FACULDADES INTEGRADAS DE CACOAL
DEPARTAMENTO DE INFORMATICA
SIDNEY ANGELO DA SILVA
ESTUDO DE CASO - VOZ SOBRE IP
CACOAL - RO
2007
1
2
SIDNEY ANGELO DA SILVA
Estudo de casos - Voz sobre IP
Trabalho de conclusão de Curso elaborado
pelo acadêmico Sidney Ângelo da Silva ao
Departamento de Sistemas de Informação da
UNESC – União das Escolas Superiores de
Cacoal com supervisão do orientador Walter
Ferreira Siqueira.
Orientador: Walter Ferreira Siqueira
CACOAL - RO
2007
3
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus e a todos que, durante o período do curso, compartilharam as dificuldades e
alegrias proporcionadas neste ano de convivência. Agradeço, principalmente, a meus pais e
colega de curso, companheiros de todas as horas.
4
DEDICATÓRIA
“Dedico este trabalho a meus pais:
Arthur e Célia.”
5
RESUMO
Este trabalho trata do software livre AsteriskNow, uma central Telefônica Privada IP ou PBX
IP que suporta inúmeros protocolos e CODECS da tecnologia de Voz sobre IP. O texto trás
ainda, no inicio, alguns conceitos sobre comunicação de voz. Por fim é apresentado o projeto
de implementação do AsteriskNow na Empresa Eletrônica Panamerica, mostrando seu pontos
fortes e fracos.
6
ABSTRACT
This work deals with free software AsteriskNow, a telephone exchange Private IP or PBX IP
that supports inúmeros protocols and CODECS of the technology of Voice on IP. The text
backwards still, in the beginning, some concepts on voice communication. Finally the project
of implementation of the AsteriskNow in the Company Eletrônica Panamerica is presented,
showing its strong and weak points.
7
SUMARIO
1 – SISTEMA TELEFÔNICO..................................................................................................17
1.1 Um breve histórico. ........................................................................................................17
1.2 Princípios de Comunicação.............................................................................................18
1.2.1 Multiplexação..........................................................................................................18
1.2.1.1 Multiplexação por divisão de freqüências (FDM)............................................19
1.2.1.2 Multiplexação por divisão de tempo (TDM)....................................................19
1.2.2 Comutação de pacotes x comutação de circuitos ........................................................19
1.2.2.1 Comutação de circuitos.....................................................................................20
1.2.2.2 Comutação de pacotes.......................................................................................21
1.3 Estrutura do Sistema Telefônico.....................................................................................22
1.3.1 Central de voz PABX (Private Automated Branch Exchange) ..............................23
1.3.2 Sinalização Telefônica.............................................................................................24
Os procedimentos para estabelecimento rompimento de conexões, antes efetuados
manualmente, tornaram-se automáticos e deram origem a um conjunto de mecanismos
maior, de suma importância para os sistemas telefônicos. Esses mecanismos são
conhecidos como mecanismos de sinalização e segundo Colcher et al. (2005, p. 83) “são
a base para interoperabilidade dos sistemas tradicionais com os sistemas baseados em
VoIP.”...............................................................................................................................24
“Sinalização é o meio para estabelecer, supervisionar e encerrar uma sessão entre dois
pontos específicos, os quais se constituem de dois usuários identificados unicamente por
um esquema de endereçamento predefinido. (...) A informação de sinalização inclui os
números discados, os estado de “no gancho”, estado de “fora do gancho” e ,
possivelmente uma variedade de outras informações para controle e roteamento.”
(SOARES e FREIRE, 2005, p. 35)...................................................................................24
2.1 Som, Voz e Áudio...........................................................................................................25
A voz se propaga em ondas e é, portanto, um sinal analógico, que, segundo SOARES e
FREIRE (2002, p. 20), “São sinais elétricos contínuos que podem assumir, no tempo,
infinitos valores de amplitude permitidos pelo meio de transmissão”.................................25
2.2 Digitalização da Voz.......................................................................................................25
2.3 Codificação/Decodificação da voz.................................................................................27
2.3.1 Codecs padronizados pela ITU. ..................................................................................28
8
3 – TRANSMISSÃO DE VOZ SOBRE TCP/IP......................................................................30
3.1. TCP (Transmission Control Protocol)...........................................................................30
3.2. UDP (User Datagram Protocol).....................................................................................31
3.3 IP (Internet Protocol)......................................................................................................32
3.4 Funcionamento de voz sobre IP (VoIP)..........................................................................32
3.5 Equipamentos IP capazes de tratar voz...........................................................................34
4 – PROTOCOLOS UTILIZADOS..........................................................................................36
4.1 RTP e RTCP (Real-time Protocol e Real-time Control Protocol)..................................36
4.2 - RSVP (Resource Reservation Protocol).......................................................................37
4.3 MPLS (Multiprotocol Label Switching).........................................................................37
4.4. Protocolo H.323.............................................................................................................38
4.4.1 Componentes H.323.................................................................................................38
4.5. SIP (Session Initiation Protocol) ...................................................................................39
4.5.1 Componentes SIP.....................................................................................................40
4.6. MGCP (Media Gateway Control Protocol)...................................................................40
4.7. Megaco/H.248 (Gateway Control Protocol)..................................................................41
5 – DIFICULDADES NO DESEMPENHO DA VOZ EM PACOTES...................................42
5.1 Atraso..............................................................................................................................42
5.2 Variação do atraso (Jitter)...............................................................................................43
5.3. Perda de pacotes.............................................................................................................43
5.4. Largura de banda ...........................................................................................................44
6.1 DiffServ (Differentiated Services)..................................................................................45
7 – ESTUDO DE CASO...........................................................................................................46
7.1. Caracterização e descrição do ambiente da empresa.....................................................46
7.1.1. Análise da situação atual da rede de dados.............................................................46
7.1.2 Análise da situação atual da rede de voz.................................................................47
7.1.3 Custo com ligações interurbanas.............................................................................47
7.2 Implantação de VoIP na Eletrônica Panamérica.............................................................48
7.2.1. Alterações na estrutura atual...................................................................................48
7.2.2 Equipamentos a serem utilizados.............................................................................49
7.2.3 Software a serem utilizados.....................................................................................49
7.2.4.1 AsteriskNow......................................................................................................51
7.2.4.2 Instalando e configurando o AsteriskNow............................................................52
7.2.5 Plano de numeração.................................................................................................61
7.2.6 Efetuando ligações utilizando VoIP.........................................................................62
9
7.2.8 Resultados esperados...............................................................................................63
7.2.8.1 Redução de custos.............................................................................................63
7.2.8.2 Qualidade de voz aceitável...............................................................................63
7.2.8.3 Consumo satisfatório dos recursos da rede...........................................................64
10
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Codecs padronizados pela ITU..............................................................................26
Tabela 2 – Plano de numeração...............................................................................................48
Tabela 3 – Itens de hardware a serem adquiridos....................................................................49
Tabela 4 – Software a serem adquiridos..................................................................................49
11
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Comutação de circuitos..........................................................................................18
Figura 2 – Comutação de pacotes...........................................................................................19
Figura 3 – Sinal analógico ......................................................................................................22
Figura 4 – Sinal digital.............................................................................................................23
Figura 5 - Digitalização da voz................................................................................................23
Figura 6 – Funcionamento de codec........................................................................................25
Figura 7 – Integração e voz e dados.........................................................................................30
Figura 8 – Atraso fim-a-fim em Voip......................................................................................41
Figura 9 – Voip em Empresa...................................................................................................46
Figura 10 – Tela Inicial............................................................................................................48
Figura 11 – Tipo de instalação.................................................................................................49
Figura 12 – Partição do Drive de Instalação............................................................................50
Figura 13 – Configuração da rede............................................................................................50
Figura 14 – Configuração de Fuso Horário..............................................................................50
Figura 15 – Cadastro de senha e instalação do sistema............................................................51
Figura 16 – Console Menu........................................................................................................52
Figura 17 – Tela de Login.........................................................................................................52
Figura 18 – Configurações Iniciais...........................................................................................53
Figura 19 – SoftPhone X-Lite...................................................................................................55
Figura 20 – Configuração do SIP no X-Lite.............................................................................55
Figura 21 – Chamada de Voip em percurso..............................................................................56
12
SIGLAS E ABREVIATURAS
ANATEL – Agência Nacional de Telecomunicações.
CELP – Code Excited Linear Predictive Compression Algorithm.
DNS – Domain Name System.
FDM – Frequency Division Multiplexing.
FXO - Foreign Exchange Office.
FXS - Foreign Exchange Subscriber.
ICMP - Internet Control Management Protocol.
IETF – Internet Engineering Task Force.
IGMP - Internet Group Management Protocol.
IP – Internet Protocol.
ITU – International Telecommunications Union.
ITU-T – ITU Telecom Standardization Sector.
LAN – Local Área Network.
MP-MLQ – Multi-Pulse Multilevel Quantization.
PBX - Private Branch Exchanger
PPP – Point to Point Protocol
PSTN – Public Switched Telephone Network.
QoS – Qualidade de Serviço.
RSVP – Resource Reservation Protocol.
RTP – Real Time Protocol.
RTPC – Rede Telefônica Pública Comutada.
RTSP - Real-time Streaming Protocol.
SIP – Session Initiation Protocol.
SLA - Service Level Aggreement.
SMTP – Simple Mail Transfer Protocol.
TCP – Transmission Control Protocol.
TCP/IP – Transmission Control Protocol / Internet Protocol.
TDM – Time Division Multiplexing.
UDP – User Datagram Protocol.
13
VAD – Voice Activity Detection
VOATM – Voz sobre Redes ATM.
VOFR – Voz sobre Redes Frame-Relay.
VOIP – Voz sobre Redes IP.
WAN – Wide Área Network.
14
INTRODUÇÃO
Interligar voz e dados em uma única rede é um conceito antigo, considerado a rápida evolução
da tecnologia de informação Surgiu na década de 1990 e ganhou proporções maiores por volta
de 1998, quando foi possível garantir alguma qualidade e a interligação com o sistema
telefônico convencional. No entanto, a implementação de redes que utilizam esta tecnologia
ainda não tem sido muito difundida no Brasil. A própria ANATEL (Agência Nacional de
Telecomunicações) ainda não tem uma regulamentação para este tipo de serviço. Segundo
Colcher et al. (2005, p. 18) “...a adoção de serviços VoIP ainda não chegou a um patamar de
influência e representatividade no mercado nacional que justifique a necessidade de
regulamentação...”.
Nos últimos anos, devido a fatores como: explosão na utilização de Internet com banda larga
no Brasil, surgimento de novos protocolos que permitem QoS, e principalmente o alto custo
das telefonia convencional, a idéia da transmissão de voz dentro da rede de dados tem se
mostrado uma solução atrativa, principalmente pela questão da redução de custos, e está
começando a despertar nas empresas brasileiras o interesse de investir na utilização de
telefonia IP.
Com o trabalho de Mark Spencer e Jin Dixon, surgiu um software que roda em Linux, tem
licença GPL que é capaz de realizar funções de um PBX IP e analógico e outras funções a
mais. O software criado foi o Asterisk, que junto com hardware criado por Jin Dixon, o custo
da tecnologia VoIP ficou bastante acessível a pequenas e médias empresas.
O objetivo deste trabalho é apresentar o Software AsteriskNow como uma solução para
implementação da Tecnologia VoIP, mostrando uma pequena implementação de sua
funcionalidade que o tornam uma excelente escolha.
O asterisk como a tecnologia de Voz sobre IP está se difundido cada vez mais, sendo bem
aceito em todas as empresas de pequenas a grandes. O Asterisk surge como um catalisador
para essa expansão graças às suas inúmeras funcionalidades associadas ao seu baixo custo de
implementação.
15
Por todos os motivos expostos esse trabalho foi confeccionado para demostrar uma pequena
implementação da tecnologia VoIP com os AsteriskNow. Para atingir este objetivo o trabalho
foi escrito em 07 capítulos organizados da seguinte forma: o Capitulo 1 esta centrado em
explicar o conceito básico do sistema telefônico. O Capitulo 2 está centrado nos conceitos
básicos para entendimento do processo de transmissão de voz, um sinal analógico, em uma
rede IP. O Capitulo 3 ao 6 vem com explicação da tecnologia de voz sobre a rede IP,
mostrando os protocolos de rede necessários, os obstáculos para o transporte da voz em uma
rede de dados. O Capitulo 7 é dedicado ao projeto de implementação do AsteriskNow na
Empresa Eletrônica Panamerica.
16
1 – SISTEMA TELEFÔNICO
1.1 Um breve histórico.
Desde 1844, quando Samuel Morse apresentou ao mundo o telégrafo, as comunicações vêm
evoluindo constantemente e a telefonia é parte integrante desta evolução. Trinta e seis anos
após a invenção de Morse, aos 14 de fevereiro de 1876, Alexander Graham Bell inventou o
telefone, invenção esta que se espalhou rapidamente pelo mundo, chegando ao Brasil em 25
de julho de 1877.
O sistema projetado por Bell utilizava linhas dedicadas entre usuários, o que, com o
crescimento da demanda, tornou-o inviável devido a quantidade de fios necessários. “A
solução foi a utilização de recursos compartilhados chaveados (ou comutados) entre as
diversas conversações – por isso o uso do termo Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC)” 1
(COLCHER et al., 2005, p. 3).
Nos primeiros telefones não existia sistema de discagem, sendo que o chaveamento
(comutação) era feito manualmente de maneira bastante rudimentar. O processo passou a ser
automático poucos anos depois com a invenção da central automática que implementou nos
telefones o sistema de discagem.
Segundo Colcher et al. (2005, p. 4)
1
O termo em inglês PSTN (Public Switched Telephone Network) é comumente utilizado.
17
A primeira central automática eletromecânica de chaveamento foi inventada em 1891 por
Almon Strowger, dispensando os operadores humanos. Essa central possuía capacidade
apenas para 56 terminais telefônicos. (...) Em 1913, Paris já contava com 93 mil telefones
manuais com ligações atendidas por telefonistas. Em Nova York, na mesma época, já havia
uma rede com cerca de 500 mil telefones, sendo que a automatização do sistema se daria em
1919.”
A expansão da tecnologia continuou. A tecnologia utilizada era a analógica até a década de
1940. Na década de 1950, com o surgimento dos transistores e posteriormente dos circuitos
integrados aplicados nos sistemas computacionais, surgiu a primeira central telefônica digital
(1958). “Na década de 1980 o sistema começou a se tornar predominantemente digital, exceto
pelas linhas de assinantes (a última ponta que chega até a residência ou estabelecimento)”
(COLCHER et al., 2005, p. 5)
De modo geral, o sistema telefônico atual ainda segue o mesmo modelo da década de 1980,
ou seja, centrais digitais e ramais para assinantes analógicos, apesar da existência da telefonia
digital (RDIS – Rede Digital de Integração de Serviços), ainda pouco difundida no Brasil, e
da implantação de enlaces de fibra óptica, interligando países e continentes e aumentando a
capacidade de transmissão.
1.2 Princípios de Comunicação.
Com o crescimento da demanda por serviços de telefonia, houve a necessidade do
desenvolvimento de técnicas que permitissem o funcionamento das milhares de linhas
existentes.
1.2.1 Multiplexação
A técnica de multiplexação permite que um mesmo meio físico seja ocupado por vários
transmissores/receptores, aproveitando toda a banda passante (largura de banda) do canal.
18
“As duas principais técnicas multiplexação são: por divisão de freqüência (FDM) e por
divisão de tempo (TDM)” (SOARES e FREIRE, 2002, p.26)
1.2.1.1 Multiplexação por divisão de freqüências (FDM)
Nesta técnica a largura de banda é dividida em várias partes, cada uma com seu próprio
espectro de freqüência sendo que cada parte pode ser usada individualmente, como se fosse
uma linha separada.
“São inúmeras as aplicações práticas do FDM. (...) Na telefonia analógica, é comum a
utilização do compartilhamento de linhas entre centrais telefônicas e a concentração de linhas
analógicas de acesso de assinantes.” (COLCHER et al., 2005, p.40)
1.2.1.2 Multiplexação por divisão de tempo (TDM)
Baseia-se no fato de que a capacidade de transmissão do meio físico, normalmente, excede a
taxa capacidade de geração de sinal, ou seja, o canal ficaria ocioso por alguns segundos. A
técnica TDM intercala vários sinais de diferentes transmissores/receptores, dividindo o tempo
de uso do canal entre eles (o canal é compartilhado entre os usuários, e cada um deles tem um
tempo definido para utilização).
1.2.2 Comutação de pacotes x comutação de circuitos
Comutação, ou chaveamento, é segundo Colcher et al. (2005, p. 45) “o processo de alocação e
liberação de recursos da rede para utilização pelos diversos serviços”. Quando ocorre a
multiplexação os recursos da rede são liberados para determinado usuário que, nesse
momento realiza a comutação (conexão) com a rede.
19
1.2.2.1 Comutação de circuitos
“A comunicação via comutação de circuitos pressupõe o estabelecimento de um caminho
dedicado durante todo o período de comunicação entre duas estações” (COLCHER et al.,
2005, p. 45). É realizada em três fazes: estabelecimento do circuito, transferência da
informação e desconexão do circuito.
As centrais telefônicas utilizam esta tecnologia. A Figura 1 abaixo mostra o processo de
comunicação via comutação de circuitos: uma mensagem de controle é enviada pela rede,
conforme ela passa pelos pontos intermediários (2 e 3), canais vão sendo alocados até o ponto
de destino (4); uma mensagem de confirmação é enviada ao ponto de origem (1) e, a partir
daí, as estações podem se comunicar através do circuito estabelecido, até que uma delas
decida terminar a conexão; neste momento o processo inverso é aplicado e caminho é
liberado.
20
Figura 1 – Comutação de circuitos.
Para Colcher et. al., 2005, p. 50:
Redes de comutação de circuitos são mais adequadas nas situações em que, uma
vez estabelecido um circuito, existe um fluxo contínuo e constante de informação. Nesse caso,
os canais reservados são utilizados sem ociosidade, apresentando um retardo de transferência
constante. Além disso, uma grande vantagem dessas redes é não necessitar de empacotamento
de bits para transmissão. O empacotamento introduz um retardo adicional que pode muitas
vezes não ser suportado.
(...) A utilização de redes comutadas por circuitos para transmissão de tráfego com
taxa de bits variável, ou tráfego em rajadas causa um desperdício da capacidade da rede. Os
canais deverão ser alocados com base na taxa de pico, e passarão por períodos de ociosidade
quando a taxa gerada for menor.
1.2.2.2 Comutação de pacotes
Na comutação de pacotes, a mensagem a ser transmitida é dividida em partes com tamanho
máximo definido, denominados pacotes; o endereço de destino é adicionado a cada pacote
que percorrerá a rede de nó em nó, onde, em cada nó o pacote será recebido e encaminhado ao
próximo nó, com base no endereço contido no pacote. Caso o canal encontre-se ocupado, os
pacotes esperarão sua vez para transmissão em uma “fila de espera”.
21
Neste caso não é necessário o estabelecimento de um caminho dedicado entre as estações, o
que proporciona melhor aproveitamento dos recursos da rede (na comutação de circuitos, duas
estações podem estar conectadas, consumindo recursos da rede, e não transmitirem/receberem
absolutamente nada).
A Figura 2 mostra o funcionamento de uma transmissão, utilizando comutação de pacotes.
Figura 2 – Comutação de pacotes
“Em redes do tipo store-and-forward, um pacote (ou mensagem) ocupa uma linha de
transmissão apenas durante o seu tempo de transmissão; o tempo restante pode ser utilizado
para a transmissão e outros pacotes (ou mensagens). Dessa forma, uma das características
mais importantes das redes baseadas em comutação de pacotes (ou mensagens) é que a
capacidade dos meios de comunicação é sempre dinamicamente alocada.” (COLCHER et al.,
2005, p. 50).
1.3 Estrutura do Sistema Telefônico
A estrutura de uma rede telefônica atual, segundo Colcher et al., (2005, p.84) é composta por:
“(i) uma malha de interconexão de longa distância, que inclui centrais internacionais e
interurbanas e seus entroncamentos e (ii) as redes locais, com suas centrais e entroncamentos
em área urbana mais os enlaces de assinantes. As redes locais ainda se subdividem em redes
de entroncamentos (entre as centrais) entre as centrais e redes de assinante. As redes de
assinante, por fim, podem ser formadas pelas redes de alimentação, ou redes primárias, redes
de distribuição (secundárias) e redes internas (terciárias)”.
22
1.3.1 Central de voz PABX (Private Automated Branch Exchange)
É um centro de distribuição telefônica pertencente a uma empresa que não inclua na sua
atividade o fornecimento de serviços telefônicos ao público em geral, ou seja, é uma central
telefônica particular. Utilizam sistemas proprietários e de padrão “fechado”. É uma evolução
do PBX (Public Branch Exchange) que foram os primeiros painéis de derivação operados por
telefonistas ou por relés eletromecânicos.
23
1.3.2 Sinalização Telefônica
Os procedimentos para estabelecimento rompimento de conexões, antes efetuados
manualmente, tornaram-se automáticos e deram origem a um conjunto de mecanismos
maior, de suma importância para os sistemas telefônicos. Esses mecanismos são
conhecidos como mecanismos de sinalização e segundo Colcher et al. (2005, p. 83)
“são a base para interoperabilidade dos sistemas tradicionais com os sistemas baseados
em VoIP.”
“Sinalização é o meio para estabelecer, supervisionar e encerrar uma sessão entre dois pontos
específicos, os quais se constituem de dois usuários identificados unicamente por um
esquema de endereçamento predefinido. (...) A informação de sinalização inclui os
números discados, os estado de “no gancho”, estado de “fora do gancho” e ,
possivelmente uma variedade de outras informações para controle e roteamento.”
(SOARES e FREIRE, 2005, p. 35)
O procedimento de sinalização de uma chamada, no sistema de telefonia tradicional, onde a
partir de um número discado, a rede telefônica roteia a chamada até o destino especificado é
dividido em três fazes:
Estabelecimento da chamada: inicia quando se retira o fone do gancho e o usuário disca um
número; este número é recebido pela central pública e através dele é identificado a rota e o
terminal do usuário que irá receber a chamada;
Conversação: é a fase em que o circuito está fechado e transmitindo a conversa. Esta fase tem
duração até a fase que a ligação é encerrada; Encerramento de sessão: é a fase em que a
sessão é finalizada por um dos interlocutores.
24
2 – REPRESENTAÇÃO DA VOZ
2.1 Som, Voz e Áudio.
A voz se propaga em ondas e é, portanto, um sinal analógico, que, segundo SOARES e
FREIRE (2002, p. 20), “São sinais elétricos contínuos que podem assumir, no tempo,
infinitos valores de amplitude permitidos pelo meio de transmissão”.
A voz humana é uma onda sonora que se encontra na faixa de freqüência de 300 a 3.400Hz. O
ouvido humano capaz de captar sons que estão na freqüência de 20Hz e 20.000Hz.
Figura 3 – Sinal analógico
2.2 Digitalização da Voz
É de conhecimento que os computadores conhecem, basicamente, dois tipos de sinais
definidos como 1s (uns) e 0s (zeros), definidos como sinais discretos. Para SOARES et al.
(1995, p. 43) “... um sinal digital caracteriza-se pela presença de pulsos nos quais a amplitude
é fixa (...) O sinal é construído através de uma seqüência de intervalos de tamanho fixo iguais
a T segundos, chamados intervalos de sinalização, durante os quais a amplitude do sinal
permanece fixa, caracterizando um dos símbolos digitais transmitidos.”
25
Figura 4 - Sinal digital
Para manipular voz em sistemas computacionais, é necessária a conversão de sinais
analógicos em digitais. Explicando resumidamente, no processo de digitalização, a onda
analógica é captada com sua freqüência multiplicada por dois, dividida em partes e captados
valores discretos para cada parte, como mostra a Figura 5.
Figura 5 – Digitalização da Voz
O conceito de digitalização de ondas sonoras foi desenvolvido por Harry Nyquist na década
de 1930 e ficou conhecido com Teorema de Nyquist.
O teorema de amostragem de Nyquist é um conceito fundamental e base de todas as
comunicações digitais e sugere que qualquer forma de onda complexa pode ser reconstruída a
partir de um número limitado de amostras discretas.
A amostragem envolve apanhar medições instantâneas da forma de onda, especialmente
amplitude. Quanto mais amostras forem apanhadas, com mais fidelidade a forma de onda
original poderá ser reconstruída. De fato, o teorema de Nyquist afirma que todas as
informações contidas na forma de onda podem ser recapturadas quando exatamente o dobro
dessas amostras foram apanhado como freqüência mais alta da forma de onda. Por exemplo,
26
se a freqüência mais alta em uma voz humana for 4.000 ciclos por segundo (4 kHz), então
8.000 amostras precisam ser apanhadas a cada segundo. (CHOWDHURY, 2002, p. 259).
2.3 Codificação/Decodificação da voz
O sinal digitalizado tem algumas vantagens relação ao sinal analógico como: alta imunidade
ao ruído, estabilidade e tornar o sinal capaz de ser manipulado em um computador, porém,
também gera desvantagens: a principal delas é o aumento do tamanho, já que a freqüência é
multiplicada por dois. Segundo Chowdhury (2002, p.260) “...as desvantagens do uso da
tecnologia digital são encontradas na escolha entre tamanho de arquivo, velocidade de acesso
e qualidade de reprodução”.
A utilização de Codecs (Codificadores/Decodificadores) ameniza estes problemas, com a
implementação de técnicas de compactação, que proporcionam escolha do melhor formato
para o arquivo digitalizado.
Para Chowdhury, 2002, p. 268
Uma das principais técnicas para a distribuição VoIP otimizada nas aplicações
comerciais é a redução do uso da largura de banda WAN, onde for possível. (...) Em uma
conversa típica por telefone, somente cerca de 36-40% de toda conversa full-duplex é ativa.
(...) para oferece um som mais natural, o ruído de conforto pode ser incluído no gateway
H.323.(...) É preciso lembrar que a compressão de silêncio pode causar uma degradação
observada na qualidade do áudio.
A escolha do codec é fundamental para o sucesso da aplicação VoIP. Os codecs modernos são
inteligentes e executam funções sobre o fluxo de dados de voz como: compressão, supressão
de silêncio e cancelamento de eco.
27
Figura 6 – Funcionamento do codec
2.3.1 Codecs padronizados pela ITU.
G.711: utiliza o principal padrão para codificação de voz, conhecido com PCM (Pulse Code
Modulation). “Um sinal PCM compreende 8.000 x 8 bits = 64Kbps” (CHOWDHURY, 2002,
p. 263). O PCM é o formato utilizado na telefonia convencional.
G.723.1: Descreve outra técnica de compressão que consegue comprimir voz a taxas de
5,3Kbps e 6,3Kbps, baseado em técnicas como CELP (Code Excited Linear Predictive
compression algorithm) e MP-MLQ (Multi-Pulse Multilevel Quantization).
G.726: Mais elaborado que o G.723, pode ser codificado a 40, 32, 24 e 16Kbps, este
conhecido como ADPCM (Adaptative PCM). Em alguns equipamentos, ADPCM pode ser
entregue como formato final aos PABXs e switches telefônicos, desde que isso seja suportado
pelos referidos equipamentos.
G.728: A ITU o descreve como do tipo LD-CELP (Low-Delay Code Excited Linear
Prediction). É um codec que possui baixo atraso e que trabalha em 16Kbps.
G.729 e G.729A: descrevem respectivamente duas variações muito diferentes de um codec
tipo CS-ACELP de 8Kbps. (Conjugate Structure Algebric Code Excited Linear Prediction).
28
Tabela 1 – Codecs Padronizados pela ITU
Padrão ITU
Algoritmo
Taxa de Compressão
Qualidade de Voz
G.711
G.723
64 Kbps
5.3 e 6,3 Kbps
G.726
PCM
MP-MLQ
LD-CELP
ADPCM
16, 24, 32, 40 Kbps
G.728
G.729
LD-CELP
CS-ACELP
16 Kbps
8 Kbps
Excelente
Boa (6.3)
Moderada (5.3)
Boa (40)
Moderada (24)
Boa
Boa
Atraso
Adicionado
Nenhum
Alto
Muito baixo
Baixo
Baixo
29
3 – TRANSMISSÃO DE VOZ SOBRE TCP/IP
O conceito da tecnologia VoIP é transformar voz em mais uma aplicação dentro de uma rede
de dados que utilize IP como protocolo de nível de rede, permitindo a digitalização e a
codificação de voz e o empacotamento de dados para a transmissão em uma rede IP.
A arquitetura TCP/IP é, na verdade, um conjunto de protocolos e tem por objetivo a
interligação de diferentes tecnologias de redes. O IP foi desenvolvido como um protocolo de
comunicação baseado na regra do melhor esforço (Best-effort Service), que não provê
nenhum mecanismo de qualidade de serviços e conseqüentemente, nenhuma garantia de
alocação de recursos da rede.
Como não é possível prever o atraso dos pacotes, os protocolos da camada de transporte do
TCP/IP (TCP e UDP), não são adequados para aplicações de voz em tempo real. O problema
do TCP, na transmissão de voz em tempo real, é o seu mecanismo de recuperação dos dados,
utilizado quando ocorre perda de pacotes, ocasionando atrasos não toleráveis, por outro lado,
como o UDP utiliza um serviço sem conexão, este problema é evitado, porém, possui a
desvantagem da não confiabilidade da transmissão. Pacotes TCP são entregues em ordem e
sem erros, o protocolo retransmite os pacotes defeituosos ou faltantes automaticamente, o que
provoca atrasos que dificultam o controle da variação do atraso (jitter); já o protocolo UDP
não garante nem a ordem, nem a correção, nem a integridade dos pacotes, que podem chegar
corrompidos ou simplesmente não chegar.
3.1. TCP (Transmission Control Protocol)
Aplicações que requerem a entrega confiável de dados usam o TCP, porque este verifica se os
dados são enviados de forma correta, na seqüência apropriada e sem erros, pela rede.
30
Para garantir a entrega, o TCP executa um procedimento no qual é criada um circuito virtual
entre origem e destino. Torres (2001, p. 104), descreve este procedimento como “A abertura
da conexão é feita através de um processo chamado handshake (aperto de mão), onde o
transmissor e receptor irão confirmar qual é o número de seqüência inicial eles usarão. (...) a
conexão é mantida através do envio de dados do transmissor ao receptor.”
A confiabilidade nas transmissões via TCP está baseada no fato de que esse protocolo é
orientado à conexão.
O TCP especifica o formato dos pacotes de dados e de reconhecimentos que dois
computadores trocam para realizar uma transferência confiável, assim como os procedimentos
que os computadores usam para assegurar que os dados cheguem corretamente. Entre estes
procedimentos estão:
- Distinguir entre múltiplos destinos numa máquina determinada.
- Fazer recuperação de erros, tais como pacotes perdidos ou duplicados.
O TCP da origem possui um timer para garantir que não se perca muito tempo entre uma
mensagem errada e sua correção. Então, quando o TCP origem recebe uma mensagem de
erro, ocorre um "timed-out" (tempo esgotado) e o reenvio da mensagem. A margem de tempo
do "timed-out" é controlada pelo administrador do host.
3.2. UDP (User Datagram Protocol)
“O protocolo UDP é um protocolo de transporte não orientado à conexão, isto é, ao contrário
do TCP, ele não verifica se o pacote de dados chegou ou não ao seu destino.” (TORRES,
2001, p. 97)
O UDP substitui o protocolo TCP quando a transferência de dados não precisa estar
submetida a serviços como controle de fluxo, seu uso mais conhecido é para o envio de
mensagens DNS (Domain Name System).
Para transmissão de dados sem a utilização do circuito virtual, o UDP adiciona informações
ao pacote, como: endereço de destino, endereço de origem, tamanho do pacote e um campo
31
para checagem da integridade do pacote. Seu funcionamento é semelhante a uma
correspondência, onde o “endereço” é anexado ao pacote e posteriormente lançado na rede,
onde cada nó, irá encaminhar ao próximo destino, até que chegue ao destino final.
Em redes confiáveis, onde não há quase perda de pacotes, o uso do protocolo UDP é mais
viável.
3.3 IP (Internet Protocol)
O IP é um protocolo pertencente a camada de rede e é responsável pela entrega dos pacotes
gerados na camada de transporte. Segundo Torres (2001, p. 80). “A principal função do IP é o
roteamento, ou seja, adicionar mecanismos para que o datagrama chegue o mais rapidamente
possível ao seu destino. Isso é feito com o auxílio dos roteadores da rede, que escolhem os
caminhos mais rápidos entre a origem e o destino”
É um protocolo sem conexão, não possui nenhum tipo de garantia, verificação de erros ou de
seqüência de pacotes, o que, como foi dito no início deste capítulo, o torna inapropriado para
o transporte de voz. Contudo o IP tem a vantagem de tornar a rede transparente para das
camadas superiores envolvidas na transmissão de voz e pode contar com auxílio de outros
protocolos como o RTP (Real Time Protocol) e mecanismos de QoS, para garantir entrega em
tempo real e qualidade nas transmissões.
3.4 Funcionamento de voz sobre IP (VoIP)
Segundo SOARES e FREIRE (2002, p. 186) “A definição básica de voz sobre IP é a
conversão de amostras de voz em uma série de pacotes e transmissão destes através de uma
rede IP, remontando a amostra original da voz no ponto de chegada.”
A tarefa de conversão das amostras de voz é executada pelo Gateway de Voz, que é o
dispositivo que executa a digitalização (no caso do sinal de entrada ser um sinal analógico),
compressão e funções de empacotamento IP sobre o sinal de voz recebido. Os gateways IP
32
possuem interfaces de conexão com a rede local, com a central PABX, ou ainda com outros
equipamentos (um telefone com IP, por exemplo)
Para realização de uma chamada VoIP, são necessários, pelo menos, um gateway IP instalado
em cada localidade. O administrador da rede atribui um número de localização para cada
equipamento, geralmente um que identifique rapidamente a sub-rede.
A figura 7 mostra o ambiente de integração de dados e voz em redes IP.
Figura 7 – Integração e voz e dados
Analisando a Figura 7, no estabelecimento de uma ligação entre um ramal conectado ao
PABX no site 1 e um telefone no site 2, quando o usuário chamador tira o fone do gancho, ele
escuta o tom de discagem do PABX 1. Neste momento, poderia-se discar 0 e pegar a linha
externa ou 9 (ou qualquer outro número determinado) e pegar a linha do gateway IP.
Para que uma chamada VoIP seja estabelecida são necessários os seguintes protocolos:
1) Protocolo de sinalização: para estabelecer presença, usuários locais, inicialização,
modifição e encerramento de sessões. Os protocolos de sinalização mais usados são o SIP
(Session Initiation Protocol), desenvolvido pela IETF e o H.323, desenvolvido pela ITU-T.
2) Protocolo de transporte de áudio: para transmissão de pacotes áudio são utilizados os
protocolos UDP e o RTP (Real Time Protocol).
33
3) Protocolo de suporte: localização do gateway, QoS, translação de endereço, IP, etc. São
protocolos de suporte: RSVP – (Resource Reservation Setup Protocol), COPS (Common
Open Policy Service).
3.5 Equipamentos IP capazes de tratar voz
Como já dito no tópico anterior, o gateway de voz é o responsável pela conversão de amostras
de voz para transmissão na rede. Os gateways são opcionais em uma LAN onde os terminais
se comunicam diretamente, mas quando os terminais precisam se comunicar com um ponto
final em outra rede, a comunicação se faz via gateway.
Segundo Soares e Freire, 2002, p. 196,
O gateway IP é o principal elemento presente na rede. Ele é responsável pelas seguintes
funções:
- Verificação: quando um gateway IP (origem) recebe a solicitação de ligação, ele
recebe o número telefônico discado e converte-o em um endereço IP que identifica o destino
da ligação. A conversão do endereço é baseada na verificação de uma tabela que contém o
plano de numeração utilizado;
- Conexão: o gateway IP da origem estabelece uma conexão com o gateway IP de
destino, efetua a troca de informações de estabelecimento da ligação e executa operações de
negociação (handshake);
- Digitalização: os sinais analógicos telefônicos são digitalizados (...) Em situações
em que o gateway já recebe o sinal em formato digital, a partir de uma interface T1 ou E1, ele
não faz uso desta conversão;
34
- Compressão: a função que reduz a quantidade de informação a ser transmitida,
maximizando a utilização da banda da rede;
- Descompressão / Re-modulação: ao mesmo tempo em que são executadas as
funções anteriores, estão ocorrendo também atividades de descompressão e re-modulação nos
gateways IP de destino.
Baseado em um padrão do mercado, um gateway de voz poderá possuir as seguintes
configurações:
- Interfaces analógicas: FXS (não fornece tom de discagem) e FXO (fornece tom
de discagem);
- Interfaces digitais: T1 (sistema de transmissão de 1.544 Kbps, comum nos EUA
e Japão, com 24 canais, cada um com uma velocidade de 64 Kbps) ou E1 (sistema de
transmissão a 2.048 Mbps, comum na Europa e adotado no Brasil com 32 canais digitais, cada
um com uma velocidade de 64kbps, sendo 30 canais de voz ou dados, um canal para
sincronismo e um canal para sinalização telefônica).
35
4 – PROTOCOLOS UTILIZADOS
O envio dos pacotes de voz de um ponto ao outro, primando pelo controle de qualidade, para
que a comunicação seja feita de forma inteligível requer técnicas de controle do atraso e da
chegada de pacotes. Vários protocolos são utilizados para transmissão e controle de pacotes
de voz. Os mais utilizados são:
4.1 RTP e RTCP (Real-time Protocol e Real-time Control Protocol)
O Protocolo de Tempo-real (RTP) é responsável pela transmissão, através de datagramas
(UDP), das aplicações multimídia (fluxos de áudio, vídeo e texto). Segundo TANENBAUM
(2003, p. 564) “A função básica do RTP é multiplexar diversos fluxos de dados de tempo real
sobre um único fluxo de pacotes UDP”.
A principais características do RTP são: a sincronização dos pacotes pela hora de transmissão
e a capacidade de alterar o formato de codificação durante a transmissão (de PCM para
ADPCM, por exemplo), o que garante a integridade e a possibilidade diminuição de tamanho,
caso a banda disponível diminua, por exemplo.
36
O Protocolo de Controle de Tempo-real (RTCP) funciona em conjunto com o RTP, segundo
TANENBAUM (2003, p.565) “Ele cuida do feedback, da sincronização e da interface com o
usuário, mas não transporta dados”. O RTCP informa ao RTP as oscilações na largura de
banda e também cuida da sincronização entre transmissor e receptor.
“Ambos os protocolos RTP e RTCP constituem-se em elementos centrais da maioria (senão
todas) das arquiteturas e serviços de VoIP.” (COLCHER et al., 2005, p. 140).
4.2 - RSVP (Resource Reservation Protocol)
“O RSVP serve para gerenciar recursos ao longo do caminho no qual deseja-se utilizar
aplicações que necessitem de QoS. Ele não realiza transporte de dados, é apenas um protocolo
de sinalização que atua juntamente com o ICMP (Internet Control Management Protocol) e
IGMP (Internet Group Management Protocol)” (JUNIOR e DOMINGUES, 2000, p. 1).
O processo de sinalização se dá antes da transmissão dos dados e é renovado sempre que
necessário. Para haver a requisição dos recursos o transmissor envia uma mensagem (PATH)
informando para o destino as especificações de tráfego (largura de banda, delay e jitter) e
armazenam o estado de cada roteador por onde ela transitou. Quando PATH chega no
receptor, este analisa as informações contidas na mensagem e seleciona os parâmetros de
reserva desejados, iniciando-se assim o procedimento de reserva de recursos através da
mensagem RESV.
4.3 MPLS (Multiprotocol Label Switching)
É um protocolo definido pelo IETF que permite tornar a rede mais inteligente, incorporando
gerenciamento com base em políticas de um caminho com menor número de hops (nós) para
o tráfego de voz.
Segundo Colcher et al. (2005, p. 137) “... a arquitetura MPLS permite a determinação prévia
da seqüência completa dos roteadores que compõem uma rota. (...) a referida seqüência é
identificada por uma informação adicional (um conjunto de bits pequeno e de tamanho fixo)
no cabeçalho dos pacotes transportados pela rede de backbone, informação esta chamada de
37
rótulo. Dessa forma, a determinação do caminho a ser seguido por cada pacote é realizada
pela simples leitura do rótulo.”
4.4. Protocolo H.323
Segundo Chowdhury (2002, p. 290), “A recomendação H.323 da ITU-T especifica terminais e
outros elementos que oferecem sistema de comunicação de multimídia baseados em pacotes.
Essa recomendação não garante QoS”. O H.323 encontra-se na segunda versão, lançada pela
ITU em janeiro de 1998, e faz parte de uma série de padrões de comunicações que permitem
vídeo-conferência e VoIP através de redes.
4.4.1 Componentes H.323
Terminal H.323 – Equipamento (computador ou telefone IP) onde está implementado o
serviço de telefonia IP. São os clientes da LAN que fornecem comunicação em tempo real nas
duas direções. Um terminal H.323 pode se comunicar com outro terminal, um gateway ou um
MCU;
Gateway H.323 – Elemento que permite a interoperabilidade entre duas redes e é situado entre
uma rede IP e uma rede de telecomunicações, como o sistema telefônico convencional
(RTPC) ou a rede de telefonia celular.
Gatekeeper – Executa a função de gerenciamento de todas as chamadas dentro de sua zona e
fornece serviços aos pontos finais registrados. Suas principais funcionalidades são:
Tradução de endereços: tradução de um endereço (numero de telefone, e-mail, ou qualquer
outro “alias” criado) para um endereço IP;
Controle de admissão: o gatekeeper pode permitir ou negar acesso baseado em autorização de
chamada, endereço de fonte e destino, etc;
38
Sinalização de chamada: o gatekeeper controla o processo de sinalização entre dois pontos
finais que querem se conectar;
Autorização de chamada: o gatekeeper pode rejeitar chamadas de um terminal devido a
falhas;
Gerenciamento de largura de faixa: controle do número de terminais que podem acessar
simultaneamente a rede.
MCU (Multipoint Control Unit) – é um componente opcional do H.323 que suporta múltiplos
pontos de conferência, ou seja, permite a ligações entre três ou mais pontos.
4.5. SIP (Session Initiation Protocol)
Criado pelo IETF (Internet Engineering Task Force) com o objetivo principal de criação e
gerenciamento de sessões para troca de recursos multimídia entre aplicações o SIP é um
protocolo de sinalização mais avançado, porém de trato mais simplificado, é mais extensível e
leve e altamente escalável. O SIP tem como principal característica a forte integração com
TCP/IP. Segundo Colcher (2005, p. 189) “...O SIP é um elemento que pode ser usado em
conjunto com outros protocolos e componentes na construção de uma arquitetura multimídia
completa.” O SIP utiliza-se de vários protocolos para viabilizar a comunicação
entre
participantes de uma sessão, por exemplo: RTP para transporte de dados em tempo real,
MGCP e Megaço/H248 para controle de gateways de mídia, SDP para descrever sessões
multimídia, etc.
39
4.5.1 Componentes SIP
Agente usuário – executa função semelhante ao Terminal H.323. É sistema-fim que age em
nome de um usuário, porém, possui a particularidade de estar dividido em duas partes: cliente
e servidor. Pode funcionar ora como cliente, ora como servidor.
Servidor Proxy – é responsável por receber mensagens e encaminha a outros servers. Além da
possibilidade de reescrever mensagens antes de encaminhá-las, quando necessário,
normalmente atua em conjunto com os servidores de registro e de redirecionamento,
executando a tradução de endereços, roteamento de mensagens e aplicação de regras de
segurança – função semelhante ao Gatekeeper H.323.
Servidor de redirecionamento – mapeia um endereço em zero ou mais novos endereços
associados a um cliente.
Servidor de registro – armazena informação sobre onde uma parte pode ser encontrada,
trabalhando em conjunto com o servidor de redirecionamento e o servidor Proxy.
4.6. MGCP (Media Gateway Control Protocol)
É utilizado para comunicação entre MGCs e Gateways. Segundo Colcher et al. (2005, p. 224
apud Andreasen, 2003) o MGCP pode ser definido como “um protocolo mestre-escravo, em
que gateways de mídia executam comandos enviados pelo MGC e notificam este último da
ocorrência de determinados eventos de interesse, tais como “fone fora do gancho”,
pressionamento de tecla de um telefone etc.”
40
4.7. Megaco/H.248 (Gateway Control Protocol).
É uma evolução do MGCP. Os dois são complementares ao SIP e ao H.323, embora também
possam controlar dispositivos não-inteligentes, por meio de implementações específicas.
Segundo Colcher et al. (2005, p. 236) as diferenças entre MGCP e Megaco/H.248 são:
“- O Megaco/H.248 usa um modelo de conexão que simplifica a definição de serviços
suplementares (...) oferece um controle melhor da execução ordenada de comandos por meio
de transações (...) define modos de transporte específicos de suas mensagens sobre outros
protocolos além do UDP...”
41
5 – DIFICULDADES NO DESEMPENHO DA VOZ EM PACOTES
5.1 Atraso.
Refere-se ao tempo que leva para um pacote sair de sua origem e chegar ao seu destino,
segundo Soares e Freire (2002, p. 200) “É um dos maiores contribuintes para a redução da
qualidade de voz em redes de pacotes IP”
Diversos problemas devem ser considerados para se estimar esse parâmetro, como falta de
sincronia e diferentes taxas de crescimento dos relógios do transmissor e receptor. Algumas
métricas que avaliam o retardo sofrido por pacotes na rede.
Atraso fim-a-fim: é o tempo que um pacote leva no percurso do emissor ao receptor.
Atraso de ida e volta: é o tempo que um pacote leva para ser enviado a um receptor e
devolvido ao emissor (Round Trip Time). Pode ser estimado com a utilização a ferramenta
ping.
42
Figura 8 – Atraso fim-a-fim em VoIP
5.2 Variação do atraso (Jitter).
A variação do atraso, ou jitter, é o intervalo entre a chegada de dois pacotes consecutivos em
relação ao intervalo de sua transmissão. Ele é baseado na medição do atraso fim-a-fim e é
definido para pares consecutivos de pacotes. A medição de um único jitter requer dois
pacotes.
O jitter é percebido, por exemplo, quando fluxos de voz são transmitidos em uma rede e os
pacotes não chegam ao seu destino dentro da ordem sucessiva ou em uma determinada
cadência, ou seja, eles variam em termos de tempo de atraso. Esta distorção é particularmente
prejudicial ao tráfego de voz, fazendo com que o sinal de áudio ou vídeo tenha uma qualidade
distorcida ou fragmentada na recepção.
5.3. Perda de pacotes
Todas as aplicações são sensíveis à perda de pacotes, que podem ser recuperados via
retransmissão, no entanto aplicações de voz em tempo real não permitem que haja
retransmissão.
43
Aplicações de voz são, portanto, sensíveis a perdas. Para contornar este problema,
dependendo do processo de perda presente na rede, alguns mecanismos como a redução na
qualidade ou algoritmos de recuperação de perdas podem ser aplicados para melhorar a
qualidade do serviço. A escolha dos mecanismos de recuperação depende do processo de
perda na rede.
5.4. Largura de banda
Largura de banda indica a capacidade máxima de transmissão teórica de uma conexão.
Normalmente expressa em kilobits por segundo (Kbps) ou megabits por segundo (Mbps). A
largura de banda de uma rede pode ser vista como um tubo que transfere dados. Quanto maior
o diâmetro do tubo, mais dados podem ser enviados através dele simultaneamente.
Em virtude do alto custo, a largura de banda deve ser aproveitada ao máximo, utilizando
técnicas que consumam o mínimo possível, ao preço de que uma aplicação que consuma
muita banda inviabilizar um projeto.
Segundo Soares e Freires (2002, p. 198) “Quanto mais banda de rede puder ser economizada
mais banda sobrará para ser usada por outras aplicações, tanto de voz quanto de dados. Em
um sistema ideal, uma conexão fim-a-fim para tráfego de voz deve possuir somente um ponto
de compressão (na origem do sinal) e um ponto de descompressão (no destino).”
44
6 – QoS PARA O VoIP
A garantia definitiva de QoS é dada pela PSTN. Para cada conversação, um canal de 64 kbps
é completamente dedicado para a chamada – a largura da banda é garantida. Da mesma forma,
os protocolos que oferecem serviço garantido podem assegurar que um requerido tamanho de
largura de banda seja dedicado à conexão que esta operando. Da mesma maneira que com
qualquer tecnologia de rede empacotada, esses mecanismos geralmente operam melhor
quando o trafego esta baixo dos níveis máximos. Quando uma conexão se aproxima dos seus
limites, é quase impossível se eliminar a degradação.
6.1 DiffServ (Differentiated Services)
Serviço diferenciado, ou DiffServ, é um método pelo qual o trafego pode ser sinalizado e
receber tratamento especifico. O DiffServ pode ajudar a fornecer o QoS, permitindo que
certos tipos de pacotes tenham precedência sobre os outros. Certamente vá aumentar a
chances de um pacote VoIP passar rapidamente por cada link, isso não garante nada.
45
7 – ESTUDO DE CASO
7.1. Caracterização e descrição do ambiente da empresa.
A Eletrônica Panamerica Ltda é uma empresa de prestação de serviço. Atua, principalmente
no Estado de Rondônia, prestando serviço de manutenção de garantia, juntamente com mais
de 10 empresas.
Está sediada na cidade de Pimenta Bueno - RO e presente na cidade de Cacoal – RO, onde
trabalha com a maioria das assistências, trabalhando desde de sistema digital de segurança a
telefonia rural.
7.1.1. Análise da situação atual da rede de dados.
Estando conectada na internet por meio da ADSL, sendo que na cidade de Pimenta estando
com link 300kbps com IP dinâmico e em Cacoal com o link de 400kbps com IP fixo,
fornecido pela empresa BrasilTelecom. A rede local utiliza protocolo Ethernet e está disposta
lógica e fisicamente em forma de estrela, através de cabos de par trançado UTP, categoria 5,
ligados a switches não gerenciáveis de 100Mbps.
A rede utiliza endereçamento IP classe B. Cada loja possui um servidor com
sistema operacional Windows XP Pro.
46
7.1.2 Análise da situação atual da rede de voz.
A duas lojas possuem sistema de PABX analógicos, marca Intelbras, modelo Modulare e
Modulare I, distribuindo, em média, 10 ramais e interligados a Rede Telefônica Pública
Comutada (RTPC) por, em média, 02 linhas analógicas.
Não há pretensão de alteração dos equipamentos de telefonia atuais, segundo Harte (2003, p.
10) “... é possível usar seu telefone existente para serviços de voz sobre rede de dados. Alguns
adaptadores de rede criam um tom-de-discagem que disponibiliza telefones padrões ou
sistemas de PBX para serem usados para fazer ligações através da rede de dados”.
O gerenciamento das ligações telefônicas é feito com o bloqueio de ramais para ligações
interurbanas e não há software para controle das ligações efetuadas.
7.1.3 Custo com ligações interurbanas
Baseado nos faturas telefônicas num período de 03(três) meses, na empresa de Cacoal, foi
estimado o valor pago por cada unidade em relação às ligações interurbanas, em média,
R$700,00, totalizando o valor de R$1.400,00.
Das ligações interurbanas efetuadas, em média 40% são ligações feitas de Pimenta para
Cacoal, ou seja, R$1.400,00 x 40% = R$560,00.
47
7.2 Implantação de VoIP na Eletrônica Panamérica
O sistema de telefonia convencional não será desativado em virtude da necessidade de um
sistema alternativo, caso haja, por exemplo, um congestionamento ou falha na rede.
Para a rede LAN, que possui boa disponibilidade de banda, será utilizado o codec G.711, que
oferece melhor qualidade, apesar de que, a princípio, as ligações no ambiente local serão
efetuadas via PABX. Na rede WAN será utilizado o codec G.729, apesar da diminuição na
qualidade, pois há necessidade de economia dos recursos de rede.
Figura 9 – VoIP na empresa.
7.2.1. Alterações na estrutura atual
Não haverá mudanças na estrutura da LAN e da WAN ou nos sistemas de PABX existentes
na empresa, apenas possíveis adequações nos pontos da rede que se fizerem necessários para
atender os novos requisitos dos serviços que serão implementados, preservando o
investimento já realizado.
48
7.2.2 Equipamentos a serem utilizados
Será necessário a aquisição de Gateways e ATA VoIP que possuam pelo menos uma porta
FXO para interligação com o PABX e uma porta LAN 100BaseT para interligação com o
roteador. Também será necessária a aquisição de um computador, com sistema operacional
Linux instalado, a ser instalado na loja de Cacoal, onde será instalado o software, responsável
pelo controle e admissão de chamadas e gerencia da rede de voz, com registro de ligações e
emissão de relatórios.
(...) Em cada gateway IP existira uma tabela de roteamento de chamadas relacionando o
numero do IP de destino para se alcançar um ramal, ou grupo de ramais dentro da rede;
através desta tabela, o Gateway IP sabe qual o numero do IP do próximo Gateway para onde
os pacotes contendo as amostras e voz devem ser enviados.”
7.2.3 Software a serem utilizados
Apesar de existirem vários softwares disponíveis no mercado, foi optado pelo software
AsteriskNow, desenvolvido pela empresa norte-americana Digium, cujo download pode ser
realizado na pagina http://www.asterisk.org, sem nenhum custo. O software possibilitará o
gerenciamento de rede de voz, disponibilizando todos os recursos necessários a implantação
do projeto. O Software possui também uma versão paga, denominada Asterisk Busines
Edition, tendo diferencia somente o suporte técnico.
O motivo para escolha do software, alem da possibilidade de obtenção sem custo, é que a
empresa Digium, que desenvolveu o Asterisk, também fabrica adaptadores para conexão dos
sistemas de PABXs aos gateways VoIP, o que minimiza possíveis problemas de
incompatibilidades.
49
7.2.4 Asterisk
Asterisk é um software GPL que pode transformar um simples PC em um poderoso e
completo PBX. Ele roda em Linux e provê todas as funcionalidades que o leitor poderia
esperar de um PBX e muito mais. Foi criado por Mark Spencer da Digium que apóia o projeto
e comercializa o hardware de telefonia. Asterisk faz Voz sobre IP em diferentes protocolos e
pode se integrar à maioria dos padrões de telefonia utilizando hardware de baixo custo e
aberto, desenvolvido por Jim Dixon (Gonçalves, 2005).
Seu nome vem do símbolo, *, o qual em Unix e Linux representa um wildcard que equivale a
qualquer caractere, qualquer arquivo. Similarmente, o Asterisk é destinado a integrar qualquer
peça de telefonia, seja hardware ou software, a aplicações. Para ilustrar essa propriedade do
Asterisk abaixo estão listados os protocolos e CODEC que há compatibilidade.
• Protocolos Abertos:
• IAX™ (Inter-Asterisk Exchange);
• H.323 ;
• SIP (Session Initiation Protocol) ;
• MGCP (Media Gateway Control Protocol ); e
• SCCP (Cisco® Skinny®).
Protocolos proprietários:
•
• 4ESS;
•
• BRI (ISDN4Linux);
•
• DMS100;
•
• EuroISDN;
•
• Lucent 5E;
•
• National ISDN2; e
•
• NFAS
Codecs:
•
• ADPCM;
•
• G.711;
•
• G.723.1;
50
•
• G.726;
•
• G.729;
•
• GSM;
•
• iLBC;
•
• Linear;
•
• LPC-10; e
•
• Speex.
7.2.4.1 AsteriskNow
É uma implementação de uma interface gráfica do Asterisk, desenvolvida pela Digium, que
está em versão beta e que inclui todos os componentes do Linux necessários para executar,
debugar e construir o Asterisk, por isso sua instalação é fácil.
Não é preciso ter preocupações com o kernel e dependência de pacotes, sendo assim todos os
componentes não utilizados que poderiam comprometer a segurança ou performa não estão
inclusos.
51
7.2.4.2 Instalando e configurando o AsteriskNow
Figura 10 - Tela inicial
O arquivo ISO do AsteriskNow pode ser baixado no site www.asterisknow.org. Colocando a
mídia que foi gravado o AsteriskNow, a primeira que tela que aparece é a da figura 10, que
nos mostra, duas opções de instalação: a primeira pelo modo gráfico e a segunda pelo modo
de texto, sendo que foi escolhido a primeira opção para a instalação do sistema.
Figura 11 – Tipo de instalação
52
A figura 11 mostrar os tipos de instalação que pode ser feita, sendo que foi usada a instalação
Express Installation, seguindo na figura 12, será feito o particionamento do sistema, será
removido qualquer outro arquivo ou sistema que estava instalado.
Figura 12 – Partição do Drive de Instalação
Na próxima etapa conforme figura 13, será configurado a rede em que o sistema ficara
implantado. Feito a configuração da rede, no próximo passo será configurado o fuso horário
do sistema conforme figura 14.
53
Figura 13 – Configuração da rede
Figura 14 – Configuração de Fuso Horário
Feito a configuração de fuso horário, o próximo passo é cadastrar a senha do Administrador
do sistema conforme figura 15, depois do cadastro da senha será instalado o sistema e seus
pacotes.
54
Figura 15 – Cadastro de senha e instalação do sistema
Finalizando a instalação, o sistema pedirá pra reiniciar o computador, será mostrado na
inicialização do sistema uma tela boot do GNU GRUB com o sistema instalado. Assim que
ele carregar o sistema, ficará mostrando a tela Console Menu conforme figura 16, onde será
possível fazer as atualizações do sistema, ou configurar o sistema via web browser conforme
o IP que é mostrado no console ou entrar no modo texto na opção Console, .
Figura 16 – Console Menu
Para acessar via browser, só precisa digitar o IP do servidor, conforme figura 17, que pedirá o
usuário “Admin” e senha que o usuário cadastrou. Assim que o usuário logar pela primeira
vez, abrirá uma tela de setup wizard com as configurações de horário e data, plano de
55
numeração inicial, serviço de provedor externo de VOIP e configurações de regras de
ligações.
Figura 17 – Tela de login
Configuração de discagem local, longa distância e Internacional, Voicemail, ramais de
atendimentos, conforme mostra nas figuras 18.
56
57
58
Figura 18 – Configurações Iniciais
Para o teste ser efetuado no prédio da Eletrônica Panamerica de Cacoal, foi usado um
computador Pentium 4 2,8G, 512MB de memória e HD de 80GB, mais dois computadores, o
softphone X-Lite versão mais recente conforme figura 19, para demonstrar o funcionamento
do Asterisknow, sendo que a configuração da numeração para teste ficou da seguinte forma:
número do VOIP 6000 para Cacoal e 6001 para Pimenta Bueno, conforme figura 20.
Figura 19 – SoftPhone X-Lite
59
Figura 20 – Configuração do SIP no X-Lite
Na página do browser na opção Active Channels pode ser visto uma chamada em percurso
entre os dois computadores com o softphone X-Lite, conforme figura 21.
60
Figura 21 – Chamada de Voip em percurso
7.2.5 Plano de numeração
O plano de numeração será escolhido pela a empresa, sendo 04 dígitos
Empresa
Localidade
Numero do voip
Panamérica
Cacoal
3552
Panamérica
Pimenta Bueno
3253
Tabela 2 –Plano de numeração
61
7.2.6 Efetuando ligações utilizando VoIP.
Será implementado nos PABXs a utilização de teclas específicas para ligações VoIP, por
exemplo, pode ser atribuída a tecla 0(zero) para ligações utilizando a rede de telefonia publica
e a tecla 893(oitocentos e noventa e três) para ligações VoIP. Exemplo: caso um funcionário
de Pimenta Bueno deseje fazer uma ligação para a loja de Cacoal, ele pressionaria a tecla 893,
aguardaria o tom de discagem VoIP e em seguida discaria 3552 (código da Loja de Cacoal),
ou ainda, se um funcionário de Pimenta deseja fazer uma ligação para um cliente que resida
em Alta Floresta, ele pressionaria a tecla 9, aguardaria o tom de discagem VoIP, discaria o
numero do telefone do cliente sem o DDD, usando uma operadora de VoIP para ligações
externas.
7.2.7 Investimentos a serem realizados.
Para interligação das lojas, devem ser realizados os seguintes investimentos:
Hardware:
Qtde Equipamento
03
Handy Tone 286
01
Microcomputador
AMD.Sempron 2800,
256MB Memória DDR, HD
80GB 7200RPM, Vídeo
128-bits 2D/3D AGP, FaxModem 56K V.92 Voice,
Rede 10/100 Mbps, Som 3D
Stereo, Drive 1.44MB,
Gabinete ATX com fonte
450W. , Teclado padrão
windows, Mouse 3 Botões.
01
PCI TDM400P
01
Gateway iAN-02ex
Total:
Fabricante /Modelo
Valor Unit.
Grandstream
R$250,00
http://www.dsystem.co R$936,00
m.br
Valor Total
R$750,00
R$936,00
Digium
UTStarcom
R$294,01
R$595,00
R$2.575,01
R$294,01
R$595,00
Tabela 3 – Itens de hardware a serem adquiridos
62
Software:
Qtde Equipamento
01
AsteriskNow
Fabricante /Modelo
Digium
Valor Unit.
R$0,00
Total:
Valor Total
R$0,00
R$0,00
Tabela 4 – Itens de software a serem adquiridos
7.2.8 Resultados esperados
7.2.8.1 Redução de custos.
Com a implantação do sistema VoIP, espera-se a reduzir a zero o custo das ligações entre as
empresas, bem como a redução do custo das ligações interurbanas, por exemplo: se houver a
necessidade de efetuar ligação para cidade de Ariquemes, a ligação pode ser feita utilizando o
sistema VoIP da operadora Ivoz.net, o que proporcionará que a ligação seja tarifada em
R$0,19 dentro do estado e, fora do estado, a R$0,15, para telefone fixo e R$0,64 para ligações
feitas para celulares.
Com base nas estimativas realizadas, o investimento, total seria de R$2.575,01. Com as
despesas foram contabilizadas em R$560,00, o investimento seria recuperado em,
aproximadamente 05 meses.
7.2.8.2 Qualidade de voz aceitável.
A qualidade de voz seja adequada, conforme garantem os fabricantes dos equipamentos, pois
na atividade de prestação de serviço, qualquer falha na comunicação poderá provocar prejuízo
financeiro.
63
7.2.8.3 Consumo satisfatório dos recursos da rede.
O consumo de banda deve ser o mínimo possível, a fim de evitar problemas de
congestionamento da rede de dados ou da própria rede de voz.
64
CONCLUSÃO
Este trabalho apresentou que a interligação de voz e dados, utilizando a tecnologia VoIP é
uma alternativa viável em uma rede corporativa e pequenas empresas dispersa
geograficamente em diferentes cidades. A capacidade de adaptação dos novos equipamentos
aos já existentes, torna o custo de implementação relativamente baixo, possibilitando um
retorno rápido do investimento e uma econômia considerável nas despesas com ligações
telefônicas.
Itens importantes como: qualidade do serviço e melhor utilização de banda, já são tratadas
pelos equipamentos disponíveis no mercado e são garantidos pelos fabricantes. Os softwares
disponíveis, possuem funções que permitem o gerenciamento das ligações VoIP,
proporcionando o controle das ligações efetuadas.
O rápido crescimento da tecnologia VoIP está tornando os equipamentos mais avançados e
diminuindo os custos, o que está despertando muitas empresas a mudar a forma de efetuar
ligações em suas redes. Essa situação tende a causar um impacto nas empresas de
telecomunicações que, certamente, não estarão dispostas a perder mercado e devem, também,
oferecer esse tipo de serviço.
65
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CHOWDHURY, Dhiman D. Projetos Avançados de Redes IP. Roteamento, Qualidade de
Serviço e Voz Sobre IP. Trad. Daniel Vieira. Rio de Janeiro: Editora Campus, 2002.
COLCHER, Sergio et al. VoIP – Voz Sobre IP. Rio de Janeiro: Elsevier Editora, 2005.
DAVIDSON, Jonathan. PETERS, James. Voice Over IP Fundamentals. Indianápolis
(EUA): Cisco Pres, 2000.
GONÇALVES, Flavio Eduardo de Andrade. Asterisk PBX Guia de Configuração. Santa
Catarina, 2006.
HARTE, Lawrence. Introdution to IP Telephony. EUA: ALTHOS Publishing, 2003.
JUNIOR, Nilton Alves, DOMINGUES, Kelly Soyan Pires. Modelo de qualidade de serviço
– Aplicações em IP. Paper disponível em http://mesonpi.cat.cbpf.br/naj/qosf.pdf,
acesso em 12/11/2005.
KELLY, Tim. VoIP for dummies. Indianápolis (USA): Willey Publishing, 2005.
LIMA, Teófilo Lourenço de. Manual Básico para Elaboração de Monografia. Canoas:
Ulbra, 1999.
MEGGELEN, Jin Van, SMITH, Jared, MADSEN, Leif, Asterisk O Futuro da Telefonia.
Trad. Armando Figueiredo e Betina Macedo. Rio de Janeiro: Alta Books, 2005.
PINHEIRO, Nelson José de Moraes. Implementação de telefonia IP em ambiente
corporativo utilizando o Cisco CallMenager. São Paulo: Instituto de Pesquisas
Tecnológicas – IPT. Exame de qualificação para cumprimento parcial de exigências para
o título de Mestre Profissional em Engenharia da Computação, 2005.
RODRIGUES et al. Documento de avaliação do ambiente experimental de VoIP durante
o 4º. WRNP e 21º. SBRC: descrição, resultados, problemas. Natal: RNP, 2003. GTVoIP relatório P4.1.
SOARES, L. C., FREIRE, V. A. Redes Convergentes. Estratégias para transmissão de voz
sobre Frame Relay, ATM e IP. Rio de Janeiro: Editora Alta Books, 2002.
SOARES, Luiz Fernando Gomes et al. Redes de Computadores. 2ª. ed. Rio de Janeiro:
Elsevier Editora, 1995.
66
SOUZA, Rodrigo Jean. Ferramenta para comunicação VoIP usando o padrão H.323 em
redes com servidores NAT. Florianópolis: UFSC, Trabalho de Conclusão de Curso.
Departamento de Informática e Estatística, Universidade Federal de Santa Catarina, 2004.
TANENBAUM, Andew S. Redes de Computadores.Trad. Vandenberg D. de Souza. 4.ed.
Rio de Janeiro: Elsevier Editora, 2003.
TORRES, Gabriel. Redes de Computadores. Rio de Janeiro: Axcel Books, 2001
WALKER II, John Q. Large enterprise VoIP network case study. San Jose-CA (USA):
Cisco Systems, 2001.
67