Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation und Zielsetzung
1.2 Erläuterung der Gliederung
2 Das klassische Festnetz
2.1 Die analoge Telefonie
2.2 ISDN-Telefonie
3 Next Generation Technologie: Voice over IP-Telefonie
3.1 Netzaufbau
3.2 Sprachkommunikation mittels Voice over IP
3.2.1 Real-Time Transport Protocol (RTP)
3.2.2 H
3.2.3 Session Initiation Protocol (SIP)
3.3 Teilnehmerkennungen bei Voice over IP
3.4 Fax over IP (FoIP)
3.5 Qualitätsanforderungen an Voice over IP
4 Fazit und Ausblick
Quellenverzeichnis
Abb. 1: Anzahl Telefonanschlüsse nach Zugangsart 2011
Abb. 2: Schema der hierarchischen Architektur des klassischen Festnetzes
Abb. 3: Einige wichtige Kommunikationsdienste über ein IP-Netz
Abb. 4: Schema H.323-Netz
Abb. 5: SIP-Architekturschema
Tab. 1: Aufbau einer Telefonrufnummer im klassischen Festnetz
Tab. 2: ISDN Leistungsmerkmale
Tab. 3: Die 5 Umformungsschritte zur eindeutigen ENUM-Teilnehmerkennung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1 Einleitung
„Ich habe mir immer gewünscht, dass mein Computer so leicht zu bedienen ist wie mein Telefon. Mein Wunsch ging in Erfüllung: Mein Telefon kann ich jetzt auch nicht mehr bedienen.“1 Dieses Zitat des Erfinders der Programmiersprache C++2, Bjarne Stroustrup, spiegelt in wenigen Worten die hohe Komplexität, die steigende Bedeutung der Informationstechnologie (IT) und dessen starkes Wachstum in vielen privaten sowie wirtschaftlichen Bereichen in der heutigen Zeit wider3.
Durch die daraus folgenden Innovationen entstanden in den letzten Jahren in zahlreichen Bereichen neue Produkte, die teilweise von der Presse als „revolutionär“ bezeichnet wurden4. So ließ der inzwischen verstorbene Mitgründer Apples, Steve Jobs, bereits 2007 auf einer Messe verlauten: „Wir werden das Telefon neu erfinden.“5 Dementsprechend öffneten sich neuartige Geschäftsfelder, die es jetzt bestmöglich zu nutzen gilt. Eines davon wird im Allgemein als Internettelefonie oder Voice over Internet Protocol6 (VoIP) bezeichnet und steht laut aktuellen Prognosen für die zukünftige Standardtechnologie der Sprach- und Videotelefonie.
Deutschland als international wettbewerbsfähiger Standort bietet aufgrund einer starken Wirtschaftspolitik ideale Voraussetzungen für Forschung und Entwicklung7. Der deutsche Telekommunikationsmarkt zeigt dies als gesättigter, innovativer Markt mit immer schneller werdenden Produktzyklen deutlich. Waren im Jahr 2005 nur ein Viertel der Haushalte und die Hälfte aller Unternehmen mit einem Breitbandzugang ausgestattet, so liegen diese Werte seit Beginn 2012 bei circa 80 Prozent8. Gleichzeitig wuchs das Datenvolumen des stationären Breitbandverkehrs in den letzten zehn Jahren um circa 19.000 Prozent auf 4,3 Milliarden Gigabyte9. Auf den Anteil der deutschen Haushalte bezogen entspricht dies einem durchschnittlichen, monatlichen Datenvolumen von 12,1 Gigabyte pro Anschluss10 im Jahr 2011. Ähnliche Tendenzen finden sich zudem im Mobilfunkbereich, wo sich in den letzten vier Jahren das Datenvolumen um 710 Prozent auf 93 Millionen Gigabyte im Jahr 2011 steigerte11, was der Einführung von Datenflatrates und der darauffolgenden menschlichen Entwicklung zum mobilen, vernetzten Leben zu verdanken ist.
Die dargelegten Zahlen werden auch zukünftig weiter steigen, da die Anzahl der klassischen Festnetzanschlüsse (analog und digital) seit dem Jahr 2009 langsam, jedoch stetig abnimmt. Im Gegenzug lässt sich bereits durch einen Rückblick auf die letzten drei Jahre eine verhältnismäßig größere Steigerung der Verwendung der Internettelefonie über Kabel-TV-Netz sowie Digital Subscriber Line12 (DSL) erkennen, siehe Abb. 1.
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Abb. 1: Anzahl Telefonanschlüsse nach Zugangsart 2011
(Quelle: Entnommen aus: Bundesnetzagentur, BNetzA (2012a), Online im Internet.)
Auf Basis dieser gewonnenen Erkenntnisse soll die Seminararbeit einen Überblick über die Next Generation Technologie „Voice over IP“ gegenüber dem klassischen Festnetz geben, wobei der Status quo des (weltweiten) Softwareprojekts und dessen Zukunftsaussichten im Fokus stehen. Die Zielsetzung ist somit ein Vergleich der „alten“ und „neuen“ Telefonie-Welt mit der Fragestellung, ob der aktuelle Reifegrad der Internettelefonie einen Ersatz des klassischen Festnetzes in naher Zukunft ermöglicht.
Die Hausarbeit wird in zwei grundsätzliche Bereiche aufgeteilt, um das beschriebene Ziel zu erreichen. Als erstes folgen die wichtigsten Fakten zum klassischen Festnetz mit Augenmerk auf dessen realisierten, technischen Möglichkeiten. Danach schließt sich ein ausführlicher Überblick über den aktuellen Stand der Technik VoIPs an, wo neben dem technischen Verständnis insbesondere der Blick auf das Qualitätsmanagement gerichtet wird. Ein Fazit inklusive Ausblick bildet den Schluss der Arbeit.
„Festnetz ist nicht gleich Festnetz.“13 Seit der Erfindung des Telefons vor ungefähr 150 Jahren blieb zwar das grundlegende Prinzip der zwischenmenschlichen Kommunikation so gut wie unverändert, jedoch änderte sich dafür umso mehr das technologische Konzept der Sprachvermittlung von einem analogen zu einem digitalen Telefonnetz. Das in diesem Kontext üblicherweise als Public Switched Telephony Network (PSTN) bezeichnete Telefonnetz wird im deutschen Sprachgebrauch mit dem Begriff des klassischen Festnetzes gleichgesetzt. Hierbei ist festzuhalten, dass diese Architektur größtenteils auf analogen Teilnehmeranschlüssen beruht, jedoch mittlerweile die relevanten Systemknotenpunkte, die sogenannten Vermittlungsstellen, auf digitale Technik umgerüstet wurden. Der Grund für diese Maßnahme ist die Reduzierung der wartungs- sowie kostenintensiven Aufwände der analogen Technik gegenüber einem moderneren, digitalen System namens Integrated Services Digital Network14 (ISDN).15 Der nächste Technologiewandel steht jedoch schon bald bevor, da die Anzahl aller klassischen Festnetzanschlüsse in Deutschland in den letzten zehn Jahren um 25 Prozent auf 29,5 Millionen im Jahr 2011 sank16. Stattdessen nutzen die Teilnehmer kostengünstigere, alternative Kommunikationsmittel wie Voice over IP. Ein europäischer Vergleich der Haushalte mit Festnetzanschlüssen zeigt zudem, dass Deutschland trotz der dargestellten, hohen Wechselquote noch deutlich (mit 16 Prozentpunkten) über dem europäischen Durchschnitt von 71 Prozent im Jahr 2011 liegt17. So sprechen zahlreiche Telekommunikationsexperten von einem absehbaren, schleichenden Ende der vorhandenen, klassischen, analogen wie digitalen Telefonnetzen in den nächsten zehn Jahren.
Das mehr als 100 Jahre alte, analoge Telefonnetz bildet das ursprüngliche Gerüst eines Telekommunikationsnetzes. Der Aufbau entspricht einer hierarchischen Architektur bestehend aus Teilnehmeranschlüssen und verschiedenen Vermittlungsstellentypen, siehe Abb. 2.
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Abb. 2: Schema der hierarchischen Architektur des klassischen Festnetzes
(Quelle: Eigener Entwurf)
Dabei bilden die Teilnehmeranschlüsse (TA) der Endkunden die unterste Ebene, wo die nutzbaren Endgeräte wie ein Telefon oder Telefax angeschlossen werden können. Darüber befinden sich die Ortsvermittlungsstellen (OVSt); die die einzelnen Teilnehmeranschlüsse lokal anbinden. Die nächste Ebene sind die Fernvermittlungsstellen (FVSt), die die Ortsvermittlungsstellen miteinander verbinden, sodass nationale Telefongespräche möglich sind. Um internationale Verbindungen herstellen zu können, müssen die Teilnehmer über die Transitvermittlungsstellen (TVSt) in fremde, wiederrum nationale Telefonnetze geleitet werden.18
Hierbei sind die Teilnehmeranschlüsse anhand von weltweit einmaligen Telefonrufnummern eindeutig identifizierbar, was anhand der Struktur der einzelnen Teilnehmerrufnummern leicht nachvollziehbar ist, siehe Tab. 1.
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Tab. 1: Aufbau einer Telefonrufnummer im klassischen Festnetz
(Quelle: In Anlehnung an: Debes, Maik u.a. (2007), S.125f.)
Die analoge Telefonie ist der technisch einfachste Weg der Übertragung von Sprache, da die per Telefonmikrofon aufgenommenen Wörter der Teilnehmer ohne weitere Bearbeitung der elektrischen Schwingungen als analoges Sprachsignal zum Gesprächspartner übermittelt werden können. Leider ist diese Übertragungsart sehr ineffizient, da zur Sprachübertragung eine ständige Telefonverbindung erst aufgebaut und anschließend abgebaut werden muss (Leitungsvermittlung). Dies geschieht mit Hilfe des sogenannten Signalisierungsverfahrens, wobei spezielle akustische Signale (zum Beispiel das bekannte Freizeichen oder die unterschiedlichen Töne der Wahltasten) die entsprechenden Funktionen in den Vermittlungsstellen steuern, wie beispielsweise den Verbindungsaufbau zur Zielrufnummer.19
Ein wesentlicher Grund für die (Teil-)Fortführung des klassischen Telefonnetzes ist die Möglichkeit der Fernspeisung der kabelgebundenen Endgeräte am Teilnehmeranschluss. Bei einem (lokalen) Stromausfall kann somit weiterhin ein Telefongespräch geführt werden. Dies ist besonders in Situationen, die eine Gefahr für Leib und Leben darstellen, wichtig, sodass sich beispielsweise in Aufzügen, Türsprecheinrichtungen, Krankenhäusern und an automatisch verschließbaren Türen generell analoge Notfalltelefone befinden20.
Seit der Digitalisierung der Vermittlungsstellen können analoge Teilnehmeranschlüsse zusätzliche ISDN-Komfortfunktionen nutzen, wie „schnelle Vermittlung, Anklopfen, Rückfragen, Anrufweiterschaltung, Dreierkonferenz und Makeln“21. Auf diese und weitere sogenannten Leistungsmerkmale wird im folgenden Kapitel näher eingegangen.
Mit der Einführung ISDNs im Jahr 1996 schritt die Digitalisierung des bestehenden Telefonnetzes so weit voran, dass seit diesem Zeitpunkt aufgrund der digitalisierten Übertragungswege der neuen Vermittlungsstellen von einem digitalen Netz gesprochen werden kann. Der hierarchische Aufbau wurde dabei nicht verändert. Hier werden jedoch die Sprachsignale nicht mehr analog übermittelt, sondern erst mit Hilfe komplizierter Verfahren22 digitalisiert, dann als Bitstrom übertragen und anschließend wieder in analoge, menschlich hörbare Signale (Schall) umgewandelt. Die ISDN- Technik stellt somit einen (zumindest europaweit) standardisierten, digitalen Sprachkanal bereit. Dieser muss wie bei der analogen Telefonie erst auf- und am Ende des Telefongesprächs wieder abgebaut werden. Auch hier macht man sich dafür ein digitales Signalisierungsverfahren zu Nutze, worauf aufgrund des nicht allzu technischen Fokus der Seminararbeit jedoch nicht weiter eingegangen wird.23
Mit ISDN werden im Allgemeinen besondere Komfortfunktionen des Telefonierens verbunden, wovon die bekanntesten in folgender Tabelle zusammengefasst sind:
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Tab. 2: ISDN Leistungsmerkmale
(Quelle: In Anlehnung an: Thor, Alexander (2005), S.19ff.)
Neben den vielen (weiteren), neuen Leistungsmerkmalen des ISDNs wurde jedoch auf die Möglichkeit der Fernspeisung kabelgebundener Endgeräte explizit nicht verzichtet, damit trotz Digitalisierung jederzeit Notrufgespräche ermöglicht werden können24.
Wie in der Einleitung beschrieben, ist in den letzten Jahren ein enormes Wachstum im Breitbandbereich zu beobachten. Die immer flächendeckendere Abdeckung mit schnellen Datenübertragungsraten sorgt zudem bei deutschen Unternehmen sowie Haushalten für einen Durchbruch bei der Next Generation Technologie25 „Voice over IP“. So stiegen in den letzten fünf Jahren die Anzahl der VoIP-Anschlüsse über DSL und über Kabel-TV-Netz in Deutschland von anfänglich 410.000 im Jahr 2006 auf 9,05 Millionen im Jahr 201126.
Somit gewinnt die Internettelefonie spürbar immer mehr an Bedeutung, sodass sich ein genauerer Blick auf den Status quo des (weltweiten) Softwareprojekts mit besonderem Fokus auf den aktuell technisch realisierbaren Möglichkeiten lohnt.
Ein wichtiges, architektonisches Ziel der Voice over IP-Telefonie ist die Auflösung der zwei separaten Übertragungsnetze für Daten und Telefonie. Der Nutzen liegt in einer kostengünstigeren, einheitlichen und wartungsärmeren Infrastruktur. Durch den Wechsel weg von der klassischen Leitungsvermittlung hin zur paketorientierten Datenübertragung auf Basis des weltweit standardisierten, öffentlichen Internet Protocols27 (IP) werden zusätzlich weitere Optimierungen erreicht, die nur noch durch die zur Verfügung stehende Bandbreite oder einem begrenzten Datenkontingent des jeweiligen Teilnehmers beschränkt werden.28
Aufgrund der Vereinheitlichung der Übertragungsplattform auf IP können alle aktuell möglichen Telekommunikations- sowie Mediendienste angebunden werden, siehe Abb. 3. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass Unternehmen und Haushalte teils unterschiedliche Anforderungen an die Qualität der verschiedenen IP-Dienste stellen.
[...]
1 o.A. (2012), Online im Internet.
2 Weit verbreitete, von der International Organization of Standardization genormte Programmiersprache
3 Vgl. Stroustrup, Bjarne (2011), S.10.
4 o.A. (2012a), Online im Internet.
5 Gehlhoff, Beatrix/Schuld, Petra/Schütt, Ernst (2008), S.9.
6 [eng.] Sprachübertragung über das datenpaketbasierte Internetprotokoll
7 Vgl. Liecke, Michael/Schulz-Kamm, Eva/Schumann, Alexander (2011), S.3ff.
8 Vgl. Statistisches Bundesamt, DESTATIS (2012), Online im Internet.; Statistische Amt der Europäischen Union, EuroStat (2012), Online im Internet.
9 Vgl. Dialog Consult, VATM (2012), Online im Internet. 1
10 Vgl. Dialog Consult, VATM (2012a), Online im Internet.
11 Vgl. Bundesnetzagentur, BNetzA (2012), Online im Internet.
12 [eng.] Digitaler Teilnehmeranschluss; hier: Übertragungsstandard eines Breitbandzugangs über eine Teilnehmeranschlussleitung
13 Thor, Alexander (2005), S.27.
14 [eng.] dienstintegriertes, digitales Netz; hier: Standard eines digitalen Telefonnetzes
15 Vgl. Thor, Alexander (2005), S.27.; Badach, Anatol (2010), S.2f.
16 Vgl. Dialog Consult, VATM (2012b), Online im Internet.
17 Vgl. Europäische Kommission, EUK (2012), Online im Internet. 3
18 Vgl. Debes, Maik u.a. (2007), S.123f.
19 Vgl. Badach, Anatol (2010), S.4f.
20 Vgl. Fischer, Jörg (2008), S.175f.
21 Frey, Horst/Huttary, Rudolf (2004), S.13.
22 Für technische Einzelheiten wird auf Debes, Maik u.a. (2007), S.70ff verwiesen.
23 Vgl. Frey, Horst/Huttary, Rudolf (2004), 13. Thor, Alexander (2005), S.29f.; Badach, Anatol (2010), S.5f.
24 Vgl. Frey, Horst (2006), S.23.
25 Eine Next Generation Technologie bezeichnet die technische Umsetzung eines Next Generation Networks.
26 Vgl. Bundesnetzagentur, BNetzA (2012b), S.71.
27 [eng.] Internetprotokoll; weit verbreitetes, verbindungsloses Netzwerkprotokoll.
28 Vgl. Thor, Alexander (2005), S.16.
