Voice over IP

Telepon merupakan kebutuhan telekomunikasi yang paling utama di Indonesia ataupun di dunia. Orang bahkan rela mengeluarkan sejumlah uang hanya untuk menelepon rekan bisnis maupun koleganya yang terletak di luar kota bahkan negara. Namun dewasa ini, biaya komunikasi telepon cukup mahal khususnya di Indonesia.
Karena pada beberapa segmen masyarakat terutama di kalangan bisnis, kebutuhgan telepon hamir dapat disamakan dengan kebutuhan manusia akan kebutuhan primer.

a. TCP/IP dan Voice Over Internet Protocol (VoIP)
Tak dapat disangkal teknologi yang berkembang paling pesat saat ini adalah teknologi komunikasi data. Pemicunya adalah Internet, jaringan komunikasi data global yang berbasis protokol komunikasi TCP/IP. Perkembangan teknologi yang sangat pesat ini turut mendorong terciptanya suatu infrastruktur komunikasi data yang murah dan massal. Keberadaan infrastruktur ini membuat sebagian orang berpikir untuk melewatkan suara dalam jaringan ini. Pemikiran seperti inilah yang mendorong perkembangan teknologi Voice over Internet Protocol (VoIP).
VoIP sendiri ialah teknologi yang memungkinkan komunikasi suara dan fax menggunakan jaringan berbasis IP (Internet Protocol) untuk dijalankan diatas infrastruktur jaringan packet network. Jaringan yang digunakan bisa berupa internet atau intranet. Teknologi ini bekerja dengan jalan merubah suara atau fax menjadi format data digital tertentu yang dapat dikirimkan melalui jaringan IP. Berbagai macam produk telah tersedia di pasaran, baik berupa software yang merubah suara menjadi data digital dan mengirimkannya ke tujuan, sampai dengan integrasi hardware /software yang mampu menyediakan sarana komunikasi suara dan fax dengan kualitas setara dengan carrier-class network.

b. Perkembangan Teknologi Pendukung VoIP
(1) Chip DSP
Digital Signal Processor (DSP) merupakan komponen utama dalam proses kompresi suara. Arsitektur DSP processor didesain untuk perhitungan aritmatik yang berhubungan dengan algoritma pengolahan sinyal digital berkecepatan tinggi. Pada awalnya, DSP dijual dengan harga cukup mahal dan kemampuan pengolahannya belum optimal untuk implementasi algoritma kompresi suara yang membutuhkan kecepatan dan throughput data tinggi, padahal transmisi suara di atas infrastruktur packet network dengan kualitas yang dapat diterima manusia membutuhkan algoritma kompresi dan pengolahan sinyal yang kompleks, disertai dengan kebutuhan computing power (dihitung dalam skala Million Instruction Per Second atau MIPS) yang cukup tinggi. Akibatnya, pada masa lalu solusi transmisi suara diatas packet network bukan merupakan solusi cost-effective apabila dilihat dari aspek biaya dan kualitas suara yang dihasilkan.
Tetapi, dewasa ini harga DSP processor semakin menurun berlawanan dengan kemampuan komputasi processor yang semakin tinggi. Dengan kemampuan komputasi ini, maka kualitas suara yang dihasilkan otomatis menjadi semakin tinggi sedangkan biaya pembuatan sistem menjadi semakin rendah.

(2) High Speed Router
Router memiliki peranan untuk proses routing paket dari satu jaringan ke jaringan yang lainnya. Pada awalnya router hanya melakukan proses routing dan forwarding paket dari satu interface ke interface jaringan yang lain dengan cara best-effort.
Dewasa ini, dengan didukung teknologi mikroelektronika dan digital yang canggih telah dihasilkan high speed router yang mampu menggabungkan proses routing, forwarding, dan switching paket diatas hardware dengan kualitas wirespeed performance dan arsitektur non-blocking, sehingga mampu menangani jaringan berkecepatan tinggi yang hingga saat ini telah mencapai skala 2,4 Gbps dengan delay proses yang sangat rendah.
Selain kemampuan diatas, router masa kini telah dibekali kemampuan untuk menerapkan Quality of Service (QoS) di jaringan. Berbagai algoritma untuk antrian (queueing) seperti Weighted Fair Queuing (WFQ) dan protokol alokasi resource jaringan seperti Resource Reservation Protocol (RSVP) telah diintegrasikan pada software dan hardware yang ada pada router. Karena transmisi suara di atas packet network membutuhkan kualitas transmisi jaringan yang tinggi dan perlakuan yang berbeda, maka router sebagai salah satu komponen pada packet network telah siap digunakan untuk mendukung transmisi suara yang akan dijalankan diatas infrastruktur packet network.

(3) DWDM (Dense Wave Division Multiplexing)
Dewasa ini, cahaya merupakan salah satu media yang banyak dipilih untuk sarana transmisi data jarak jauh berkecepatan tinggi yang biasanya ditemukan pada backbone jaringan. Pada umumnya, cahaya ditransmisikan pada media kabel fiber optic. Biaya yang dibutuhkan untuk membentang kabel fiber optic masih sangat mahal, sehingga besar bandwith maksimum yang dapat ditampung oleh backbone dibatasi oleh jumlah kabel yang dibentang, karena untuk ekspansi selanjutnya dibutuhkan biaya yang sangat besar.
Akan tetapi, karena kebutuhan bandwith untuk transmisi data meningkat pesat, sedangkan kebutuhan tersebut tidak diikuti dengan penambahan kapasitas backbone (yang berarti membentang kabel baru), dikarenakan limitasi biaya, maka untuk memenuhi kebutuhan tersebut perlu digunakan suatu teknologi yang mampu meningkatkan bandwidth transmisi kabel fiber optic itu sendiri tanpa harus membentang kabel baru.
Teknologi Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) mampu meningkatkan kapasitas kabel fiber optic dari maksimum 2,4 Gbps menjadi 100 Gbps. Artinya, pada satu kabel yang sama, kemampuannya dapat ditingkatkan hingga mencapai 50 kali lipat. Solusi ini dianggap cukup efisien dari segi biaya dan peralatan, karena pemilik backbone cukup menambahkan peripheral yang dibutuhkan tanpa perlu membentang kabel baru.

c. Keuntungan VoIP

(1) Harga peralatan yang lebih murah
Teknologi voice over IP dibangun berbasis teknologi internet yang perkembangannya sangat cepat. Perkembangan yang sangat cepat ini menyebabkan harga peralatan akan turun secara drastis. Berbeda dengan teknologi PBX dan PSTN yang cenderung statis.

(2) Efisiensi bandwith
Keuntungan menggunakan voice over IP timbul terutama dari semakin murahnya komponen elektronik terutama chip DSP, murahnya chip DSP ini memungkinkan diwujudkannya hal-hal yang dulu mustahil dilakukan seperti melakukan kompresi suara menjadi paket data 8 Kbps dengan kualitas sama dengan 64 Kbps PCM. Besar kanal yang saat ini digunakan oleh satu kanal suara dengan teknologi VoIP dapat digunakan oleh delapan kanal suara, sehingga otomatis tarif telekomunikasi pun akan menurun drastis. Penurunan tarif kan semakin terasa jika sistem ini digunakan untuk SLJJ.
Selain itu, dengan adanya feature silence suppression dan voice detection (VAD), bandwidth jaringan yang ada, dapat sekaligus dipakai untuk transmisi data dan suara. Akibatnya, efisiensi kanal akan semakin tinggi.

(3) Biaya perawatan yang murah
Karena VoIP berbasis pada teknologi internet, jaringan internet yang sudah ada dapat diperluas sehingga men-support teknologi ini dengan harga yang murah. Selain itu jaringan dapat dikelola dengan cara dan pengetahuan yang tidak jauh berbeda dengan mengelola jaringan internet. Pengelola internet di jaringan yang bersangkutan cukup mengatur satu jaringan saja.

(4) Munculnya aplikasi baru
Karena VoIP dibangun diatas jaringan internet, yang dikenal dengan timbulnya berbagai jenis aplikasi baru yang menarik, maka dimungkinkan adanya pengembangan dan penambahan service baru untuk value added service (VAS) yang sudah ada. Contohnya user dapat menelepon tanpa harus memutuskan sambungan internetnya atau user dapat dihubungi walaupun sedang berinternet.

d. Aplikasi Baru untuk VoIP
Berikut ini beberapa kemungkinan aplikasi yang mungkin diterapkan dengan dijalankannya service VoIP ini dilihat dari sisi pengguna atau operator jaringan VoIP.

(1) Business to Business
Pihak pertama yang dapat diuntungkan oleh teknologi ini ialah perusahaan besar, terutama yang memiliki lokasi tersebar dalam jarak berjauhan dan sudah memiliki intranet atau jaringan komputer antar cabang perusahaan.

(2) ISP
Internet Service Provider ialah yang paling berpeluang untuk mengambil kesempatan dengan teknologi ini. Tersedianya infrastruktur jaringan berbasis IP serta point of present di berbagai tempat merupakan keunggulan tersendiri. Dengan teknologi Voice over IP ini, ISP dapat memberikan beberapa service tambahan bagi pelanggannya.

e. Arsitektur Sistem VoIP
VoIP merupakan salah satu bagian dari metode pengiriman suara menggunakan teknik packet voice. Metode packet voice yang lain adalah Voice over ATM dan Voice over Frame Relay. Semua jaringan packet voice menggunakan prasarana jaringan paket (packet network).
Di sisi jaringan paling luar (edge) terdapat komponen, yang disebut “voice agent”. Tugas dari komponen ini adalah untuk merubah informasi suara dari telepon menjadi bentuk data yang dapat ditransmisikan pada jaringan paket. Jaringan kemudian akan mentransmisikan data ke voice agent yang terhubung dengan telepon tujuan.
Jaringan VoIP dapat ditinjau dari dua segi yang berbeda, yaitu voice agent dan packet network itu sendiri.

(1) Voice agent
Voice agent sangat menentukan kualitas suara yang ditransmisikan pada jaringan VoIP. Terdapat dua komponen pada voice agent yang perlu diperhatikan, yaitu voice coding dan signalling di dalam jaringan VoIP.
• Voice Coding
Suara manusia dan semua suara yang bisa kita dengar, secara umum merupakan sinyal analog. PSTN mentransmisikan suara dalam bentuk sinyal digital, karena transmisi sinyal analog memiliki banyak kelemahan.
PSTN merubah sinyal suara dari telepon diubah ke format digital yang disebut Pulse Code Modulation (PCM). PCM melakukan sampling sinyal analog dengan rate 8000 sample/detik dan tiap sample direpresentasikan dalam kode 8 bit. Dengan ini, untuk satu percakapan dibutuhkan satu kanal dengan kapasitas 64 Kbps. Salah satu pengembangan dari PCM, yaitu ADPCM menggunakan pengkodean 4 bit untuk setiap sample sehingga membutuhkan kanal dengan kapasitas 32 Kbps untuk setiap percakapan.
• Signalling
Signalling merupakan bagian lain dari voice agent yang bertugas untuk melakukan inisialisasi percakapan. Jaringan VoIP ataupun packet voice application yang fungsional harus mampu menyediakan layanan dimana pemanggil cukup menggunakan mekanisme dialing yang ada untuk terhubung ke voice agent dan kemudian mampu dihubungkan ke telepon tujuan yang terhubung pada voice agent yang lain.
Terdapat dua model signalling pada jaringan packet voice:
• Transport model
Pada model ini, dua voice agent saling terhubung satu sama lain dalam konfigurasi point-to-point.
• Translate model
Pada model ini, sejumlah voice agent dapat terhubung ke jaringan yang mengerti metode signalling yang digunakan. Voice agent harus mampu melakukan mapping dari nomor telepon menjadi IP, Frame Relay, atau ATM address sesuai dengan teknologi yang digunakan melalui service lain yang mampu menunjukkan voice agent yang terhubung ke nomor telepon tujuan.
Pada jaringan packet voice, signalling dibagi menjadi dua bagian: external dan internal. External signalling berhubungan dengan signalling antara telepon / PABX dengan voice agent. Sedangkan internal signalling berhubungan dengan signalling antar voice agent di dalam network cloud.
Internal signalling harus mampu menyediakan dua kemampuan: kontrol koneksi dan informasi status koneksi. Kontrol koneksi digunakan untuk pembuatan jalur untuk transmisi data antar dua voice agent. Informasi status koneksi bertugas memberikan sinyal busy, ringing dan sebagainya. Untuk VoIP, standar H.323 telah disepakati untuk digunakan pada internal signalling.
H.323 merupakan standard yang dikembangkan oleh International Telephony Union (ITU) untuk transmisi traffic komunikasi multimedia pada jaringan intranet maupun packet network. H.323 mendefinisikan jaringan multimedia secara lengkap, mulai dari peralatan sampai protokol yang digunakan.


Komponen-komponen dari standard H.323 yang digunakan pada jaringan VoIP antara lain:
1. H.323 Gateway
H.323 gateway digunakan sebagai gateway antara telepon (PSTN) / PABX dengan jaringan packet H.323. Gateway menyediakan interface ke PSTN, mengolah sinyal suara dan fax ke format paket yang dapat ditransmisikan di jaringan, dan melakukan komunikasi dengan gatekeeper untuk menjalankan fungsi Registration Admission Status (RAS) untuk routing paket ke tujuannya di dalam jaringan.
2. H.323 Gatekeeper
Gatekeeper digunakan untuk address resolving menemukan IP address dari gateway yang dituju, dan mengatur bandwith serta Quality of Service yang dibutuhkan. Gatekeeper mampu melakukan administrasi satu zona yang terdiri dari beberapa H.323 gateway.

f. Masalah di Jaringan Internet: Quality of Service
Sebagai jaringan yang didesain sejak awal sebagai jaringan komunikasi data, jaringan internet mempunyai karakteristik yang berbeda dibandingkan dengan jaringan telepon. Data-data mengalir di Internet memperebutkan bandwidth yang ada. Kecepatan sampainya data tergantung pada banyak dan besarnya paket data yang berebut bandwidth pada saat yang sama. Semua paket data diperlakukan dengan perlakuan yang sama.
Kondisi jaringan yang seperti ini berbeda dengan jaringan telepon biasa, dimana suatu kanal hanya dikhususkan untuk satu pembicaraan telepon. Tidak terdapat perebutan bandwith di sana. Akibatnya, kualitas suara pun terjaga.
Beberapa masalah yang timbul akibat tidak terjadinya Quality of Service data, yaitu:
• Kekurangan bandwith
• Delay yang terlalu lama
• Jitter / variasi delay
Agar jaringan IP / internet dapat dengan sukses melewatkan paket data berupa suara, jaringan ini harus dimodifikasi sedemikian rupa sehingga mampu memberikan Quality of Service sesuai permintaan aplikasi VoIP ini, parameter tersebut ialah Bandwith, Delay, dan Jitter.

(a) Bandwidth
Yang pertama kali harus dilakukan agar jaringan IP memiliki QoS ialah dengan memberi fasilitas pengalokasian bandwith pada jaringan ini. Dengan alokasi bandwith, setiap aliran / flow paket data yang berisi suara mendapatkan jatah bandwith yang tetap dan tidak perlu berkompetisi dengan paket data lain. Teknik alokasi bandwith ini dilakukan dengan teknik-teknik seperti RED (Random Early Detection), WRED (Weighted Random Early Detection), dan WFQ (Weighted Fair Queuing).

(b) Delay
Jenis – jenis delay:
• Accumulation Delay/Algorithmic Delay
Delay ini terjadi karena frame suara harus dikumpulkan terlebih dahulu sebelum di proses oleh voice coder. Lama delay ini tergantung jenis voice coder dan waktu samplingnya.
• Processing Delay
Delay ini terjadi karena proses pengumpulan dan pengkodean sample suara menjadi paket data yang siap untuk ditransmisikan dalam jaringan. Delay ini tergantung pada kecepatan processor dan algoritma yang digunakan.
• Network Delay
Delay ini disebabkan oleh medium fisik dan protokol yang digunakan untuk transmisi data., serta besarnya buffer yang digunakan untuk menghilangkan jitter di penerima receiver. Network delay ini tergantung pada kapasitas jaringan serta kecepatan processing di router yang dilalui.

(c) Jitter/Variasi Delay
Selain, meminimasi delay, problem utama dalam VoIP ialah bagaimana mengeliminasi jitter / variasi delay. Cara yang digunakan untuk mengeliminasi delay ialah dengan mengumpulkan serta menahan sementara beberapa urutan paket data di buffer sehingga paket terakhir tiba, sehingga dapat dimainkan dalam selang waktu yang tepat. Buffer ini disebut dengan dejitter buffer. Namun hal ini menyebabkan delay tambahan.

(d) Protokol QoS diatas TCP / IP
1. Resource Reservation Protocol (RSVP)
Resource Reservation Protocol (RSVP) adalah protokol yang memungkinkan user melakukan reservasi bandwith ke tujuannya sebelum melakukan transaksi data. Pada umumnya di jaringan terdapat dua jenis traffic:
• Traffic data yang tidak membutuhkan reservasi bandwith karena telah diatur oleh protokol di level transport. Protokol di level transport seperti TCP memungkinkan adanya kontrol aliran data secara end-to-end.
• Traffic data real-time yang membutuhkan reservasi bandwith karena sering mengalami masalah apabila bergantung pada protokol di level transport tidak dapat menjamin komunikasi data
Aplikasi-aplikasi berbasis data, umumnya tidak membutuhkan reservasi bandwith dan membutuhkan bandwith yang lebih kecil dibandingkan traffic real-time. Sedangkan pada aplikasi real-time membutuhkan hal yang sebaliknya. Pada jaringan tradisional, kedua aplikasi tersebut harus berebut resource jaringan yang ada.
Pada jaringan yang menggunakan RSVP, maka kemungkinan penggunaan bandwith yang tersedia oleh aplikasi data seperti FTP dapat dihindari. Router-router yang telah RSVP-aware akan memeriksa prioritas data yang datang dan akan melakukan seleksi pengiriman data atas dasar prioritasnya.
Mekanisme RSVP memungkinkan traffic data real-time melakukan reservasi bandwith terlebih dahulu sehingga performa traffic akan selalu konsisten dari waktu ke waktu.
2. Real Time Protocol (RTP) dan Compressed Real Time Protocol (CRTP)
Real Time Protocol (CRTP) header merupakan protokol standar internet yang digunakan untuk transportasi data-data real-time seperti suara pada VoIP. RTP ditujukan sebagai sarana transpor data untuk aplikasi-aplikasi video-audio conferencing dan aplikasi audio visual lain di jaringan.
RTP terdiri dari dua bagian, header dan data. Bagian data merupakan satu protokol tersendiri yang digunakan untuk mendukung fungsi dari aplikasi yang digunakan. Bagian header RTP berukuran cukup besar, sebagai contoh apabila digabungkan dengan header IP dan UDP, ukuran header RTP dapat berukuran 40 byte. Untuk aplikasi VoIP dengan data yang hanya berukuran 20 byte, maka sangat tidak efisien apabila kita langsung mentransmisikan data dengan RTP tanpa mengkompresinya terlebih dahulu.
Untuk meningkatkan efisien penggunaan bandwidth pada transmisi data menggunakan RTP, maka dikembangkan Compressed Real Time (CRTP). Protokol ini mampu melakukan kompresi header RTP/ UDP/ IP dari 40 byte hingga berukuran 2 - 5 byte.