12 Mai 2008    

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VoIP - téléphonie sur réseau TCP/IP - technique

Réseaux et communications

 
 
 
 
 

La VoIP semble se résumer aujourd'hui au choix entre 3 standards :

  • H.323
  • SIP
  • MGCP

Toutefois, chaque méthode fait appel à un certains nombre de technologies et de protocoles, parfois bien connus, pour

  • numériser les informations
  • identifier les interlocuteurs
  • acheminer les données
  • assurer la sécurité
  • ...

...un vaste programme !

Codage de la voix

Les techniques de transformation d'un signal sonore obéissent à plusieurs nécessités :

  • le son, et notamment la voix, est un signal dit analogique, variable de façon continue (sans "trous") et d'une complexité théoriquement infinie (il faudrait une quantité infinie d'informations pour le décrire totalement). Cependant, les ordinateurs ne peuvent traiter, stocker et transmettre que des nombres, et ce, dans une quantité déterminée. Il faut donc prélever sur le signal le minimum nécessaire à une reproduction correcte (l'échantillonnage) et le transformer en nombres (la numérisation). Le signal obtenu est appelé PCM (Pulse Code Modulation) ou MIC (Modulation par Impulsion Codée).
  • l'oreille humaine peut distinguer des sons de fréquence allant de quelques dizaines de hertz à environ 20 000 (15 000 à environ 25 000 suivant les oreilles, ce chiffre diminuant avec l'âge). Contrairement à une idée reçue, les fréquences très élevées ne correspondent pas forcément aux sons les plus aigus, mais le plus souvent aux détails complémentaires des sons (les harmoniques). On peut donc largement réduire la plage de fréquence transmise (la bande passante) sans nuire à la compréhension des sons, mais seulement à leur qualité. Le tableau ci-dessous désigne les plages généralement admises suivant leur usage.
     
  • la façon d'échantillonner et de numériser influe sur la qualité et la taille du signal à transmettre. Il existe donc de nombreux algorithmes et systèmes de codage (les codecs ou codeurs). On peut citer G.711 (le plus courant), NICAM (pour la télévision), ADPCM (pour les téléphones DECT), G.722 (pour la vidéoconférence), G.723.1 (sur les PC)...

La standardisation

Intégrant les algorithmes de codage de la voix, les standards de communication sont nombreux. Bien sûr, il est impossible de communiquer lorsque les deux interlocuteurs n'utilisent pas la même méthode.
Pendant longtemps, il était nécessaire de disposer à chaque extrémité du même matériel ou du même logiciel. Dans un marché naissant, chacun avait résolu les problèmes à sa façon, notamment parce que les difficultés à résoudre et le cahier des charges étaient bien différents entre deux PC dialoguant autour du monde et une installation téléphonique d'entreprise.
Une étape est maintenant franchie et la VoIP semble avoir trouvé des standards fiables et pérennes.
Les éléments de l'infrastructure (routeurs, switchs...) ainsi que les terminaux sont désormais compatibles avec les différents protocoles existants. Parallèlement, la qualité de service indispensable à la transmission des conversations est désormais généralement suffisante. Il émerge de l'ensemble trois protocoles principaux ; H.323, SIP et MGCP qui ont la charge de définir les formats de données, les méthodes de dialogue et de contrôle de l'infrastructure et des terminaux, ainsi que de l'identification des interlocuteurs.

H.323

Bien au point, c'est le protocole le plus utilisé par les applications de téléphonie sur IP et de visio-conférence (95 % du trafic), les réseaux d'opérateurs et les systèmes de téléphonie IP d'entreprise. Il est proposé par l'Union internationale des télécommunications (UIT).
Il permet la transmission en temps réel de la voix, des données et des images sur des réseaux à commutation de paquets (TCP/IP, PX/SPX, ATM...). Dérivée de H.320, elle répond aux besoins d'interopérabilité entre les équipements de visioconférence, sur des intranets ou sur Internet.

SIP (Session Initiation Protocol)

SIP a été conçu au sein de l'IETF pour être un protocole de transmission simple et performant.
Peut-être trop simple, il a été complété par de nombreuses interprétations et améliorations propriétaires qui en font un protocole encore réservé à des utilisations spécifiques, malgré la parution régulière de nouvelles RFC. Il a la préférence des nouveaux arrivants (start-up...).
Microsoft en incorporant sa propre vision de SIP dans sa messagerie instantanée Messenger va peut-être créer un standard de fait sur PC (dans NetMeeting, il incluait le client H.323).
En répondant aux mêmes impératifs, les évolutions de H.323 et SIP ont abouti sur des protocoles analogues et donc maintenant souvent interchangeables. Il n'est donc pas rare de trouver des logiciels et des matériels qui les acceptent tous les deux.

MGCP (Media Gateway Control Protocol)

C'est un protocole de contrôle et de transmission utilisé dans les installations de type VoIP. De plus bas niveau que H.323 ou SIP, il se limite à la commande de terminaux à partir de commandes élémentaires. Par nature, il plaiî aux constructeurs de la téléphonie traditionnelle.
MGCP devrait évoluer à travers le protocole H.248.

Echo, bruit de fond, silence

Dans tous les systèmes de téléphonie (classique, GSM, VoIP...), il faut résoudre certains problèmes nuisant à la qualité de la conversation :

  • l'écho : pour ne pas avoir l'impression de parler dans le vide, il est nécessaire d'entendre ses propres paroles. Lorsque le son de sa propre voix est très fort ou très décalé (écho), il y a nuisance.
    Il existe deux stratégies pour éliminer l'écho : modérer le son en retour et, par calcul, supprimer les signaux identiques décalés (c'est bien sûr plus facile à dire qu'à faire),
  • bruit de fond : depuis longtemps on connaît les VAD (Voice Activity Detection), chargés de détecter lorsque l'interlocuteur parle et de couper la transmission le reste du temps. Lorsque cette coupure est totale, il s'en suit un silence de mort dans le combiné, faisant penser que la liaison est interrompue.
    Etonnant donc au premier abord, on rajoute un bruit de fond artificiel, dit bruit de confort.

IPBX

C'est l'autocommutateur (PABX) qui gère le site ou les sites de l'entreprise. Certains modèles servent aussi de switch et/ou de routeurs pour les données. Le logiciel qui assure la commutation s'appelle un softswitch.
Il peut être géré sous IP en interne ou depuis l'extérieur.
Les IPBX peuvent généralement être connectés à d'autres IPBX, voire à des PABX classiques. Toutefois, les incompatibilités entre marques sont courantes.

Passerelle

La passerelle (gateway) est un élément de routage servant à l'interconnexion avec les opérateurs ou d'autres IPBX ou PABX.

Switch

Le switch est utilisé pour interconnecter les ordinateurs ou les téléphones et créer le réseau.
Dans le cas de la téléphonie, il faut assurer l'alimentation en 48 v du poste téléphonique. Les switchs compatibles avec la norme 802.3af le permettent. Dans le cas contraire, il faut injecter du courant à l'aide d'un boîtier spécial, suivant la technologie PoE.

Pour aller plus loin


La voix sur IP, Dunod

 Le livre de Olivier Hersent, David Gurle et Jean-Pierre Petit Le but de cet ouvrage est non seulement de fournir une synthèse claire et documentée sur les aspects théoriques des protocoles et des techniques mises en jeu, mais aussi (et même surtout) de faire partager une expérience pratique et approfondie des déploiements de services de voix sur IP.
Il s'adresse aux professionnels du monde des réseaux et des télécoms, qu'ils soient développeurs, chefs de projet, ou responsables réseaux d'une PME ou d'une grande entreprise.
 
 
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