All-IP-Telefonie heute

Die klassische Telefonie war gestern – All-IP ist heute
Einen technischen Einblick in die Entwicklung hin zu einem multimedialen Netz der Telekom.

Bild von succo auf Pixabay

Bis Ende des Jahres 2019 wurden im Netz der DTAG nahezu alle Privatkunden Anschlüsse in das All-IP-Netz der Telekom überführt. Das klassische Telefonnetz (PSTN) soll abgeschaltet werden. Aus Kostengründen soll nur noch ein Netz für alle Dienste bewirtschaftet werden. Die PSTN-Vermittlungsstellen haben ihr Laufzeitende erreicht. Ersatzteilbeschaffung ist nicht mehr möglich, die Technologie ist veraltet. Aus diesem Grund mussten die Telefonanschlüsse auf das IP-Netz umgeschaltet werden (VoIP). Anschlüsse zu Notrufabfragestellen und Businessanschlüsse (z. Bsp. Primärmultiplexanschlüsse) werden sukzessive umgestellt, so dass Ende 2020 die PSTN-Plattform beschaltungsfrei ist und abgebaut werden kann.

Im All-IP-Netz erfolgt die Übertragung aller Daten ausschließlich über das Internet Protokoll. Alle Dienste werden über dieses eine Netz realisiert. Um das IP-Netz zu optimieren, wurde es von der bisherigen AGS Struktur auf BNG umgestellt. Das verlinkte Video beschreibt den neuen Netzaufbau. https://youtu.be/RNf4Nz0B7P0

Für den (Privat) Kunden am All-IP-Netz ist das Home-Gateway (Router) der alleinige Zugang zum Netz. Die Verbindung erfolgt entweder über die vorhandene Kupfer-Doppelader oder über einen Glasfaseranschluss. Die Kupferader beziehungsweise die Glasfaser werden am MSAN terminiert (meist als Outdoor Variante im Multifunktionsgehäuse, https://youtu.be/Pn-pD9S0ABI). Dieses Netzelement verbindet das Zugangsnetz mit dem Core-Netz (Kern-Netz) über den BNG.
Der heute eingesetzte MSAN löst die Funktion des bisherigen DSLAM ab. Eine Ausnahme bildet der Single-Play-Anschluss (analoger Anschluss ohne DSL). Er wird direkt über die Kupfer-Doppelader zum MSAN geführt. Dort gibt es spezielle POTS-Karten. Diese können einen IP-Anschluss in einen analogen Anschluss umwandeln.

Der Anschluss:

Je nach Variante des Home-Gateways (Router) haben diese verschiedenen Schnittstellen, um Telefon bzw. Endgeräte anzuschließen. In der Regel ist am Router eine oder mehrere a/b-Schnittstellen vorhanden. Daran kann über einen TAE-Stecker ein analoges Telefon angeschlossen werden. Bei speziellen Routern (Speedport 925V, Telekom Digitalisierungsbox) ist auch eine ISDN- Schnittstelle für Basisanschlüsse vorhanden. Alle modernen Router für Privatkunden (z. Bsp. Speedport Smart 3) haben eine Basis für schnurlose Telefone eingebaut.

Verbindung und Technik:

Der Router wandelt nahezu alle Informationen in die für IP-Telefonie notwendigen Protokolle um. Nur wenige ISDN-Leistungsmerkmale sind nicht abgebildet. Zur Signalisierung wird das SIP Protokoll verwendet. Es wird zum Aufbau, Steuerung und Abbau einer Kommunikationssitzung von zwei und mehr Endstellen verwendet. Alle notwendigen Steuerungsparameter werden mit diesem Protokoll zum und durch das Netz übertragen.

OSI-Schichtenmodell

In der kleinen Grafik ist die Anordnung im OSI-Schichtenmodell beschrieben. Eingebettet in das SIP Protokoll ist das SDP Protokoll. Über diese Ergänzung werden Verbindungsinformationen ausgetauscht, wie zum Beispiel IP-Adresse, Codec und Ports der jeweiligen Endstelle. Die Nutzkanalinformation (Sprache, Video, IM, …) wird mit dem RTP Protokoll übertragen, das speziell für Real Time Anwendungen entwickelt wurde. Es gewährleistet einen durchgängigen Transport von Daten in Echtzeit. Je nach Codec sind geringe Paketverluste tolerierbar. Eine Funktion, um Paketverluste feststellen zu können, gibt es aber nicht. Mit RTP wird der Medienstrom in Datenpakete aufgeteilt. Im Header der Datenpakete sind Informationen enthalten, wie Codec oder Sequenz Nummer. Ein unnötiger Protokoll Overhead wird vermieden.

Zur Übertragung der Medieninhalte (z. Bsp. Sprache) muss das analoge Sprachsignal digitalisiert werden. Dazu sind Codecs in die Endgeräte implementiert. Die Codecs arbeiten nach dem Prinzip von Sampling, Quantisierung und Kodierung. Je nach Art des Codecs kann das Signal komprimiert werden oder auch die Übertragungsqualität verbessert werden. Im PSTN wird der Codec G.711 verwendet. Er ist unkomprimiert und überträgt die Sprache zwischen 300 Hz und 3,4 kHz. Die notwendige Bandbreite ist 64 kbit/s. Dieser Codec kommt auch bei VoIP zur Anwendung. Der Standard Codec bei VoIP ist G.722 (HD-Telefonie). Die Sprache wird zwischen 50 Hz und 7 kHz übertragen (Bandbreite 64 kbit/s). Voraussetzung ist, dass beide Endstellen mit den passenden Telefonen ausgestattet sind. Diese sind Handgeräte (z. Bsp. die Speedphone Serie der Telekom), die über CAT-iq (DECT Nachfolger) an das Home-Gateway drahtlos gekoppelt sind. IP-Festnetztelefone mit modernen Codecs können direkt am Ethernet-Port des Routers angeschlossen werden. Dazu ist aber eine Änderung der IP-Konfiguration (Port-Weiterleitung) am Router notwendig. Für „normale“ Anwender ist das weniger geeignet.

Vermittlungsstelle:

Die netzweite Steuerung der Verbindung erfolgt im IMS. Die Architektur des Vermittlungssystems besteht aus vielen Standard – Komponenten die unterschiedlichen Vermittlungsfunktionen zur Aufgabe haben (Authentifizierung, Autorisierung, Verbindungssteuerung, Abrechnung, …). Spezifiziert wurde es vom 3rd Generation Partnership Project-Gremium (3GPP). Das IMS Konzept vereinfacht die Verwaltung der Netzinfrastruktur. Durch flexible Erweiterungen der Komponenten können neue Services durch den Netzbetreiber sehr schnell bereitgestellt werden.

Relevante Links ins Internet:

»  Multifunktionsgehäuse
»  BNG

Abkürzungen:

Abkürzung: Beschreibung:
AGS: Aggregation-Stufen
BNG: Broadband Network Gateway (Router als Schnittstelle zwischen Access und Core Netz)
CAT-iq Cordless Advanced Technology (Mit CAT-iq können herkömmliche Telefonanwendungen mit IP-Netzen verknüpft werden.)
Codec: steht für CO-dieren und DEC-odieren
DECT: Digital Enhanced Cordless Telecommunications (internationaler Standard für Telekommunikation mittels Funktechnik, besonders für Schnurlostelefone)
DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSL-Zugangsmultiplexer, ist ein Teil der für den Betrieb von DSL benötigten Infrastruktur.)
IM: Instant Messaging (Ist eine Kommunikationsmethode, bei der sich zwei oder mehr Teilnehmer per Textnachrichten unterhalten.)
IMS: IP-Multimedia Subsystem (Ist der Standard für ein IP-Telekommunikationssystem das Zugriff auf Dienste aus unterschiedlichen Netzwerken zum Ziel hat. Es wurde ursprünglich für den Mobilfunk entwickelt.)
ISDN: Integrated Services Digital Network
MSAN: Multi Service Access Node (Komponenten im Zugangsnetz von IP-Netzen)
PMX: Primärmultiplexanschluss
POTS: Plain old telephone service (einfacher alter Telefondienst)
PSTN: Public switched telephone network (öffentlich vermitteltes Telefonnetz)
QoS: Quality of Service (Dienstgüte)
RTP: Realtime Transport Protocol (Protokoll zur kontinuierlichen Übertragung von audiovisuellen Daten)
SDP: Session Description Protocol (Protokoll beschreibt Eigenschaften von Multimediadatenströmen)
SIP: Session Initiation Protocol (Netzprotokoll zum Aufbau, zur Steuerung und zum Abbau einer Kommunikationssitzung zwischen zwei und mehr Teilnehmern)
TAE: Telekommunikations Anschluss Einheit
VoIP: Voice over IP (Internet-Protokoll-Telefonie)

Bericht: Werner Kimmich

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