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HD-Telefonie auf FRITZ!Boxen: Deep Dive mit Jan Balke und Patrick Große

Was steckt dahinter?

Von Melanie Schmole

 

 

Wir sind 1986 gegründet worden von 4 Studenten. Sie haben angefangen mit ISDN Karten. – Patrick Große

Mit einem Special zu IoT & Embedded Systems fand am 21. Oktober 2021 das Virtual Job Event von get in IT statt. Im Rahmen des job I/O-Programms berichteten Expert:innen aus der IT-Branche von ihren Erfahrungen aus der Praxis und gaben Tipps für Deinen Jobeinstieg. Im Live-Chat beantworteten die Speaker:innen Deine Fragen.

Mit dabei waren Jan Balke und Patrick Große. Sie erzählten in ihrer Live-Session über ihren Arbeitgeber AVM und gaben Dir einen Einblick in die technischen und softwareseitigen Herausforderungen der HD-Telefonie. Außerdem verrieten die beiden, was eigentlich das Herz der FRITZ!Box ist.

Du hattest beim Live Event leider keine Zeit, um dabei zu sein? Kein Problem! Sieh Dir hier den Deep Dive mit Jan und Patrick ganz gemütlich an.

Hier siehst Du die Session der job I/O in voller Länge:

Fritz!Boxen versorgen nicht nur viele Haushalte mit schnellem Internet, sondern ermöglichen auch HD-Telefonie über z. B. ein Fritz!Fon. Zusätzlich zum SoC kommt in der Box ein Chip zum Einsatz, welcher Telefone über den Funkstandard DECT ansteuert. Für reibungslose Telefonate ist es essentiell, dass Sprachdaten mit geringer Verzögerung und niedrigem Jitter die Endgeräte erreichen. Die Software-Entwickler Jan und Patrick berichten aus dem Arbeitsalltag bei AVM, von den Herausforderungen der Echtzeit-Kommunikation zwischen den Chips und der Lösung durch die Verwendung von FIQs im Linux-Kernel.

Speaker

Jan Balke – Teamleiter Embedded Systems
Jan ist seit 2017 als Softwareentwickler in der Basisentwicklung tätig und beschäftigt sich mit der Anpassung des Betriebssystems F!OS auf der FRITZ!Box-Hardware. Inzwischen ist er Teamleiter von einem fünfköpfigen Team. Bevor Jan bei AVM startete, absolvierte er zunächst seinen Master in Informatik mit dem Schwerpunkt Embedded Systems an der Hochschule München und sammelte anschließend einige Jahre Berufserfahrung als Softwareentwickler. An AVM begeistert Jan die Langlebigkeit der Produkte, denn auch ältere Devices erhalten regelmäßige Updates.

Patrick Große – Softwareentwickler

Patrick studierte an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster Informatik mit dem Nebenfach Physik und machte anschließend am Karlsruher Institut für Technologie seinen Master in Informatik mit dem Nebenfach Elektrotechnik. Nach einigen Jahren als Softwareentwickler bei einer Versicherung wechselte er als wissenschaftliche Hilfskraft bzw. wissenschaftlicher Mitarbeiter zurück zum KIT. Dort forschte er unter anderem im Bereich des Internet of Things. Seit Dezember 2020 arbeitet er als Softwareentwickler bei AVM.

Unternehmen

AVM bietet vielseitige Produkte für den schnellen Breitbandanschluss und das intelligente Heimnetz. Mit der FRITZ!-Familie ist AVM in Deutschland und Europa ein führender Hersteller von Breitbandendgeräten für DSL, Kabel, LTE und Glasfaser. Die auf den Standards WLAN, DECT und Powerline basierenden Smart-Home-Produkte sorgen für ein intelligentes und sicheres Zuhause. Und ein Produkt hatten oder haben die meisten von Euch wahrscheinlich auch zu Hause: Die FRITZ!Box ist in Deutschland die bekannteste Marke für WLAN-Router. Inzwischen arbeiten rund 840 Mitarbeitende für AVM in Berlin.
Als IT-Sicherheitsberater ist es Deine Aufgabe, wertvolle Daten Deines Unternehmens und seiner Kunden zu schützen. Als unternehmensinterner Mitarbeiter oder externer Dienstleister stellst Du Dich digitalen Gefahren wie Viren, Cybervandalismus, also dem Löschen oder Verändern von Dateien, oder Wirtschaftsspionage. Gerade in Zeiten, in denen Unternehmen mobile Endgeräte und Cloud-Lösungen intensiv nutzen, wird das Schützen großer Datenmengen, die jederzeit abgerufen werden können und müssen, immer komplexer und kritischer.

1. Anforderung an HD-Telefonie: Die Latenz

Das Telefonieren entwickelte sich seit der Erfindung des Telefons (1861) über die erste, deutsche Fernsprechvermittlungsstelle (1881 in Berlin) zu Kabeltelefonen, Mobiltelefonen und Satellitentelefonen rasant weiter. Der Sprung zur HD-Telefonie bedeutete, dass die Sprachqualität im Vergleich zu früheren Gesprächen über den “heißen Draht” wesentlich klarer und deutlicher wurde. Die große Herausforderung für eine gute Gesprächsqualität ist eine niedrige Latenz:

  • 150 Millisekunden Verzögerung gelten als gut.

  • Unter 400 Millisekunden ist immerhin noch akzeptabel, aber:

Alles darüber macht das Telefonieren sehr schwer. Man fällt sich gegenseitig ins Wort und kann das Gespräch eigentlich knicken. – Patrick Große

Patrick betonte, dass damit nicht nur die Netzwerklatenz gemeint sei, sondern die vollständige Verzögerung von Mund zu Ohr. Die gesamte Verkettung von Hardware und Software muss also unter diesen Limits bleiben. 

2. Anforderung an HD-Telefonie: Niedriger Jitter

Neben der Latenz ist eine weitere technische Herausforderung für die Gesprächsqualität in der HD-Telefonie ein niedriger Jitter.

Jitter ist die Varianz der Latenz bei der Übertragung von einzelnen Datenpaketen: Wie stark schwanken die zeitlichen Verzögerungen bis die Daten vom Sender zum Empfänger übermittelt sind?

Bis ein Datenpaket beim Empfänger eintrifft, sollte möglichst wenig Zeit vergehen. Ziel ist es, keine oder zumindest so wenig Paketverluste wie möglich zu haben, denn im Gegensatz zum Buffern von z. B. YouTube-Videos ist es in der Echtzeitkommunikation nicht sinnvoll, Daten zu wiederholen – sie sind einfach zu schnell veraltet. Wenn Datenpakete zu spät ankommen, müssen sie verworfen werden, obwohl sie genau genommen korrekt übermittelt worden sind. Das Ziel von Jan, Patrick und ihren Kolleg:innen ist es deswegen, einen möglichst gleichmäßigen Datenstrom zu generieren, denn HD-Telefonie ist “echtzeitkritisch”. 

Wie löst AVM diese Herausforderung bei der Hardware?

In der FRITZ!Box stecken 2 Chips: Zum einen der SoC (System on Chip) – das Herz der FRITZ!Box – und der DECT Chip. Die beiden Chips sind über TDM verbunden und sowohl TDM als auch DECT sind zeitslotbasierte Kommunikationsprotokolle, d.h. es gibt ein fixes Raster, das gefüllt werden muss und dafür werden bei DECT z. B. alle 10 Millisekunden Datenpakete exakt rausgeschickt. 

Und wie klappt das auf der Software-Seite?

Klick Dich in die Sessions von Jan und Patrick und erfahre mehr über die Lösungen und warum die Bestrebung, Linux echtzeitfähig zu machen, für die Fritz!BOX leider etwas zu spät kam. 

Der Deep Dive im Überblick:
  • 02:15 – Wer ist AVM?
  • 04:30 – Welche Anforderungen hat HD-Telefonie?
  • 15:30 – Fragen aus dem Live Chat
 

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