Kurumsal yerel ağlarda açık kaynak tabanlı merkezi VoIP santral mimarisi ve performans değerlendirmesi
Open source-based centralized VoIP switch architecture and performance evaluation in corporate local area networks
- Tez No: 1018516
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞRUL TAŞCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Ağ sistemleri, Ses iletişim sistemleri, Network systems, Voice communication systems
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilişim Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bilgi ve iletişim teknolojilerinde yaşanan hızlı dönüşüm, kurumların haberleşme altyapılarında köklü değişimleri beraberinde getirmiştir. Geleneksel devre anahtarlamalı telefon sistemleri yerini giderek daha esnek, ölçeklenebilir ve maliyet etkin çözümler sunan paket anahtarlamalı IP tabanlı iletişim sistemlerine bırakmaktadır. Özellikle geniş ve dağınık yerleşke yapısına sahip kamu kurumları ve üniversitelerde, iletişim altyapısının sürdürülebilirliği; yatırım ve işletme maliyetleri, performans, güvenlik ve yönetilebilirlik gibi çok boyutlu kriterler açısından stratejik önem taşımaktadır. Bu tez çalışması, yeni kurulan bir devlet üniversitesinin iletişim altyapısı ihtiyacından hareketle, açık kaynak kodlu yazılımlar kullanılarak merkezi bir VoIP (Voice over Internet Protocol – Internet Protokolü üzerinden Ses) santral mimarisinin tasarımı, kurulumu ve performans değerlendirmesini kapsamaktadır. Çalışmanın çıkış noktasını, lisanslı IP santral çözümlerinin yüksek ilk yatırım ve bakım maliyetlerinin bütçe kısıtları bulunan kurumsal yapılarda uzun vadede sürdürülebilir olmaması problemi oluşturmuştur. Örneklem olarak ele alınan üniversitelerin dağıtık kampüs yapısı, artan kullanıcı sayısı ve farklı yerleşkeler arasında kesintisiz iletişim ihtiyacı dikkate alınarak; düşük maliyetli, güvenli, yönetilebilir ve yüksek performanslı bir IP telefon altyapısının tasarlanması hedeflenmiştir. Bu bağlamda tez üzerinde, açık kaynak kodlu Asterisk VoIP santral platformu temel alınarak Linux işletim sistemi üzerinde çalışan merkezi bir VoIP santral çözümü geliştirilmiş; sistemin hem teknik hem de operasyonel boyutları ayrıntılı biçimde incelenmiştir. Kuramsal çerçeve bölümünde, bilgisayar ağlarının temel prensipleri, referans modeller, IP adresleme, yönlendirme, VLAN(Virtual Local Area Network – Sanal Yerel Alan Ağı) yapıları ve hizmet kalitesi mekanizmaları ele alınmıştır. VoIP teknolojisinin bileşenleri; sinyalleşme ve medya taşıma protokolleri, codec yapıları, gecikme, jitter ve paket kaybı gibi ses kalitesini etkileyen parametreler ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca VoIP güvenliği kapsamında TLS(Transport Layer Security – Aktarım Katmanı Güvenliği) ile sinyalleşme güvenliği, SRTP(Secure Real-Time Transfer Protocol – Güvenli Gerçek Zamanlı Taşıma Protokolü) ile medya şifreleme, kimlik doğrulama mekanizmaları, saldırı türleri ve risk azaltma stratejileri incelenmiştir. Literatür taraması bölümünde ise kurumsal ölçekli VoIP uygulamaları, açık kaynak ve ticari sistemlerin karşılaştırıldığı akademik çalışmalar analiz edilerek çalışmanın özgün katkı alanları belirlenmiştir. Uygulama bölümünde, üniversite kampüs ağları için çekirdek, dağıtım ve erişim katmanlarından oluşan hiyerarşik bir ağ modeli benimsenmiştir. Kampüsler arası yüksek hızlı veri iletişimini sağlayan omurga altyapısı ile son kullanıcı cihazlarının bulunduğu erişim katmanı arasındaki entegrasyon; VLAN yönlendirmeleri, politika tabanlı erişim kontrolleri ve QoS(Quality of Service – Ağ İletişimi Hizmet Kalitesi) yapılandırmaları ile sağlanmıştır. Merkezi VoIP santral çözümü olarak Linux tabanlı Asterisk VoIP santral tercih edilmiş; sanallaştırma platformu üzerinde konumlandırılan sunucularda yüksek erişilebilirlik ve esneklik hedeflenmiştir. IP telefonların sisteme tanımlanması, yetkilendirilmesi, numaralandırma planının oluşturulması, çağrı yönlendirme senaryoları ve dış hat entegrasyonları adım adım gerçekleştirilmiştir. Dış arama erişimi kapsamında farklı entegrasyon senaryoları uygulanmıştır. Bir üniversite yerleşkesinde PSTN(Public Switched Telephone Network – Genel Anahtarlamalı Telefon Şebekesi) bağlantısı ses yönlendirici aracılığıyla sağlanırken, diğer yerleşkede SIP(Session Initiate Protocol – Oturum Başlatma Protokolü) trunk altyapısı kullanılmıştır. Bu sayede hem geleneksel telefon şebekesi hem de IP tabanlı operatör altyapıları ile birlikte çalışabilirlik değerlendirilmiştir. Ses trafiğinin güvenliği için TLS ve SRTP protokolleri etkinleştirilmiş; ağ seviyesinde ise ses paketlerine öncelik tanımak amacıyla QoS politikaları yapılandırılmıştır. Ayrıca sistemin yönetilebilirliğini artırmak ve operasyonel süreçleri kolaylaştırmak amacıyla dahili numara yönetimi, kullanıcı-santral ilişkileri ve çağrı kayıtlarının raporlanmasına olanak sağlayan web tabanlı bir VoIP intranet uygulaması geliştirilmiştir. Tezin analiz bölümünde, 2021–2025 yılları arasında kurumsal IP santral ortamında üretilen toplam 1.968.813 adet Çağrı Detay Kaydı (CDR) üzerinden kapsamlı bir veri analizi gerçekleştirilmiştir. Bu veri kümesi kullanılarak cevaplanan ve yanıtsız çağrı oranları, çağrı başarı göstergeleri, ortalama konuşma süreleri ile yıllara ve aylara göre kullanım eğilimleri incelenmiştir. Trafik analizleri, çağrı yoğunluğunun büyük ölçüde hafta içi mesai günlerinde gerçekleştiğini ve toplam trafiğin yaklaşık %98'inin bu zaman diliminde yoğunlaştığını ortaya koymuştur. Gün bazlı dağılımda en yüksek trafik hacminin Pazartesi ve Salı günlerinde gerçekleştiği belirlenmiştir. Hafta sonu trafiğinin %1'in altında kalması, bakım ve güncelleme işlemleri için en uygun zaman aralığının hafta sonları olduğunu doğrulamıştır. Teknik performans değerlendirmesi kapsamında, açık kaynak kodlu Asterisk çözümü ile ticari bir platform olan CUCM (Cisco Unified Communications Manager – Cisco Birleşik İletişim Yöneticisi) sistemi karşılaştırılmıştır. Her iki sistemden seçilen örnek çağrılar üzerinden jitter, paket kaybı ve gecikme değerleri ölçülmüş; bu parametreler kullanılarak tahmini MOS (Mean Opinion Score – Ortalama Görüş Puanı) değerleri hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular, uygun ağ altyapısı ve QoS yapılandırması sağlandığında her iki sistemin de MOS ≈ 4,4 düzeyinde, kullanıcı algısı açısından eşdeğer ses kalitesi sunduğunu göstermiştir. Jitter, gecikme ve paket kaybı değerlerinin uluslararası kabul edilebilir sınırlar içerisinde kaldığı tespit edilmiştir. Çalışma sonuçları, açık kaynak kodlu VoIP santral mimarisinin lisans maliyetlerini ortadan kaldırarak ekonomik sürdürülebilirlik sağladığını, merkezi yönetim yaklaşımı sayesinde operasyonel verimliliği artırdığını ve doğru güvenlik yapılandırmaları ile ticari sistemler kadar güvenli bir iletişim altyapısı sunabildiğini ortaya koymaktadır. Asterisk tabanlı çözüm; esnek yapılandırma olanakları, özelleştirilebilirlik ve düşük toplam sahip olma maliyeti avantajlarıyla özellikle kamu kurumları ve akademik organizasyonlar için güçlü bir alternatif niteliği taşımaktadır. Buna karşın CUCM platformu, bütünleşik yönetim arayüzleri ve üretici optimizasyonları sayesinde işletim kolaylığı ve standartlaştırılmış destek avantajları sunmaktadır. Sonuç olarak bu tez, bütçe kısıtları bulunan ve geniş yerleşke yapısına sahip kurumsal yapılarda açık kaynak kodlu merkezi VoIP santral mimarisinin teknik ve operasyonel açıdan uygulanabilirliğini deneysel verilerle doğrulamaktadır. Elde edilen bulgular; maliyet etkinlik, ölçeklenebilirlik, performans ve güvenlik kriterleri açısından açık kaynak çözümlerinin ticari alternatiflerle rekabet edebilir düzeyde olduğunu göstermektedir. Çalışma, benzer ölçekteki kurumlar için karar destek niteliğinde bir çerçeve sunmakta ve yetkin teknik personel istihdamı ile kurumların kendi iletişim altyapılarını düşük maliyetle kurup işletebileceğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The rapid advancement of information and communication technologies has profoundly reshaped the design, deployment, and management of institutional communication infrastructures. Conventional circuit-switched telephony systems, historically regarded as the backbone of enterprise voice services, have progressively been superseded by packet-switched, Internet Protocol IP based communication solutions. These modern architectures offer enhanced flexibility, scalability, manageability, and cost efficiency, rendering them particularly advantageous for large-scale public institutions. Universities, characterized by geographically dispersed campuses, heterogeneous user profiles, fluctuating traffic patterns, and continuously evolving administrative and academic requirements, present a distinctive environment in which the sustainability, reliability, and economic feasibility of communication systems constitute strategic priorities. This thesis investigates the design, implementation, and performance evaluation of a centralized Voice over Internet Protocol (VoIP) Private Branch Exchange (PBX) architecture deployed over a corporate local area network within two public university environments. The study is motivated by the long-term financial and operational constraints associated with proprietary VoIP PBX solutions, particularly the high initial licensing costs, recurring maintenance expenses, and vendor dependency. These limitations are especially critical for newly established or structurally reorganized public institutions operating under budgetary restrictions. Consequently, the primary objective of this research is defined as the development of a low-cost, scalable, secure, and manageable centralized VoIP communication infrastructure based on open-source technologies, capable of delivering service quality comparable to licensed alternatives. To establish a robust conceptual foundation, the thesis first presents a comprehensive theoretical framework encompassing modern computer network principles and VoIP technologies. Fundamental networking concepts, including the OSI and TCP/IP reference models, IP addressing schemes, routing mechanisms, switching paradigms, and Virtual Local Area Network (VLAN) segmentation, are examined to clarify their roles in converged voice–data environments. Particular emphasis is placed on Quality of Service (QoS) strategies designed to mitigate the inherent challenges of real-time voice transmission over packet-switched networks. Parameters such as latency, jitter, packet loss, and bandwidth utilization are analyzed due to their direct influence on perceived speech quality and user experience. In parallel, VoIP signaling and media transport protocols are discussed in detail. The functional characteristics of Session Initiation Protocol (SIP), H.323, Inter-Asterisk eXchange (IAX), and Real-time Transport Protocol (RTP) are evaluated to highlight their operational roles within IP telephony ecosystems. Additionally, the study addresses VoIP security considerations, including signaling and media encryption, authentication mechanisms, and potential threat vectors. Technologies such as Transport Layer Security (TLS) and Secure Real-time Transport Protocol (SRTP) are examined as essential safeguards against interception, tampering, and unauthorized access. Broader security risks, including denial-of-service attacks, registration hijacking, and eavesdropping vulnerabilities, are analyzed to contextualize the necessity of a multilayered security approach. Building upon this theoretical groundwork, the implementation phase adopts a hierarchical campus network architecture structured around core, distribution, and access layers. This design model is selected to ensure efficient traffic aggregation, fault isolation, and scalability across distributed campus locations. VLAN segmentation techniques are applied to logically separate voice and data traffic, thereby improving broadcast domain management, enhancing security policy enforcement, and simplifying troubleshooting processes. QoS mechanisms are configured to prioritize latency-sensitive voice packets, reducing congestion-induced degradation and preserving call quality under varying traffic conditions. The centralized VoIP PBX system is implemented using the Linux-based, open-source Asterisk platform operating within a virtualized server environment. Virtualization provides critical operational advantages, including hardware resource optimization, snapshot-based recovery, simplified backup procedures, and improved system resilience. The deployment process encompasses the installation and configuration of the Linux operating system, compilation and setup of the Asterisk PBX, provisioning and authorization of IP telephony endpoints, and the development of a structured numbering plan aligned with institutional organizational units. Authentication policies and access controls are established to ensure secure endpoint registration and administrative governance. External communication capabilities are integrated through two distinct interconnection scenarios to evaluate interoperability across heterogeneous telecommunication infrastructures. In the first environment, connectivity to the Public Switched Telephone Network (PSTN) is facilitated via a Cisco router, enabling the assessment of legacy integration. In the second environment, interconnection is achieved through SIP trunking over an IP-based carrier network. This dual-scenario approach allows comparative evaluation of routing strategies, signaling compatibility, and operational behavior under different external line configurations. Signaling security is reinforced through TLS encryption, while SRTP is employed to protect media streams from interception and manipulation. To enhance administrative efficiency and operational manageability, a web-based intranet application is designed and implemented as part of the system architecture. This application enables centralized management of extensions, user profiles, authorization rules, and Call Detail Record (CDR) reporting. By integrating database-driven controls with PBX functionality, the system facilitates streamlined provisioning, simplified monitoring, and improved auditing capabilities. The development of this interface illustrates the adaptability and extensibility of open-source VoIP solutions in addressing institution-specific requirements. A significant contribution of this thesis lies in the empirical evaluation of system performance using large-scale operational data. The analytical dataset comprises 1,968,813 Call Detail Records generated between 2021 and 2025 within the institutional VoIP environment. Statistical analyses are conducted to determine answered and unanswered call ratios, Answer–Seizure Ratio (ASR), average call durations, temporal usage patterns, and traffic distribution across weekdays and weekends. The findings reveal that institutional communication intensity is overwhelmingly concentrated during weekday working hours, accounting for approximately 98% of total call activity. Peak traffic volumes are observed on Mondays and Tuesdays, while minimal weekend traffic validates the identification of optimal maintenance windows. In addition to traffic analysis, voice quality metrics are evaluated through the examination of selected sample calls obtained from both Asterisk and Cisco Unified Communications Manager (CUCM) environments. Parameters including jitter, packet loss, latency, and estimated Mean Opinion Score (MOS) values are computed to assess perceived speech quality. The results indicate that, when supported by an appropriately designed network infrastructure and correctly configured QoS mechanisms, both Asterisk and CUCM systems can achieve voice quality levels approximating MOS ≈ 4.4. From an economic and operational perspective, the Asterisk-based centralized VoIP PBX architecture emerges as a compelling alternative for public institutions due to its flexibility, scalability, and cost efficiency.
Benzer Tezler
- AI-powered web application security mechanisms
Yapay zeka destekli ağ uygulaması güvenliği düzenekleri
DİLEK YILMAZER DEMİREL
Doktora
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET TAHİR SANDIKKAYA
- Theorizing creativity in İstanbul's local electronic music scenes
İstanbul'un yerel elektronik müzik sahnelerinde yaratıcılığı kuramsallaştırmak
SU ODABAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Müzikİstanbul Teknik ÜniversitesiMüzik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİNE ŞİRİN ÖZGÜN TANIR
- Exploring opinions of corporate instructional designers on their professional development and training needs
Kurumsal öğretim tasarımcılarının mesleki gelişim ve eğitim ihtiyaçları konusundaki görüşlerinin araştırılması
NAZLI GÖKALP
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Eğitim ve ÖğretimOrta Doğu Teknik ÜniversitesiEğitim Programları ve Öğretim Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF ÖZTÜRK
- Ekonomik değeri yüksek doğal mantarların sürdürülebilirliği: Kemalpaşa ilçesi örneği
Sustainability of natural mushrooms with high economic value: The case of Kemalpasa district
ELİF KABAKLI TURAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyolojiEge ÜniversitesiSürdürülebilir Tarım Gıda Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ELA ATIŞ
- Refugee entrepreneurship and the limits of inclusion: A study of Syrian refugee entrepreneurs' embeddedness in Turkey
Mülteci girişimciler ve içermenin sınırları: Türkiye'deki Suriyeli girişimcilerin gömülülükleri üzerine bir çalışma
UĞUR YETKİN