muss.

In den vergangen Jahren hat sich der relativ junge Zweig der neuronalen Forschung etabliert

und die hier kurz vorgestellte Arbeit nutzt die entwickelten Konzepte, um Dienstgüte zu

gewährleisten. Dazu bedienten sich die Autoren diverser frei verfügbarer Bibliotheken und

Applikationen, um mit Hilfe eines Multilayer Perceptron (MLP)-Netzes bzw. mittels Neuro-

Fuzzy eine Schätzung der Dienstgüte zu erhalten. Das zur Messung entwickelte Modell

umfasst mehrere Clients, die Datenströme mit VoIP, Streaming und Bulk-Daten aufgebaut

haben. Dadurch ist es möglich, Eingangsvektoren aus diversen statistische Messungen, die im

weiterem Verlauf durch Principal Component Analysis (PCA) drastisch reduziert wurden, an

den Netzwerkkomponenten abzugreifen und in das Neuronale Netzwerk zu geben. Das

Ergebnis umfasst eine Schätzung der Verkehrsentwicklung und erlaubt somit einen

Rückschluss auf Auswirkungen der Quality of Service. Diese Ergebnisse dienen als

Grundlage für eine weitere Bearbeitung durch Self-Organizing Maps (SOM), die den

aktuellen Status des Netzes darstellen und administrative Bewertungen erlauben. Somit ist

eine CAC realisierbar. [12]

7. Zusammenfassung

Die hier vorgestellten Mechanismen der Quality of Service Sicherung entwickelten sich

zumeist aus der Notwendigkeit heraus, neue Applikationen mit harten Echtzeitanforderungen

auf vorhandener Technologie zu unterstützen. Aus diesem Grund stellen sie kein Optimum

dar. Die Übertragung von Sprachdaten über das Internet stellt für die Anbieter eines VoIP-

Services eine besondere Herausforderung dar, da der Verbraucher gleich bleibende Qualität

erwartet. Diese Zielstellung kann im besten Fall durch Reservierungen von Ressourcen

gewährleistet werden. Jedoch ist dies eine der kostenintensivsten Möglichkeiten, sodass

versucht werden kann, den wichtigen Datenverkehr von weniger wichtigen zu trennen und

eine prioritätsbasierte Behandlung vorzunehmen. MPLS, als eines der flexibelsten Verfahren,

bietet sich an, um drahtgebundene Dienstgüte zu garantieren. Es kommt ohne die Auswertung

des Schicht 3 Protokollkopfes aus, somit wird ein schnelles Weiterleiten und durch Traffic

Engeneering ein gezieltes Eingreifen in die Routenwahl möglich. Mit der Einführung des

IEEE 802.11e Standards Ende 2005 wurde auch im Bereich der drahtlosen Kommunikation

nachgebessert. Es entstand ein von Grund auf eigens entwickeltes Protokoll, das die

Einhaltung von Qualitätsrichtlinien erlaubt.

Da das Internet aus einer Vielzahl von autonomen Systemen besteht, die sich ständig

vergrößern, ist es fraglich, ob es eine Lösung gibt, mit deren Hilfe immer und überall gezielte

QoS für VoIP betrieben werden kann. Eine partikuläre Betrachtung der Dienstgüte ist somit

notwendigerweise vorzunehmen.

8. Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Erwartetes Datum der vollständigen Migration zu

VoIP in Europa

Abbildung 2: Modell der Benutzerzufriedenheit nach ITU-T Rec.

G114

Abbildung 3: Schematische Darstellung der Abhängigkeit der QoS

Parameter zu den Verkehrflüssen nach [17] und [18]

Abbildung 4: RSVP Reservierungsvorgang

Abbildung 5: ATM-Dienstklassen

Abbildung 6: RSVP-TE Signalisierung

8. Abkürzungsverzeichnis

ABR Available Bit Rate

AF Assured Forwarding

ASPD Automatic Power Save Delivery

ATM Asynchronous Transfer Mode

CAC Call Admission Control

CBR Contant Bit Rate

CoS Class of Service

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision

Avoidance

DCF Distributed Coordination Function

DLS Direct Link Setup

DSCP Differentiated-Service-Codepoint

EDCA Enhanced Distributed Channel Access

EF Expedited Forwarding

FEC Forwarding Equivalence Class

FQ Fair Queuing

HCCA HCF Controlled Channel Access

HCF Hybrid Coordination Function

IETF Internet Engineering Task Force

IPDV IP delay variation - beschreibt die Variation im

Delay fortlaufender Pakete innerhalb einer

unidirektionalen IP Verbindung. Sie wird auch

als Jitter bezeichnet

IPER IP packet error ratio - gibt das Verhältnis von

fehlerhaften Paketen zu erfolgreich und

fehlerhaft übertragenen Paketen an

IPLR IP packet loss ratio - ist das Verhältnis von

verloren gegangen Paketen zu übertragenen

Paketen. Ursachen für den Verlust können sein:

abgelaufenes TTL-Feld, conquestion control an

der Router usw.

IPTD IP packet transfer delay - bezeichnet das Ende-

zu-Ende Delay einer Verbindung

ISDN Integrated Services Digital Network

ITU-T International Telecommunication Union -

Telecommunication

LSP Label Switched Path

LSR Label Switched Router

MAC Medium Access Control

MAC Medium Access Control

MLP Multilayer Perceptron

MPLS Multiprotocol Label Switching

NGN Next Generation Networks

OSPF Open Shortest Path First

PCA Principal Component Analysis

PCF Point Coordination Function

PCR Peak Cell Rate

PHB Per-Hop-Behaviour

PSTN Public Switched Telephone Network

QoS Quality of Service

RESV Reservation Request

RSPEC Request Specification

RSVP Ressource Reservation Protocol

RTS/CTS Request To Send/Clear To Send

SBC Session Border Control

SOM Self-Organizing Maps

TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet

Protocol

TOS Type of Service

TSPEC Traffic Specification

TXOP Transmit Opportunity

VBR Variable Bit Rate

VoIP Voice over Internet Protocol

VoIP Voice over Internet Protocol

VTC Video Telefone Conference

WFQ Weighted Fair Queuing

WLAN Wireless Local Area Network

9. Literaturverzeichnis

[1] T-Systems Enterprise Services GmbH. White Paper Voice over Internet Protocol (VoIP). Stand: November 2007.

[2] ITU-T. Recommendation E.800. 8/94.

[3] ITU-T. Recommendation E.600. 3/93.

[4] K.O. Detken. Echtzeitplatformen für das Internet: Grundlagen, Lösungsansätze der sicheren Kommunikation mit QoS und VoIP.

München : Addison-Wesley, 2002. - ISBN 3-8273-1914-5

[5] P. Ferguson, G. Huston. Quality of Service: delivering QoS on the Internet and in corporate networks. New York : Wiley, 1998. -

ISBN 0-471-24358-2

[6] M. Hein, M. Reisner, A. Voß. Voice over IP: Sprach-Daten-Konvergenz richtig nutzen. Poing : Franzis, 2002. - ISBN 3-7723-6686-

4

[7] G. Schäfer. Telematics 2 - Chapter 3. TU-Ilmenau, WS06/07.

[8] G. Schäfer. Telematics 2 - Chapter 4. TU-Ilmenau, WS06/07.

[9] T. Senner. QoS Support in 802.11 Wireless LANs. BTU Cottbus, Stand: Dezember 2007.

[10] A. M. Thiel. Wireless Internet - IEEE 802.11. TU-Ilmenau, SS07.

[11] Wikipedia. IEEE 802.11e. URL http://de.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11e, Stand: Dezember 2007

[12] R. del-Hoyo-Alonso, P. F. -de-Alarcon, J. J. Navamuel-Castillo, u.a. Neural Networks for QoS Network Management. Zaragoza

(Spain), 2007

[13] Forrester, Enterprise IP Telephone Plans in 2006. 2006

[14] Nemertes. The Internet Singularity, Delayed: Why Limits in Internet Capacity Will Stifle Innovation on the Web. URL

http://www.nemertes.com/internet_singularity_delayed_why_limits_internet_capacity_will_stifle_innovation_web#_Toc181763616,

Stand: November 2007

[15] ITU-T. Recommendation G.114. 5/03

[16] ITU-T. Recommendation G.107. 3/05.

[17] Quality of Service: An Operational View, www.pnsol.com

[18] K.D. Hackbarth, G. Kulenkampff, Studie der Bundesnetzagentur: Technische

Aspakte der Zusammenschaltung in IP-basierten Netzen unter besonderer

Berücksichtigung von VoIP. Santander/Bad Honnef, 26.07.2006

[19] Intertex, Call Admission Control. URL http://www.bytbredbandsdelare.nu/cac.pdf,

Stand: 2004

[20] Arcor AG & Co KG, Stellungnahme zu: Abschlussbericht der Projektgruppe

„Rahmenbedingungen der Zusammenschaltung IP-basierter Netze“. Eschborn, 21.02.2007

[21] Dr. A. Mahler, Vortrag: Interconnection Tarifierung – Konzeptionelle Überlegungen aus dem Blickwinkel einer IP-basierten

Leitungserstellung. Bonn, 15.12.2005

[22] A. Berg, Vortrag: Bill&Keep – ein optimales Regime für die Zusammenschaktung IP-basierter Sprachnetze?. 18.01.2006