Analyse einer Voice Over IP-Lösung und Entwurf von Testszenarien
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Andreas Bergmann
- Abgabedatum: August 2001
- Umfang: 83 Seiten
- Dateigröße: 3,0 MB
- Note: 1,7
- Institution / Hochschule: Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-4742-7
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-4742-7 P - ISBN (CD) :978-3-8324-4742-7 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Bergmann, Andreas August 2001: Analyse einer Voice Over IP-Lösung und Entwurf von Testszenarien, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: VOIP, Softwaretests, Gateway, H.323
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Diplomarbeit von Andreas Bergmann
Einleitung:
Voice over IP (VoIP) ermöglicht eine dem klassischen Telefonanruf vergleichbare Verbindung über eine paketorientierte Infrastruktur, über die Sprach- aber auch Multimediadaten in Echtzeit zwischen zwei oder mehr Computern bzw. Endpunkten im ISDN- oder klassischen Telefonnetz versandt werden. Ein Gateway für IP Telefonie stellt als Schnittstelle zwischen IP-Netz und Telefonnetz die Interoperabilität zwischen den verschiedenen Netzen zur Verfügung, konvertiert also Signalisierungs- und Kontrollinformationen und schließlich die Datenströme selbst. Das Gateway besteht aus einer die Sprachübertragung unterstützenden ISDN-Karte und der Gatewaysoftware.
Typische Anwendungen und Szenarien bauen derzeit auf verschiedenen Protokollfamilen auf. Die zwei hauptsächlichen Ansätze sind das ältere, verbreitetere H.323-Protokoll der ITU-T und das Session Initiation Protocol (SIP).
Die Problemstellung für Voice over IP umfasst damit Anwendungen, die sowohl Audio- und Videodatenströme als auch die Übertragung von Text oder Signalisierungs- und Kontrollinformationen beinhalten. Komplexe Protokolle, dynamisches Protokollverhalten, hohe Datenraten oder Beschränkungen hinsichtlich der Dienstgüte (Quality of Service) und die Verbindung verschiedenartiger Netztypen gehören zum Aufgabenfeld des Gateways und beinhalten damit auch viele Fehlerquellen.
Diese Arbeit beschreibt als Schwerpunkt die Entwicklung und Anwendung von Testszenarien für ein solches Gateway der Firma Eicon Networks, ist aber nicht produktspezifisch. Ausführlich vorangestellt werden Grundlagen und Probleme der Technik von Voice over IP basierend auf dem Standard H.323 der ITU-T. Grundlegende Funktionstests und eigene Testfälle werden vorgestellt, aus den gewonnenen Erfahrungen heraus wird letztlich eine Ergänzung für bereits bei Eicon Networks bestehende VoIP-Testtools entworfen und implementiert.
Inhaltsverzeichnis:
| 1. | Einleitung | 1 |
| 2. | Voice over IP mit dem Standard H.323 | 2 |
| 2.1 | Einführung zu Voice over IP | 2 |
| 2.2 | Der Aufbau des Standards H.323 | 3 |
| 2.2.1 | Terminal | 5 |
| 2.2.2 | Gateway | 5 |
| 2.2.3 | Gatekeeper | 6 |
| 2.2.4 | Multipoint Control Unit | 6 |
| 2.3 | Rufaufbau und Routing | 7 |
| 2.3.1 | Signalisierung: H.225.0 und RAS | 7 |
| 2.3.2 | Steuerung | 8 |
| 2.3.3 | Fast Connect | 9 |
| 2.3.4 | Zusätzliche Dienste | 9 |
| 2.4 | Transportprotokolle und Dienstgütemerkmale | 9 |
| 2.4.1 | Das Real-Time Transport Protocol | 10 |
| 2.4.2 | Das Real-Time Transfer Control Protocol | 13 |
| 3. | Sprachqualität | 14 |
| 3.1 | Abbildung des analogen Signals | 14 |
| 3.2 | Auswahl eines geeigneten Codec | 15 |
| 3.2.1 | Bewertung der Sprachqualität - Mean Opinion Scores | 16 |
| 3.2.2 | Andere Bewertungsverfahren | 17 |
| 3.3 | Codec-Eigenschaften | 17 |
| 3.3.1 | Sprachaktivitätserkennung | 17 |
| 3.3.2 | Unterbrechung der Übertragung | 18 |
| 3.3.3 | Comfort Noise | 18 |
| 3.3.4 | Layered Coding | 18 |
| 3.3.5 | Einfluss von Paket- und Rahmengröße | 18 |
| 3.3.6 | G.711 | 19 |
| 3.3.7 | G.723.1 | 20 |
| 3.4 | Echokompensation | 21 |
| 3.5 | Laufzeiteigenschaften | 21 |
| 3.5.1 | Jitter | 22 |
| 3.5.2 | Delay-Quellen | 23 |
| 4. | Testszenarien | 25 |
| 4.1 | Definitionen zum Software-Testen | 25 |
| 4.1.1 | Aufbau eines Softwaretests | 25 |
| 4.1.2 | Testverfahren | 26 |
| 4.2 | Die Testumgebung | 27 |
| 4.3 | Testfälle | 29 |
| 4.3.1 | Verbindungsaufbau- und Verbindungsabbauphase | 29 |
| 4.3.2 | Verbindungsphase | 29 |
| 4.3.3 | Stabilität | 30 |
| 4.4 | Tests zum Verbindungsaufbau | 30 |
| 4.5 | Tests zum Laufzeitverhalten | 32 |
| 4.6 | Stresstests | 33 |
| 4.7 | Fehlbedienung | 33 |
| 4.8 | Überlegungen für weitere Testszenarien | 33 |
| 4.9 | Tests für die Verbindungsphase | 34 |
| 4.9.1 | Angaben zu Paketabstand und Jitter | 35 |
| 4.9.2 | Simulation von Last in IP-Netzen | 36 |
| 4.9.3 | Tests mit Paketverlusten und -verzögerungen | 37 |
| 4.9.4 | Tests mit Last im IP-Netz | 38 |
| 4.9.5 | Zwischenbilanz | 39 |
| 5. | Realisierung einer Auswertungsfunktion | 41 |
| 5.1 | Analyse | 41 |
| 5.2 | Spezifikation (Pflichtenheft) | 42 |
| 5.2.1 | Zielbestimmung | 42 |
| 5.2.2 | Einsatz | 43 |
| 5.3 | Definitionsphase | 43 |
| 5.3.1 | Präsentation der Ergebnisse | 43 |
| 5.3.2 | Funktionsentwurf | 44 |
| 5.3.3 | Datenentwurf | 47 |
| 5.4 | Implementierung | 48 |
| 5.5 | Test | 48 |
| 5.6 | Integration | 50 |
| 5.7 | Anwendungsbeispiel | 52 |
| 6. | Zusammenfassung und Ausblick | 53 |
| Literatur | 54 | |
| Standards und RFCs | 56 | |
| Erklärung zur Urheberschaft | 59 | |
| Anhang A – RTP-Payloads | 60 | |
| A.1 G.726 | 60 | |
| A.2 G.728 | 61 | |
| A.3 GSM | 61 | |
| Anhang B – Software-Testplan | 62 | |
| Anhang C – Testsoftware | 63 | |
| Anhang D – Quellcode | 64 |
Aus den bisher dargestellten Eigenschaften von Voice over IP und den Anforderungen an ein Gateway ergeben sich zunächst grundlegende Testfälle zur Sicherstellung der Systemfunktion, für die schon aus der Entwicklungsphase der Gateway-Software eine Reihe von Testtools zur Verfügung stand, ein Überblick ist in Anhang C aufgeführt. Die Testfälle werden hier in Tests für die Verbindungsaufbau- und Verbindungsabbauphase, Tests zur Verbindungsqualität und Tests zur Stabilität der Verbindung eingeordnet. Zu einem vollständigen Test des gesamten Pakets sind auch die Installation und Konfiguration bzw. die Bedienbarkeit und die Dokumentation miteinzubeziehen, was hier nicht näher betrachtet werden soll. Testobjekt soll immer die Funktion des Gateway sein. Nicht getestet werden sollen z.B. die „eingebaute“ Sprachqualität verwendeter Codecs oder grundsätzliche Beschränkungen von Ethernet-IP-LANs. Die im folgenden aufgezählten Testfälle können mit bestehenden Testtools abgedeckt werden und lassen sich jeweils zu neuen Testfällen kombinieren: [...]
Hardwareseitig handelt es sich um einen ISDN-Adapter für 4 ISDN-Basisanschlüsse (BaAS) im Falle der 4BRI-Karte oder für einen Primärmultiplexanschluß (PMxA) mit 30 Kanälen im Falle der PRI-Karte. Die Controller unterstützen eine Mischung aus simultanen VoIP-Rufen und Datentransfers von ISDN-, V.90-Analog-, Fax- und GSMGeräten. Die Installation ist bis zu einer maximalen Ausbaustufe von 4 PRI-Karten skalierbar, Einstellungen der Controller unterstützt ein Konfigurationsmanager mit graphischer Oberfläche. Die Aufgaben der Gateway-Software: vollständige Implementierung von H.323 Version 2 Fast Setup H.225.0 und RAS Routingvarianten: Gatekeeper-routed Call Signalling Direct-routed Call Signalling LDAP-Zugriff CAPI 2.0-Unterstützung Rechenintensive Aufgaben sind auf der Hardware der Voice-Karte als DSP-Code realisiert: Sprachkompression nach G.711, G.723.1 Echokompensation nach G.165 RTP Jitter Buffer Comfort Noise-Generierung DTMF-Erkennung und -Generierung Voice-Mailbox Zum Test werden die zur Zeit unterstützten Systemplattformen Microsoft Windows NT 4 Server und Microsoft Windows 2000 Server verwendet. [...]
Bild 16: Die Testumgebung Rufe ins ISDN-Netz werden für einen kurzen Funktionstest über die Tk-Anlage an ISDN-Telefone geleitet. Im Normalfall werden Rufe mit einem Testtool automatisch generiert und zum Vergleich der Daten und gleichzeitigen Testen des Verbindungsaufbaus vom ISDN-Netz ins IP-Netz über das Gateway wieder zurück an das Testtool geleitet. Da das Gateway bis zu vier PRI-Karten enthalten kann, erreicht man eine maximale Anzahl von 4 ⋅ 30 Verbindungen. Für das weitere Vorgehen, wird die Übertragung im ISDN-Netz als ideal und störungsfrei angesehen. Das Testobjekt ist das Voice over IP-Gateway, damit also die Gateway-Software inklusive des Eicon DIVA Server Voice-Controllers. Die Gateway-Software arbeitet mit der DIVA Server Voice-Hardware für das Management der VoIP-Rufe in einer ISDNUmgebung zusammen. Die Adressumsetzung kann über einen H.323-kompatiblen Gatekeeper, eine Lightweight Directory Access Protocol (LDAP)-kompatible Adressdatenbank oder eine einfache Textdatei (Call Routing Table) gesteuert werden, hier wird letzteres genutzt. Die Rufe werden vom Gateway (in verschiedenen Debug-Leveln) in einer Logdatei und zusätzlich in einem Call Detail Record protokolliert. Das Gateway ist mit Terminals wie Microsofts NetMeeting oder verschiedenen IP-Telefonen kompatibel. [...]
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832447427
Arbeit zitieren:
Bergmann, Andreas August 2001: Analyse einer Voice Over IP-Lösung und Entwurf von Testszenarien, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
VOIP, Softwaretests, Gateway, H.323
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