Monitoring für VoIP-, IPTV- und Videosysteme
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Qualitätsprobleme gehören bei VoIP- und UC-Projekten zur Tagesordnung. Nicht umsonst assoziieren viele Nutzer mit Voice over IP eine schlechte Sprachqualität und instabile Verbindungen. Durch die Integration von Monitoring-Funktionen ist es jedoch möglich, die Datenströme kontinuierlich auszuwerten und Probleme bereits im Ansatz zu erkennen.
Zu den häufigsten Problemen beim Einsatz von VoIP und Video in den Unternehmen zählen laut einschlägigen Analystenumfragen die Schwierigkeiten mit der Medienqualität. Diese wirkt sich direkt auf die Sprachqualität aus. Da es sich bei der Übermittlung von VoIP, Video und UC um Echtzeitsysteme handelt, reagieren diese Anwendungen sensitiver auf Übertragungsstörungen. Da es oft kein kontinuierliches Monitoring in den Netzen gibt, bemerken die Techniker auftretende Fehler erst, wenn sich die Nutzer beschweren.
Der Begriff Monitoring subsummiert alle Arten der unmittelbaren systematischen Datenerfassung, Protokollierung und Überwachung eines Prozesses mithilfe technischer Hilfsmittel. Dabei ist die wiederholte regelmäßige Durchführung ein zentrales Element der jeweiligen Analyseprogramme, um anhand von Ergebnisvergleichen Schlussfolgerungen ziehen zu können. Eine wesentliche Funktion des Monitorings besteht darin, bei einem beobachteten Ablauf oder Prozess steuernd einzugreifen, sofern dieser nicht den gewünschten Verlauf nimmt oder bestimmte Schwellwerte unter- beziehungsweise überschritten sind. Dabei gilt der bekannte Leitspruch: "If you can?t measure it, you can?t manage it".
In Unternehmen gewinnen Echtzeitanwendungen immer mehr an Bedeutung, deshalb ist die Übertragungsqualität für einen reibungslosen Betrieb umfassend zu überwachen. Beim Monitoring geht es daher um die Überwachung der Schnittstellen zwischen dem Betrieb und der Technik. Die Analyse und das Management bilden die Schaltstelle, über die alles läuft und die im Mittelpunkt der Betrachtung stehen muss. Das Monitoring sorgt also für die Prozessoptimierungen und eine unabhängige Überprüfung der vorhandenen Kommunikationsinfrastrukturen.
Zur Analyse und zur Überwachung von Multimediaanwendungen müssen die eingesetzten Werkzeuge im Netzwerk die Echtzeitinformationen gezielt sammeln und kontinuierlich auswerten. Die gesammelten Daten reflektieren den aktuellen Zustand der Multimediaanwendungen. Das Multimedia-Monitoring besteht aus folgenden Modulen:
VoIP-Monitoring: Für den VoIP-Betrieb ist eine kontinuierliche Auswertung des VoIP-Verkehrs unabdingbar. Daher überwacht ein VoIP-Monitoring sowohl die Signalisierung als auch die Mediaströme. Zu den vom Monitoring überwachten Parametern gehören die aufgetretenen Paketverluste, die Verzögerungen, der Jitter (Verzögerungsschwankungen) und die aus den VoIP-Streams ermittelten MOS-Werte nach dem E-Modell.
Die Überwachung des VoIP-Verkehrs erfolgt an einem zentralen Netzknoten. Dabei erhält das Monitoring-System die am betreffenden Netzknoten auftretenden Datenströme durch eine Spiegelung und analysiert und dokumentiert sie. Der Vorteil dieser passiven Analyse besteht darin, dass keine zusätzlichen Lasten im Netzwerk entstehen. Die erfassten Daten werden anhand der von den Nutzern erzeugten VoIP-Ströme ermittelt, bewertet und in Detail-Reports ausgegeben. Das Monitoring bietet dem Betreiber so eine dauerhafte Überwachung des Netzwerks, wodurch eine Übersicht der vorhandenen VoIP-Qualitäten zu jeder Tages und Nachtzeit entsteht. Dadurch lassen sich die für das Netzwerk und die Multimediaanwendungen festgelegten Service Level Agreements (SLAs) überwachen.
Video: Nach der flächendeckenden Realisierung von Voice over IP folgt jetzt die zweite Welle der IP-Integration in die Unternehmensnetze. Bei den neuen in das Netzwerk integrierten Anwendungen handelt es sich um Video (Videoüberwachung und Video-Conferencing) sowie TV- oder IPTV-Signale. Dass diese neuen Anwendungen zusätzliche extrem hohe Anforderungen an das Netzwerk stellen, ist problematisch. Video und TV im Netzwerk erfordern die Bereitstellung garantierter hoher Bandbreiten. Bei interaktivem Video verschärft sich diese Anforderung noch zusätzlich, denn es sind durchgehende Qualitätsmerkmale von Endgerät zu Endgerät erforderlich.
Videoüberwachung: Die Videoüberwachung dient der Beobachtung von Orten. Häufig steht diese Form der Überwachung in Verbindung mit der Aufzeichnung und Analyse der gewonnenen audiovisuellen Daten. Bei der Videoüberwachung läuft in der Regel das von der Kamera aufgenommene Signal per Unicast-Mechanismus an einen zentralen Video-Server, der die Daten dann weiterverarbeitet.
Video-Conferencing: Eine Videokonferenz ist der synchrone Informationsaustausch zwischen Menschen an mehr als einem Ort in einer Konferenz, und zwar mithilfe von technischen Einrichtungen zur Bild- und Tonübertragung. Die unterschiedlichen Bilder und Töne an den Orten sind durch die Teilnehmer beeinflussbar für die jeweiligen Endgeräte aufbereitet. Im Gegensatz dazu bezeichnet man eine virtuelle Form der Videokonferenz als Telepresence. Dort erzeugt eine aufwändige Anordnung der Technik die Illusion einer Face-to-Face-Kommunikation. Es scheint fast so, als wäre der Teilnehmen mit seinem Gegenüber tatsächlich in einem Raum. Besonders die Verbesserung der Videokonferenztechnik durch High-Definition-Systeme mit besonders hohen Auflösungen sorgt dafür, dass solche Systeme heute vermehrt zum Einsatz kommen. Beim Video-Conferencing und Telepresence läuft ein individueller Datenstrom auf Basis von Unicast-Sessions zwischen den beteiligten Nutzern.
IPTV: Internet Protocol Television (IPTV) ist der Übertragungsweg über IP-Ressourcen zur Übermittlung von Fernsehprogrammen und Filme. IPTV ist weder ein Standard noch ein Konzept und damit nur ein Gattungsbegriff, der in sehr vielen unterschiedlichen Ausprägungen anzutreffen ist.
Einige Anbieter von Programminhalten verstehen unter IPTV zudem den frei zugänglichen Transport von Bewegtbildern über das Internet. Bei der Datenübertragung vom Streaming-Server des Senders zum IPTV-Empfangssystem gibt es zwei Verfahren, Unicast und Multicast.
Beim Unicast steht jedem Zuschauer ein individueller Datenstrom zur Verfügung. Dadurch kann der Zuschauer den Startpunkt einer Sendung oder eines Videobeitrags individuell bestimmen (Video on Demand). Beim Mulicast erhalten gleichzeitig alle Empfänger dieselben Daten vom Sender. Dadurch ist zunächst nur lineares Broadcast-TV möglich (linear, da die Reihenfolge der Sendungen nicht vom Benutzer beeinflussbar ist). Gegenüber Unicast hat Multicast den Vorteil, dass die Netzlast für den Sender nicht so stark mit der Anzahl der Teilnehmer steigt.
Die Standardisierung von Videokodierungsverfahren ist mittlerweile ein internationale Organisationen überspannender Prozess, an dem die Moving Picture Experts Group (MPEG) sowie die ITU beteiligt sind. Daher haben viele identische Verfahren verschiedene Bezeichnungen wie beispielsweise ITU H.264, MPEG-4 Version 3 oder MPEG-4 AVC, hinter denen sich der gleiche Codec verbirgt.
Die Video/IPTV-over-IP-Welt nutzt heute vor allem den H.264-Codec. Diese hocheffiziente Videokompression erreicht typischerweise eine etwa dreimal so hohe Kodiereffizienz wie H.262 (MPEG-2) und ist auch für hoch aufgelöste Bilddaten ausgelegt.
Bei HDTV ist H.264 das verpflichtende Videokompressionsverfahren für die hochauflösende Fernsehübertragung. Bei der Videokonferenztechnik stehen Anwendern seit 2005 Videokonferenzendsysteme mit H.264-Codecs zur Verfügung.
Monitoring im Netzwerk
Die am betreffenden Netzknoten auftretenden Datenströme werden an das Monitoring-System gespiegelt, und dieses analysiert und dokumentiert sie. Für die Bewertung der empfangenen VoIP-Ströme nutzt das Monitoring-System das E-Modell (ITU-T Rec. G.107). Dieses Messverfahren bewertet einen RTP-Stream anhand der darin enthaltenen Paketparameter. Dabei zeichnet das VoIP-Messgerät die von dem Telefon oder der Telefonanlage übermittelten RTP-Streams auf. Anschließend bewertet es die Eigenschaften der aufgezeichneten RTP-Streams. Zu den in die Beurteilung einfließenden Paketparametern gehören: die Paketverluste, der Jitter und die Codierung. Diese drei Parameter stehen anschließend dem E-Modell-Algorithmus zur Verfügung. Mit seiner Hilfe lässt sich daraufhin der MOS-Wert des jeweiligen RTP-Streams berechnen.
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