protÓtipo de um gateway voip para comunicaÇÃo de …pericas/orientacoes/voipgwstfc2006.pdf ·...
TRANSCRIPT
Retirar este rodapé do volume final Página 1 30/09/2006 TCC-BrunoTMArchi
UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA DE TELECOMUNICACÕES
PROTÓTIPO DE UM GATEWAY VOIP PARA
COMUNICAÇÃO DE TELEFONE IP COM TELEFONE STFC
BRUNO TRISOTTO MARCHI
BLUMENAU 2006
2006/1
BRUNO TRISOTTO MARCHI
PROTÓTIPO DE UM GATEWAY VOIP PARA
COMUNICAÇÃO DE TELEFONE IP COM TELEFONE STFC
Trabalho de Conclusão de Curso submetido à Universidade Regional de Blumenau para a obtenção dos créditos na disciplina Trabalho de Conclusão de Curso do curso de Engenharia de Telecomunicações.
Prof. Francisco Adell Péricas, Mestre – Orientador
BLUMENAU 2006
2006/1
PROTÓTIPO DE UM GATEWAY VOIP PARA
COMUNICAÇÃO DE TELEFONE IP COM TELEFONE STFC
Por
BRUNO TRISOTTO MARCHI
Trabalho aprovado para obtenção dos créditos na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso, pela banca examinadora formada por:
______________________________________________________ Presidente: Prof. Francisco Adell Péricas, Mestre – Orientador, FURB
______________________________________________________ Membro: Prof. Fábio Rafael Segundo, Mestre,FURB
______________________________________________________ Membro: Prof. Marcelo Grafulha Vanti, Mestre – FURB
Blumenau, 03 de julho de 2006.
Dedico este trabalho aos meus pais por caminharem sempre comigo e a todos os amigos, especialmente aqueles que me ajudaram diretamente na realização deste.
AGRADECIMENTOS
À Deus, pelo seu imenso amor e graça.
À minha família, que sempre esteve presente.
À minha namorada, que me apóia em todos os momentos.
Aos meus amigos, pelo apoio e cobranças.
Ao Eduardo Dalpiaz, por todo o apoio e ajuda na conclusão deste trabalho.
Ao meu orientador, Francisco Adell Péricas, por ter me orientado de forma brilhante
fazendo com que eu realizasse este trabalho.
“If I have seen farther than others it is because I stood on the shoulders of giants”
Sir. ISAAC NEWTON
RESUMO
Este trabalho apresenta uma forma de obter-se o Gateway VoIP através de recursos de software e sua integração com uma placa DIGIUM TDM400P FXO.Também é apresentado um estudo sobre o antigo sistema telefônico e a inovadora tecnologia VoIP, envolvendo seus requisitos, protocolos e sua capacidade de integração. Foi proposto um sistema de comunicação envolvendo dois computadores, sendo um deles com a placa DIGIUM TDM400P FXO, rodando o software ASTERISK e conectado a rede telefônica, para que fosse estabelecida a conexão e comprovada a integração.
Palavras-chave: Gateway VoIP. Comunicação. Integração.
ABSTRACT
This paper presents a way to obtain a Gateway VoIP through resources of software and its integration with a DIGIUM TDM 400P FXO board. It is also presented a study on the old telephone system and the innovative VoIP technology, involving its requirements, protocols and its capacity of integration. It was considered and implemented a communication system involving two computers, being one of them with a DIGIUM board, running the software ASTERISK and connected to the telephone network, to establish a connection and prove the integration.
Key-words: Gateway VoIP. Communication. Integration.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Estrutura da rede de telefonia fixa convencional.....................................................17
Figura 2 - Terminais H.323 numa rede baseada em pacotes ....................................................31
Figura 3 – Arquitetura de rede H.323.......................................................................................35
Figura 4 – Estrutura em camadas dos protocolos .....................................................................39
Figura 5 – Arquitetura Geral de um sistema de Telefonia IP. ..................................................41
Figura 6 – Arquitetura básica do ASTERISK ..........................................................................45
Figura 7 - Softphone X-LITE ...................................................................................................46
Figura 8 – Tela de configuração do arquivo sip.conf ...............................................................48
Figura 9 – Rotina de configuração do arquivo sip.conf no terminal LINUX...........................49
Figura 10 – Tela de configuração do arquivo extensions.conf.................................................50
Figura 11 – Rotina de efetuação de chamada no terminal LINUX ..........................................51
Figura 12 – Rotina de recebimento de chamada no terminal LINUX......................................52
Figura 13 – Tela de configuração do arquivo zapata.conf .......................................................53
Figura 14 – Software logado ao ASTERISK ...........................................................................54
Figura 15 – Software com uma conexão estabelecida na rede LAN........................................55
Figura 16 – Sistema proposto ...................................................................................................56
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Comparativo entre H.323 e SIP ..............................................................................36
LISTA DE SIGLAS
ADSL – Assymetric Digital Subscriber Line
ATM – Asynchronous Transfer Mode
CAS – Channel Associated Signalling
CCITT – Consultative Committee for International Telegraphy and Telephony
CCS – Common Channel Signalling
DAC – Direcionamento Automático de Chamadas
DNS – Domain Name System
FDDI – Fiber Distributed Data Interface
FXS – Foreign Exchange Station
FXO – Foreign Exchange Office
HTTP – HyperText Transport Protocol
IBM – International Business Machines Corporation
IETF – Internet Engineering Task Force
IP – Internet Protocol
IPX – Internet Packet Exchange
ISDN – Integrated Services Digital Network
ITU - T – International Telecommunication Union Telecommunication Standardization sector
IVR – Interactive Voice Response
LAN – Local Area Network
LRQ – Location requests
MC – Multipoint Controller
MCU – Multipoint Control Unit
MP – Multipoint Processors
MEGACO – Media Gateway Control Protocol
MGCP – Media Gateway Control Protocol
MIME – Multipurpose Internet Mail Extension
OSI – Open Systems Interconnection
PABX – Private Automatic Branch Exchange
PSTN – Public Switched Telephone Network
QoS – Quality of Service
RFC – Request for Comments
RTCP – Real-Time Transport Control Protocol
RTPC – Rede Telefônica Pública Comutada
RTP – Real-Time Transport Protocol
SDP – Session Description Protocol
SIP – Session Initiation Protocol
SSL – Secure Socket Layer
SS#7 – Signalling System Number 7
STFC – Serviço Telefônico Fixo Comutado
TCC – Trabalho de Conclusão de Curso
TCP – Transport Control Protocol
UDP – User Datagram Protocol
URI – Universal Resource Indicator
URL – Uniform Resource Locator
VoIP – Voice over Internet Protocol
WAN – Wide Area Network
SUMÁRIO
1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO ........................................................................................13
1.2 OBJETIVO GERAL..........................................................................................................14
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................14
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ......................................................................................15
2.1 HISTÓRICO......................................................................................................................17
2.2 MEIOS DE COMUNICAÇÃO .........................................................................................18
2.3 CLASSIFICAÇÃO DAS REDES TELEFÕNICAS .........................................................19
2.4 SINALIZAÇÃO ................................................................................................................19
3.1 FUNCIONAMENTO DO VOIP .......................................................................................21
3.2 QUALIDADE DE SERVIÇO (QOS) ...............................................................................23
3.3 PROTOCOLOS DE MÍDIA (TRANSPORTE DE VOZ).................................................24
3.3.1 Real-time Transport Protocol (RTP)...............................................................................24
3.3.2 Real-Time Transport Control Protocol (RTCP)..............................................................25
3.4 PROTOCOLOS DE SINALIZAÇÃO...............................................................................25
3.4.1 SIP ...................................................................................................................................25
3.4.2 H.323...............................................................................................................................30
3.5 PROTOCOLOS DE CONTROLE DE GATEWAY.........................................................38
3.5.1 MGCP (Media Gateway Control Protocol)....................................................................38
3.5.2 MEGACO (Media Gateway Control Protocol)..............................................................38
3.6 GATEWAY VOIP.............................................................................................................39
4.1 REQUISITOS DO SISTEMA...........................................................................................42
4.2 IMPLEMENTAÇÃO ........................................................................................................43
4.2.1 Softwares Utilizados .......................................................................................................43
4.2.2 Integração ASTERISK x Placa DIGIUM TDM400P FXO ............................................47
4.2.3 Configuração do ASTERISK..........................................................................................47
4.3 TESTES E VALIDAÇÃO.................................................................................................54
5.1 EXTENSÕES ....................................................................................................................58
12
1 INTRODUÇÃO
A rede pública de telefonia e os equipamentos que a tornam funcional estão
implantados na maioria das localidades do mundo hoje. A disponibilidade de um telefone e o
acesso a uma rede telefônica mundial de alta qualidade e baixo custo é considerada essencial
na sociedade moderna. Espera-se que os telefones continuem funcionando mesmo quando
haja queda de energia. Tudo que comprometa esta rede é tratado com cautela. Contudo, uma
mudança de paradigma começa a ocorrer quando mais e mais as comunicações se dão na
forma digital e transportada por redes de pacotes, tais como IP, células ATM e quadros de
Frame Relay. O tráfego de dados está crescendo muito mais que o tráfego telefônico e há um
interesse cada vez maior em transportar informações de voz sobre rede de dados alterando
radicalmente o modo de comutação de dados sobre rede de voz.
Uma das mais recentes tecnologias é o VoIP, ou voz sobre IP, e umas das aplicações
que mais facilitam a nossa vida hoje é a utilização de gateways para transportar chamadas
telefônicas através da rede de dados em tempo real. Sendo assim o Gateway VoIP permite
comunicação entre usuários sem a necessidade de um computador e um microfone ou até
mesmo configurações complicadas de software.
Desde sua primeira aparição no mercado, em 1995, é espantoso observar a rapidez com
que a tecnologia de telefonia IP evoluiu. A velocidade com que a telefonia IP se transformou
em uma indústria é realmente impressionante (HERSENT;GUIDE;PETIT 2002).
13
1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO
Este trabalho vem a servir como referência para a implementação de um Gateway
VoIP a partir de uma placa DIGIUM TDM400P FXO, de fácil utilização e manuseio.
Os equipamentos comerciais na área de VoIP com fins didáticos têm custo elevado e o
objetivo do trabalho é, além de esclarecer dúvidas nessa área, permitir progressos em um
glossário anterior (CALVACHE, 2005), apresentando novas aplicações, como convergência
de serviços e dados e utilização de tecnologias de padrão aberto.
O presente documento visa à implementação de um Gateway VoIP a partir de uma
placa DIGIUM TDM400P FXO, que possa ter alguma aplicação didática futura, além de
apresentar toda a fundamentação teórica e esclarecimentos a respeito do equipamento.
O Gateway será implementado utilizando-se uma placa DIGIUM TDM400P FXO para
a execução das chamadas, ligada a rede de telefonia convencional, comprovando assim a
integração entre a tecnologia VoIP e o antigo sistema STFC. A demonstração deverá ser
comprovada a partir de uma experiência na qual o computador estabelece conexão VoIP com
um servidor, e este conecta-se à Rede de Telefonia Pública Comutada (RTPC).
Apesar de ser uma área em constante desenvolvimento e possuir muita fundamentação
teórica, a comunicação VoIP não possui muito material prático para o auxílio de acadêmicos
no sentido de pesquisas e contato com a tecnologia.
14
1.2 OBJETIVO GERAL
Este trabalho tem como objetivo a implementação de um Gateway VoIP a partir de
uma placa DIGIUM TDM400P FXO, para a comunicação com a rede STFC.
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Os objetivos específicos com relação ao Gateway são:
a) Implantar um Gateway VoIP
b) estabelecer comunicação de voz com a rede analógica conectada ao mesmo;
c) comprovar, a partir de teste, a conexão e comunicação entre equipamentos.
Os objetivos específicos com relação ao desenvolvimento são:
a) expor alguns conceitos básicos da tecnologia, através do Gateway VoIP;
b) usar o Gateway VoIP ASTERISK em Linux.
15
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho está estruturado em cinco capítulos, sendo o primeiro deles a introdução
que compreende os objetivos do trabalho, geral e específicos e estrutura do trabalho. O
segundo capítulo trata da fundamentação teórica da telefonia convencional, e o terceiro
capítulo trata da mesma fundamentação, porém em relação à tecnologia VoIP, o Gateway
VoIP e suas funcionalidades. O quarto capítulo, por sua vez, apresenta o desenvolvimento do
protótipo que esta estruturado pelos requisitos do sistema, implementação, testes e validação
do protótipo. E por fim no quinto capítulo é feita a conclusão do trabalho.
16
2 TELEFONIA FIXA (STFC)
Desde a implantação das primeiras linhas telefônicas, a telefonia fixa tem cada vez
mais atendido às pessoas em vários locais do mundo, inclusive em regiões remotas.
Entretanto, muitas pessoas ainda não tiveram acesso a uma linha telefônica por vários
motivos, por razoes política, investimentos por parte das concessionárias, poder aquisitivo da
população, entre outros. Mas a grande causa da não cobertura total dessas áreas ainda é o fator
distância (PINHEIRO, 2005).
A estrutura que separa a central telefônica de uma localidade distante demanda muito
tempo e investimento para que possa ser concluída. Essa distância se chama o local loop ou
última milha (last mile).
Hoje o sistema telefônico mais utilizado para estabelecer a comunicação de voz entre
dois pontos ainda é o sistema público. Para que se ocorra uma comunicação telefônica, é
necessário estabelecer um circuito entre um assinante A (emissor) e um assinante B
(receptor).
Essa comunicação telefônica, também conhecida como convencional, é representada
pela Public Switched Telephone Network (PSTN), que em português responde pela sigla
RTPC (Rede de Telefonia Publica Comutada) (PINHEIRO, 2005). Trata-se do serviço de
telecomunicações que, por meio de transmissão de voz e de outros sinais, destina-se à
comunicação entre pontos fixos determinados, utilizando os processos de telefonia.
17
Fonte: Pinheiro (2005)
Figura 1 - Estrutura da rede de telefonia fixa convencional
A Public Switched Telephone Network (PSTN) é uma rede de comunicação (analógica
ou digital), com acessos analógicos por parte do assinante. Destina-se, basicamente, ao
serviço de telefonia, oferecendo suporte à comunicação de dados na faixa de voz (entre 300
Hz e 3400 Hz).
Trata-se de uma estrutura de comunicação muito complexa e de grande capilaridade. É
composta pela rede de longa distância (centrais interurbanas e internacionais) e os respectivos
entroncamentos, rede local (composta pelas centrais locais e entroncamentos urbanos) e o
enlace de assinante, constituído pelos terminais e linhas de assinante.
2.1 HISTÓRICO
De acordo com Pinheiro (2005), o objetivo original da rede telefônica comutada era a
comunicação de voz entre dois pontos. Inicialmente ligavam-se dois telefones. Mas com o
aumento no numero de terminais de assinante, foi necessário encontrar uma maneira de
efetuar sua interligação. Como hipótese, surgiu uma opção de ligar cada telefone a cada um
dos outros telefones na rede. Mas esta solução seria um desperdício de fiação, sem considerar
os enormes custos associados a esta solução.
18
Surgiram então as primeiras centrais telefônicas manuais, onde todas as ligações entre
os telefones dos assinantes eram feitas pelas telefonistas. Esse processo tinha como
desvantagem a demora na conexão, pois dependia da habilidade da operadora, além da falta
de privacidade, uma das virtudes pelas qual o telefone tinha sido inventado, pois a operadora
para efetuar a conexão tinha que saber quem deveria receber a chamada.
2.2 MEIOS DE COMUNICAÇÃO
As redes públicas de telecomunicações utilizam uma variedade de meios guiados e não
guiados para os sistemas de transmissão. Meios guiados tratam-se de fios e cabos em geral e
meio não guiado é considerado o espaço livre. Os fios de cobre ainda são largamente
utilizados na ligação entre a central telefônica e os terminais de assinantes. Para ligações entre
sistemas de longa distância interligando centrais telefônicas (urbanas e interurbanas) até a
implantação de novos serviços de comunicações, por exemplo, para as Redes Digitais de
Serviços Integrados (ISDN), os cabos metálicos foram substituídos por cabos de fibras
ópticas. Alem disso no caso de regiões remotas um sistema muito utilizado hoje em dia é a
comunicação via ondas de radio.
Uma das aplicações pioneiras das fibras ópticas em sistemas de comunicação
corresponde a utilização das mesmas como sistemas tronco, interligando centrais de tráfego
interurbano (PINHEIRO, 2005). Esses sistemas tronco exigem meios de transmissão, digitais
em sua maioria, de grande capacidade, envolvendo distâncias que vão, desde algumas dezenas
até centenas de quilômetros e, eventualmente, entre países com dimensões continentais, até
milhares de quilômetros. As fibras ópticas, com suas características de grande banda passante
e baixa atenuação, atendem perfeitamente a esses requisitos de transmissão.
Posteriormente, a utilização de sistemas de digitalização de voz mais eficientes veio
19
permitir o tratamento e comutação por computadores, obtendo-se assim uma maior qualidade
e rapidez no estabelecimento das comunicações.
2.3 CLASSIFICAÇÃO DAS REDES TELEFÕNICAS
Conforme Pinheiro (2005), as redes telefônicas podem ser classificadas, quanto à
hierarquia, em redes interurbanas e redes locais. As redes locais dividem-se em redes de
assinantes (que ligam os assinantes às centrais telefônicas) e redes de entroncamentos (que
interligam as estações locais). As redes de assinantes por sua vez, podem ser classificadas em
redes de alimentação (redes primárias), redes de distribuição (redes secundárias) e redes
internas (redes terciárias).
Quanto ao método de comutação, as redes podem utilizar a comutação de circuitos ou
de pacotes. A comutação de circuitos utiliza uma técnica de alocação do meio onde todos os
recursos necessários em todos os subsistemas de telecomunicações que conectam origem e
destino são reservados durante todo o tempo da conexão. É o tipo de comutação destinado a
sistemas com alto índice de utilização como o sistema de telefonia.
Já a comutação de pacotes é projetada para sistemas pouco utilizados, onde os recursos
são utilizados apenas por curtos períodos de tempo. Atualmente é muito utilizada para a
comunicação entre computadores, incluindo a transmissão de voz e imagem.
2.4 SINALIZAÇÃO
A sinalização é responsável pela transferência de informação de controle entre a rede
de comutação (centrais telefônicas) e os assinantes, sendo responsável pelo estabelecimento,
20
manutenção e desconexão das ligações.
A sinalização tem como funções:
a) alerta;
b) endereçamento;
c) supervisão;
d) informação;
e) tarifação;
f) gerência da rede.
A relação entre as funções de sinalização e controle nas centrais de comutação tem
sido o principal fator de desenvolvimento dos sistemas de sinalização (PINHEIRO, 2005).
Nas centrais analógicas as funções de controle estavam intimamente ligadas às funções de
comutação. Neste caso, os caminhos físicos de sinalização e de voz são os mesmos, sendo por
isso designados por sistemas de sinalização de canal associado ou CAS (Channel Associated
Signalling).
Outro tipo de sistema de sinalização é a sinalização em canal comum ou CCS
(Common Channel Signalling). Neste tipo de sistema é usado um caminho comum para um
determinado número de circuitos de sinalização, o que leva a existirem caminhos diferentes
para a voz e sinalização. O sistema de sinalização em canal comum, desenvolvido pelo antigo
CCITT (atual ITU-T) é chamado "Signalling System Number 7", conhecido por SS#7, que é o
sistema de sinalização adotado pelas operadoras de serviços de telefonia pública.
Segundo Pinheiro (2005), o sistema de sinalização SS#7 foi projetado usando
conceitos de comutação de pacotes e estruturado em diferentes níveis conforme o modelo OSI
para ser usado em ligações nacionais e internacionais. A rede do SS#7 pode ser vista como
uma rede de comutação de pacotes que é usada para transmitir mensagens de sinalização entre
os processadores das várias centrais de comutação.
21
3 VOIP
VoIP (Voice over Internet Protocol) é uma tecnologia que permite a transmissão de
voz por IP, tornando possível a realização de chamadas telefônicas (com qualidade, esta será
definida a seguir no tópico QoS) pela internet. Também conhecida por Voz sobre IP, o VoIP
está cada vez mais popular e surgem cada vez mais empresas que lidam com essa tecnologia.
O VoIP faz com que as redes de telefonia se "misturem" às redes de dados
(ALECRIM, 2005). Dessa forma, é possível que, a partir de um microfone, caixas ou fones de
ouvido e um software apropriado, seja feita uma ligação para telefones convencionais por
meio de um computador.
A tecnologia VoIP também tem sido aplicada em PABX (Private Automatic Branch
Exchange), mais conhecidos como sistemas de ramais telefônicos. Dessa forma, muitas
empresas estão deixando de ter gastos com centrais telefônicas por substituírem estas por
sistemas VoIP.
3.1 FUNCIONAMENTO DO VOIP
Para que a transmissão de voz seja possível, o VoIP captura a voz, que até então é
transmitida de forma analógica e a transforma em pacotes de dados, sendo que esta
transformação envolve vários processos até a digitalização da voz, como por exemplo, a
quantização, conversão para números binários e compressão do sinal, que podem ser enviados
por qualquer rede TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol). Desta forma é
possível trabalhar com esses pacotes pela internet. Quando o destino recebe os pacotes, estes
são retransformados em sinais analógicos e transmitidos a um meio no qual seja possível
ouvir o som.
22
Apesar de ganhar destaque recentemente, o VoIP não é uma tecnologia nova. Ela já era
trabalhada antes mesmo da popularização da internet e chegou a ser considerada um fracasso
pelo fato da velocidade de transmissão de dados ser baixa, impedindo-a de se tornar funcional
na maioria das redes.
Para que o VoIP se tornasse uma tecnologia viável, foi e é necessário investir em QoS
(Quality of Service), isto é, em qualidade de serviço. Para que isso fosse possível, uma das
soluções seria o aumento da largura de banda, ou seja, o aumento da velocidade de
transmissão e recepção de dados. Como o acesso à internet em banda larga é cada vez mais
comum, principalmente em empresas, o VoIP passou a se beneficiar disso. No entanto, apenas
velocidade não é suficiente.
É muito comum a tecnologia VoIP ser confundida com Telefonia IP. Ambos são
diferentes, a Telefonia IP é uma espécie de "versão evoluída" do VoIP. Na verdade, o que
caracteriza um serviço como Telefonia IP são as funcionalidades e qualidade equivalentes à
telefonia convencional (ALECRIM, 2005), assim como a presença de terminais telefônicos.
A tecnologia VoIP, basicamente, converte sinal de voz (analógico) para o formato
digital, utilizando tanto a infra-estrutura de dados, quanto a infra-estrutura analógica. A
Telefonia IP, por sua vez, também faz uso de aparelhos telefônicos específicos e utiliza de
maneira efetiva as redes de computadores (como a internet). Tais dispositivos, geralmente,
são sofisticados o suficiente para a transmissão de voz em tempo real e com qualidade que
muitas vezes supera a telefonia convencional. O fato mais interessante é que a Telefonia IP
consegue essa eficiência utilizando uma rede que está pronta, a Internet, sem assim necessitar
de centrais telefônicas e ainda pode apresentar integração com outros serviços de dados, como
vídeo e e-mail.
A Telefonia IP está em constante evolução e com ela também evoluem os seus
padrões, porém hoje apenas os protocolos de comunicação H.323 da ITU-T e o SIP do IETF
23
podem ser vistos como concorrentes diretos. Ambos os protocolos servem para fazer a
negociação de uma troca de informações, e, além disso, utilizam RTP/RTCP (apresentados na
próxima seção) para o transporte de informações.
3.2 QUALIDADE DE SERVIÇO (QOS)
Na internet e nas intranets atuais, a largura de banda é um assunto importante. Mais e
mais pessoas estão usando a Internet por motivos comerciais e particulares. O montante de
dados que precisa ser transmitido através da internet vem crescendo exponencialmente. Novos
aplicativos, como RealAudio, RealVideo, Internet Phone e sistemas de videoconferência
precisam cada vez de mais largura de banda que os aplicativos usados nos primeiros anos da
Internet. Enquanto que aplicativos Internet tradicionais, como WWW, FTP ou Telnet, não
toleram perda de pacotes, mas são menos sensíveis aos retardos variáveis, a maioria dos
aplicativos em tempo real apresenta exatamente o comportamento oposto, pois podem
compensar uma quantidade razoável de perda de pacotes, mas são, normalmente, muito
críticos com relação aos retardos variáveis. Neste conceito entra a tecnologia que mais
necessitará de qualidade garantida, o VoIP, uma vez que também é em tempo real e não tolera
atrasos ou perdas.
Segundo Eide (2002), isso significa que, sem algum tipo de controle de largura de
banda, a qualidade desses fluxos de dados em tempo real depende da largura de banda
disponível no momento. Baixas larguras de banda, ou mesmo larguras de banda melhores,
mas instáveis, causam má qualidade em transmissões em tempo real, com eventuais
interrupções ou paradas definitivas da transmissão. Mesmo a qualidade de uma transmissão
usando o protocolo de tempo real RTP depende da utilização do serviço de entrega IP
subjacente. Por isso, cada vez mais se fazem necessários novos conceitos para garantir uma
24
QoS específica tanto para aplicativos VoIP quanto para quaisquer programas que dependam
desta tecnologia inovadora.
3.3 PROTOCOLOS DE MÍDIA (TRANSPORTE DE VOZ)
Os protocolos de mídia são responsáveis pela transmissão da voz em um sistema de
comunicação.
3.3.1 Real-time Transport Protocol (RTP)
O protocolo RTP definido através da recomendação RFC 1889 do IETF é o principal
protocolo utilizado pelos terminais, em conjunto com o RTCP, para o transporte fim-a-fim em
tempo real de pacotes de mídia (voz) através de redes de pacotes. Pode fornecer serviços
multicast (transmissão um para muitos) ou unicast (transmissão um para um).
O RTP não reserva recursos de rede e nem garante qualidade de serviço para tempo
real (HERSENT;GUIDE;PETIT 2002). Ele apenas tenta fazer com que os pacotes sejam
recebidos conforme a ordem de envio. O RTP "ordena" os pacotes de dados, de forma que
seja possível a transmissão de dados em tempo real. Caso algum pacote chegue atrasado, o
RTP descarta o mesmo e segue ordenando os pacotes seguintes. O transporte dos dados é
incrementado através do RTCP (protocolo de controle) que monitora a entrega dos dados e
provê funções mínimas de controle e identificação. No caso das redes IP, este protocolo faz
uso dos pacotes UDP, que estabelecem comunicações sem conexão.
25
3.3.2 Real-Time Transport Control Protocol (RTCP)
O protocolo RTCP, definido também através da recomendação RFC 1889 do IETF, é
baseado no envio periódico de pacotes de controle a todos os integrantes da conexão
(chamada), usando o mesmo mecanismo de distribuição dos pacotes de mídia (voz). Desta
forma, assim como no protocolo RTP, com um controle mínimo é feita a transmissão de
dados em tempo real usando o suporte dos pacotes UDP (para voz e controle) da rede IP.
3.4 PROTOCOLOS DE SINALIZAÇÃO
Os protocolos de sinalização são os responsáveis pelo controle das chamadas. São dois
os principais padrões de protocolos de sinalização: o SIP do IETF e o H.323 da ITU-T.
3.4.1 SIP
Assim como no HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) onde existe uma padronização
na forma de requisitar as páginas, o SIP (Session Initiation Protocol) é um protocolo de
comunicação e um conjunto de regras que definem como os equipamentos (computadores,
telefones, celulares) trocarão informações entre si (NETO, 2005). No HTTP, por exemplo, foi
criado um conjunto de regras que estabelecem como os computadores acessam os conteúdos
da Web que estão armazenados nos servidores centrais, e como resultado observamos como a
Internet teve um impacto estrondoso no comportamento do mundo todo. O SIP promete ter o
mesmo impacto na maneira como nos comunicaremos em tempo-real: com celulares ou
telefones comuns, via mensagens instantâneas, ou utilizando qualquer dispositivo baseado em
26
IP. O SIP é um protocolo que pode ser composto e gerenciado em qualquer dessas sessões,
independente do tipo de dispositivo utilizado (chamada telefônica, mensagens instantâneas,
jogos, ou até em videoconferência). De fato, se levada em conta toda a sua simplicidade e
flexibilidade o SIP tem um potencial muito grande. O SIP foi criado pelo IETF (Internet
Engineering Task Force) que é o órgão responsável pela padronização das tecnologias que
estão por trás de protocolos como o IP e o HTTP.
O protocolo SIP, como mencionado anteriormente, foi modelado à imagem do HTTP,
e como o HTTP, foi desenhado para trabalhar sobre redes IP. Também como no HTTP, ele
não encontrou barreiras para o desenvolvimento e implementação de inovadores e fantásticos
serviços, levando o controle das aplicações para os dispositivos terminais. “Um dos mais
poderosos conceitos da Internet é o fato de que as aplicações podem operar entre um servidor
Web e um browser sem nenhuma dependência e conhecimento da rede IP” (UNICAP, 2005).
O mesmo vale para as sessões baseadas no protocolo SIP. Um servidor SIP e um dispositivo
cliente terão o total controle de suas sessões (voz, vídeo, mensagens, mensagens
instantâneas). Essa condição é o oposto do modelo de serviços no mundo controlado pelas
operadoras de telecomunicações com circuitos comutados, onde os terminais como telefones,
têm apenas a capacidade de enviar e receber as chamadas e todo o restante dos serviços é
controlado por elementos de uma central de operações.
O modelo SIP tem como principais características:
a) O controle sobre os serviços é colocado no terminal
Num ambiente de telecomunicações tradicional, o compartilhamento e a centralização
de elementos relacionados com voz e outros serviços é a base do seu funcionamento,
aumentando significativamente o tempo e o custo requerido para criar e disponibilizar novos
27
serviços. O SIP passa o controle dos serviços para o terminal (como um celular baseado em
SIP ou um PC cliente), e elimina a necessidade de o sistema central controlá-lo. Por este
motivo, existe uma grande promessa de desenvolvimento de novos serviços em tempo real
baseados em Internet, que tenham baixo custo e um ciclo de implementação muito rápido.
b) Flexibilidade
Como um protocolo de sinalização, o SIP é uma mensagem e uma sessão ao mesmo
tempo. Quando o SIP é tratado como uma sessão (voz, vídeo, mensagem, jogos) ele não trás
informações ou regras pré-definidas do que essas sessões podem ser. Quando o SIP é tratado
como um protocolo de transporte, ele suporta qualquer tipo de mensagem MIME
(Multipurpose Internet Mail Extensions). Isso permite que o SIP atue em um grande conjunto
de serviços disponíveis, incluindo novas aplicações nunca antes previstas.
c) Alcance
O SIP pode facilmente ser ampliado para suportar novas funcionalidades, bem como
novos tipos de serviços. Como no HTTP, as capacidades do SIP podem ser aumentadas
conforme os novos requerimentos surjam. Por exemplo: o SIP para Mensagens Instantâneas e
de Presença (Simple) é uma extensão do SIP para suportar sistemas de Mensagens
Instantâneas e sistemas de Presença. A respeito do seu alcance, o SIP foi desenvolvido para
permanecer interoperável e compatível com o que já foi desenvolvido. Se dois terminais SIP
não puderem se juntar e constituir uma extensão SIP, eles ainda poderão se comunicar
baseando-se apenas no protocolo.
d) Integração com os padrões da Internet
O SIP oferece uma total integração com os padrões e tecnologias abertas da Internet. O
28
SIP utiliza URI (Universal Resource Indicator), DNS (Domain Name System), MIME
(Multipurpose Internet Mail Extentions) de forma a ser o mais compatível possível com as
outras aplicações baseadas no protocolo IP (SYSTRADE, 2004). Isso permite ao SIP
interoperar facilmente com aplicações Web e resolver os grandes problemas que os serviços
de telefonia móvel têm no momento. Com o SIP, as operadoras de telefonia móvel podem
disponibilizar serviços que aparentemente estão integrados com a voz, mensagens, mensagens
instantâneas e interações com a Web, criando as fundações de serviços com possibilidades
virtualmente ilimitadas. Em razão da extensão dessas capacidades, o SIP teve um crescimento
e um sucesso excepcional no mercado. Este atualmente está sendo usado para suportar um
grande conjunto de serviços baseados em voz, mensagens instantâneas, serviços de telefonia
móvel, redes sem fio, e serviços baseados em IP.
Os principais componentes da arquitetura do SIP são:
- O Agente do Usuário SIP
O Agente do Usuário é o terminal SIP ou o software de estação final. O Agente do
Usuário funciona como um cliente no pedido de inicialização de sessão e também age como
um servidor quando responde a um pedido de sessão. Dessa forma, a arquitetura básica é
cliente-servidor. O Agente do Usuário armazena e gerencia situações de chamada, faz
chamadas com um endereço parecido com o de e-mail ou número de telefone e pode aceitar e
receber chamadas de outro agente do usuário sem requerer nenhum componente adicional do
SIP (VIDEO DEVELOPMENT INITIATIVE, 2004). Esses componentes restantes fornecem
gerenciamento e funcionalidades adicionais.
- Servidor Proxy SIP
Um tipo de servidor intermediário do SIP é o Servidor Proxy SIP. O Servidor Proxy
SIP passa requisições adiante, do agente do usuário para o próximo servidor SIP, e também
retém informações com a finalidade de contabilidade e faturamento. Além disso, o servidor
29
proxy SIP pode operar com comunicação “stateful” (como um circuito) ou “stateless” (como
um TCP). O servidor SIP “stateful” pode organizar as chamadas por ordem de chegada para
que várias extensões estejam tocando de uma vez e o primeiro que atender pega a chamada
(VIDEO DEVELOPMENT INITIATIVE, 2004). Essa capacidade significa que você pode
configurar o seu servidor para que seu telefone de desktop SIP, seu telefone celular SIP e suas
aplicações de videoconferência de casa SIP possam “tocar” todas ao mesmo tempo, e você
atende de alguma dessas locações e começa a conversar enquanto a outras duas locações
param de tocar. O servidor proxy SIP pode utilizar múltiplos métodos para tentar resolver o
pedido de endereço de host, incluindo busca de DNS, busca em base de dados ou retransmitir
o pedido para o próximo servidor proxy.
- Servidor de Redirecionamento SIP
Um outro tipo de servidor intermediário do SIP é o Servidor de Redirecionamento SIP.
Sua função é fornecer a resolução de nome e locação do usuário. O servidor de
redirecionamento SIP responde ao pedido do agente do usuário fornecendo informações sobre
o endereço do servidor para que o cliente possa contatar o endereço diretamente.
- Registrador SIP
O Registrador SIP fornece um serviço de informação de localidades, ele recebe
informações do agente do usuário e armazena essa informação de registro.
A arquitetura do SIP utiliza o SDP (Session Description Protocol). O SDP foi uma
ferramenta de conferência multicast via IP desenvolvida para descrever sessões de áudio,
vídeo e multimídia (UFGRS, 2005). De fato, qualquer tipo de MIME (Multipurpose Internet
Mail Extension) pode ser descrita, similar à habilidade do e-mail de suportar todos os tipos de
anexos em mensagens. A descrição da sessão pode ser usada para negociar uma aceitação de
um conjunto de tipos de mídias compatíveis.
30
3.4.2 H.323
O padrão H.323 é parte da família de recomendações ITU-T (International
Telecommunication Union Telecommunication Standardization sector) H.32x, que pertence à
série H da ITU-T, e que trata de "Sistemas Audiovisuais e Multimídia". De acordo com
NewsGeneration (2004), a recomendação H.323 tem o objetivo de especificar sistemas de
comunicação multimídia em redes baseadas em pacotes e que não provêem uma Qualidade de
Serviço (QoS) garantida. Além disso, estabelece padrões para codificação e decodificação de
fluxos de dados de áudio e vídeo, garantindo que produtos baseados no padrão H.323 de um
fabricante interoperem com produtos H.323 de outros fabricantes.
O padrão H.323 é completamente independente dos aspectos relacionados à rede,
portanto não faz restrições às tecnologias de enlace, tornando livre a escolha entre as mais
conhecidas e utilizadas atualmente como Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, ou Token Ring.
Também não há restrições quanto à topologia da rede, que pode consistir tanto de uma única
ligação ponto a ponto, ou de um único segmento de rede, ou ainda serem complexas,
incorporando vários segmentos de redes interconectados. A figura 2 ilustra a comunicação
entre dois terminais H.323 em uma rede baseada em pacotes.
31
Fonte: UFRGS (2004) Figura 2 - Terminais H.323 numa rede baseada em pacotes
O padrão H.323 especifica o uso de áudio, vídeo e dados em comunicações
multimídia, sendo que apenas o suporte à mídia de áudio é obrigatório. Mesmo sendo somente
o áudio obrigatório, cada mídia (áudio, vídeo e/ou dados), quando utilizada, deve seguir as
especificações do padrão. Existe uma variedade de formas de comunicação, envolvendo áudio
apenas (telefonia IP), áudio e vídeo (videoconferência), áudio e dados e, por fim, áudio, vídeo
e dados.
De acordo com Rodrigues (2004), o padrão H.323 para aplicações multimídia em redes
tem como características:
a) Independência da rede
O padrão H.323 é projetado para utilização em redes baseada em pacotes, como as
redes IP. Na atualidade, a maioria das redes utilizadas possui uma infra-estrutura com
protocolo de transporte baseado em pacotes. Assim a adoção do padrão H.323 permite a
32
utilização de aplicações multimídia sem requerer mudanças na estrutura de redes. Por outro
lado, à medida que as tecnologias de enlace de redes evoluem e proporcionam maiores limites
de velocidade e largura de banda, seus benefícios serão imediatamente incorporados e
usufruídos pelas aplicações H.323.
b) Interoperabilidade de equipamentos e aplicações
O H.323 permite interoperabilidade entre dispositivos e aplicações de diferentes
fabricantes. Por isso, vários fornecedores de grande porte como Intel, Microsoft, Cisco e IBM
investem em linhas de produtos H.323.
c) Independência de plataforma
O H.323 não determina o hardware ou sistema operacional a ser usado. Desse modo,
as aplicações H.323 podem ser de naturezas diversas voltadas para mercados específicos, que
vão desde software de videoconferência executado em computadores, a telefones IP,
adaptadores para TV a cabo, sistemas dedicados, etc.
d) Representação padronizada de mídia
O H.323 estabelece codificadores para compressão e descompressão de sinais de áudio
e vídeo. Ele também prevê mecanismos de negociação dos codificadores a serem utilizados
numa conferência a fim de que os seus participantes encontrem um subconjunto comum entre
si.
e) Flexibilidade nas aplicações clientes
Uma conferência H.323 pode envolver aplicações clientes com capacitações
multimídia diferentes. Por exemplo, é possível que um terminal com suporte apenas para
33
áudio participe de uma conferência com terminais que tenham suporte adicional de vídeo e/ou
dados.
f) Interoperabilidade entre redes
É possível estabelecer conferências entre participantes localizados numa LAN e em
outras redes completamente diferentes, como a rede telefônica pública ou ISDN. O H.323
prevê o uso de codificadores que são comuns a vários tipos de redes. Isto é possível através da
utilização do componente gateway.
g) Suporte a gerenciamento de largura de banda
O tráfego dos fluxos de vídeo e áudio é caracteristicamente consumidor de largura de
banda em uma rede. O padrão provê mecanismos de gerenciamento que permitem delimitar a
quantidade de conferências simultâneas e a quantidade de largura de banda destinada às
aplicações H.323. Além do mais, o H.323 também prevê facilidade de contabilidade de uso
dos recursos da rede que podem ser usadas para fins de cobrança. Isto é possível através da
utilização do componente gatekeeper.
h) Suporte a conferências multiponto
O H.323 suporta conferências com três ou mais participantes ao mesmo tempo.
i) Suporte a multicast
O H.323 suporta técnicas de multicast nas conferências multiponto. Uma mensagem
multicast envia um único pacote a todo um subconjunto de destinatários na rede sem
replicação. Esse tipo de transmissão usa a largura de banda de uma forma muito mais
eficiente que as transmissões unicast.
34
Para que seja possível a comunicação multimídia, o padrão H.323 especifica quatro
tipos de componentes indispensáveis. São eles:
a) Terminais
São os computadores pessoais utilizados na rede, a qual provê comunicação em tempo
real. Todos os terminais devem suportar voz. O suporte a vídeo e dados é opcional.
b) Gateways
São elementos opcionais em conferências H.323, que têm como função prover a
comunicação de terminais H.323 com outros terminais de padrões diferentes (H.310, H.321,
H.322).
c) Gatekeepers
Componentes mais importantes. Atuam como ponto central para todas as chamadas
dentro de sua zona (conjunto de todos os terminais, gateways e MCUs gerenciados por um
único gatekeeper. Uma zona deve incluir, pelo menos, um terminal e pode incluir segmentos
de LAN conectados usando roteadores) e provêem serviços de controle de chamada para
registrar participantes. Dentre outras coisas, são também responsáveis pelo gerenciamento da
largura de banda em conferências H.323.
d) Multipoint Control Units (MCUs)
Suporta conferências entre três ou mais participantes. Sob H.323, um MCU consiste de
um Multipoint Controller (MC) e zero ou mais Multipoint Processors (MP). O MC manipula
as negociações entre todos os terminais para determinar capacidades comuns para
processamento de áudio e vídeo. Já o MP é o responsável por mesclar, chavear e processar os
bits de áudio, vídeo e/ou dados.
Um sistema que utiliza o padrão H.323 e as recomendações ITU-T associadas provê
35
uma forma útil e flexível para comunicação multimídia, e o fato de ser executado sobre
diversas plataformas o torna escalável (Rodrigues, 2004). As recomendações relacionadas ao
padrão H.323 continuam a evoluir e a serem adaptadas a novas situações através de um
esforço contínuo do grupo de estudo da ITU-T. Muitas dificuldades que surgem na utilização
do H.323 são decorrentes de outros problemas relacionados, como por exemplo, a garantia de
qualidade de serviço durante toda a sessão.
Fonte: UFRGS (2004)
Figura 3 – Arquitetura de rede H.323
A Figura 3 mostra a arquitetura de rede do protocolo H.323. Ela relata as posições de
todos os componentes da rede e suas interligações com os serviços disponíveis.
Porém apesar de todas as vantagens do padrão H.323, a complexidade existente
dificulta a sua implementação e a falta de guias de ajuda dificulta assegurar a compatibilidade
e a interoperabilidade e tornam o padrão substituível. Levando em conta essas adversidades a
ITU-T, através de esforços contínuos do seu grupo, continua evoluindo a adaptando-se a
novas situações. Segue abaixo uma tabela comparativa entre os padrões SIP e H.323.
36
H.323 SIP
Arquitetura O H.323 cobre quase todos os serviços, como capacidade de troca, controle de conferência, sinalização básica, QoS, registro e outros.
O SIP é modular e cobre todas as sinalizações de chamada básica, locação de usuários e registro. Outras características estão separadas em um protocolo ortogonal.
Componentes Terminal/Gateway Gatekeeper
Agente do usuário/servidor Proxy/Registrador
Protocolos RAS/Q.931 H.245
SIP SDP
Transferência de chamadas Sim Sim
Captação de ligação Sim Sim
Chamada em espera Sim Sim
Indicação de chamada em espera
Sim Não
Finalização de chamada Sim Sim
Intrusão de chamada (trata-se de introduzir uma chamada de forma ilegal)
Sim Não
Sinalização Multicast Sim, por meio de location requests (LRQ) e auto gatekeeper discovery (GRQ).
Sim, por meio do group invites
Controle de chamadas de terceiros
Sim Sim
Conferência Sim Sim
Grade quantidade de chamadas
O controle de chamadas H.323 pode ser implementado de vários modos. O Gateway tem capacidade para usar mensagens definidas no H.225, ajudando o Gatekeeper a executar o balanceamento de carga nos gateways.
O controle de chamada pode ser implementado de vários modos. O SIP suporta N para N entre as UAs e servidores, também exige menos ciclos de CPU para gerar a sinalização de mensagens e com isso pode teoricamente manusear mais transações. O protocolo tem um método específico para balanceamento sob o mecanismo DNS SRV.
Internacionalização Sim, o H.323 usa Unicode (BMPString com ASN.1) para algumas informações textuais (h323-id), mas geralmente tem poucos parâmetros
Sim, o SIP usa Unicode (ISO 10646-1), codificado como UTF-8 para todos os caracteres.
37
Segurança Define mecanismos de segurança e facilidade de negociação com o H.235 e pode ainda usar SSL.
O SIP suporta autenticação de chamadas com mecanismos HTTP. A autenticação segura e encriptação são suportadas por SSL/TSL.
Tarifação Mesmo com o modelo de chamada direta do H.323, a capacidade de tarifar não é permitida porque o cliente informa ao Gatekeeper o começo e o fim da chamada via protocolo do RAS.
Se o Proxy SIP quiser coletar informações de faturamento, não tem nenhuma escolha a não ser permanecer na chamada sinalizando o caminho para a duração inteira, de modo a captar quando termina.
Codecs O H.323 suporta qualquer codec, proprietário ou padrão, não apenas os codecs da ITU-T. Os tipos de carga podem estar especificados estaticamente ou dinamicamente.
O SIP suporta qualquer codec IANA ou outro codec cujo nome mutuamente é concordado entre ambos. Os tipos de carga podem estar especificados estaticamente ou dinamicamente.
Divisão de chamada O H.323 codifica mensagens em um formato binário compacto que combina com conexões banda larga e estreita
As mensagens SIP são codificadas no formato ASCII
Endereçamento Mecanismo de endereçamento flexível, incluindo URL e E.164
O SIP apenas entende endereços do tipo URL
Conferência de vídeo e dados O H.323 suporta inteiramente conferência de vídeo e dados. Os procedimentos estão alocados para fornecer controle para a conferência assim como a sincronização de áudio e vídeo.
O SIP tem suporte limitado para vídeo e não tem suporte para protocolos de conferência de dado com o T.120. O SIP não tem protocolos para controlar conferências e muito menos mecanismos de sincronização.
Fonte: Systrade (2005)
Tabela 1 – Comparativo entre H.323 e SIP
A tabela acima tem como função mostrar as características funcionais dos protocolos
de sinalização H.323 e SIP, além de seus componentes e arquitetura. Nela é possível observar-
se as muitas aplicações de cada protocolo concluir-se que ambos são muito vantajosos no que
diz respeito às funções, mas as aplicações de cada protocolo são diferentes. O H.323
38
comporta-se muito melhor em conferencias de vídeo e dados. Já o SIP tem a sua configuração
muito mais simples, tornando mais fácil o seu manuseio.
3.5 PROTOCOLOS DE CONTROLE DE GATEWAY
Os protocolos de controle de gateway são responsáveis pelo controle das conexões de
chamada.
3.5.1 MGCP (Media Gateway Control Protocol)
De acordo com Teleco (2005), o protocolo MGCP (Media Gateway Control Protocol),
definido através de recomendação RFC 2705 do IETF, é usado para controlar as conexões nos
gateways presentes nos sistemas VoIP. O MGCP implementa uma interface de controle
usando um conjunto de transações do tipo comando – respostas, que criam, controlam e
auditam as conexões nos gateways. Estas mensagens usam como suporte os pacotes UDP da
rede IP, e são trocadas entre os gatekeepers e gateways para o estabelecimento,
acompanhamento e finalização de chamadas.
3.5.2 MEGACO (Media Gateway Control Protocol)
O protocolo MEGACO (Media Gateway Control Protocol) é resultado de um esforço
conjunto do IETF e do ITU-T. O texto da definição do protocolo é o mesmo para o Draft
IETF e a recomendação H.248, e representa uma alternativa ao MGCP e outros protocolos
similares.
39
Este protocolo foi concebido para ser utilizado para controlar gateways monolíticos
(um único equipamento) ou distribuídos (vários equipamentos) (TELECO, 2005). Sua
plataforma aplica-se a gateway, controlador multiponto, e unidade interativa de resposta
audível (IVR). Possui também interface de sinalização para diversos sistemas de telefonia,
tanto fixa como móvel.
Fonte: Teleco (2005) Figura 4 – Estrutura em camadas dos protocolos
Para finalizar e facilitar o entendimento, a Figura 4 mostra a estrutura de todos os
protocolos explicados anteriormente, e define a interligação entre eles.
3.6 GATEWAY VOIP
São equipamentos que conectam a rede de dados à rede de telefonia existente e têm a
função de converter, compactar a voz das ligações telefônicas em pacotes de dados digitais e
40
encaminhar ao seu destino através de uma rede de dados.
A primeira medida de sucesso dos Gateway VoIP é a redução de custos das ligações de
longa distância sem adicionar inconvenientes ao usuário final, como, por exemplo, a
necessidade de usar um microfone em um PC, ou mesmo configurações complicadas para se
realizar uma chamada (SILVA, 2005).
Os Gateways VoIP possibilitam transportar chamadas telefônicas através das redes de
dados em tempo real, sem atrasos e com excelente claridade de voz. Estes equipamentos
foram desenvolvidos dentro do conceito de otimização das empresas, caracterizados pela
convergência de serviços de voz e dados e utilização de tecnologias de padrão aberto. O
Gateway VoIP, com duas interfaces sendo uma FXS e uma FXO, permite sua ligação direta
em troncos analógicos de PABX ou mesmo diretamente em telefones.
A funcionalidade do Gateway VoIP provê serviços de VoIP com uma ótima relação
custo/benefício para interligação de escritórios. Caso a empresa possua PABX coorporativo, o
mesmo deve ser conectado aos troncos analógicos. Caso não possua PABX, este deve ser
conectado diretamente aos aparelhos telefônicos. Em ambos os casos, o Gateway VoIP
permite comunicação entre os ramais dos escritórios. As formas de utilização do gateway
podem ser ponto-a-ponto ou através de um gerenciador fazendo um roteamento de IP no
equipamento. O Gateway VoIP assegura um alto desempenho e uma perfeita qualidade de
voz. É possível trabalhar com vários padrões de compressão de voz, além de mecanismos
utilizados para assegurar maiores níveis de claridade de voz com menor utilização de banda.
41
Fonte: Advento Networks (2005)
Figura 5 – Arquitetura Geral de um sistema de Telefonia IP.
A Figura 5 apresenta uma arquitetura geral de um sistema de telefonia IP, mostrando a
posição dos Gateways VoIP. Estes podem ser conectados tanto a uma central telefônica a
partir de uma entrada FXO, quanto a um aparelho telefônico convencional, a partir de uma
entrada FXS.
A entrada FXS entrega o serviço da central telefônica diretamente ao assinante e deve
ser conectada diretamente a um telefone, enquanto a entrada FXO é conectada à central
telefônica ou diretamente a rede de telefonia convencional, podendo ser ligada a um ramal de
um PABX.
42
4 DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO
A seguir será demonstrada uma metodologia de desenvolvimento para o protótipo do
Gateway VoIP proposto, procurando-se detalhar cada passo proposto pela metodologia. Serão
também apresentados os resultados do trabalho obtidos a partir de testes, fazendo-se assim
uma avaliação do que foi estudado e desenvolvido.
4.1 REQUISITOS DO SISTEMA
Os requisitos do sistema foram divididos em requisitos funcionais e não-funcionais.
Os requisitos funcionais do Gateway VoIP são:
• receber ligações de um telefone STFC;
• encaminhar ligações para a um computador com VoIP;
• registrar ligações recebidas e efetuadas;
• fazer ligações VoIP de um computador para um telefone RTPC.
Os requisitos não-funcionais do Gateway VoIP são:
• operar no sistema operacional LINUX;
• ser configurável via interface Web;
• ser configurável via prompt de comando.
43
4.2 IMPLEMENTAÇÃO
O trabalho utilizou o software ASTERISK como Gateway VoIP e uma placa DIGIUM
TDM400P FXO.
4.2.1 Softwares Utilizados
ASTERISK
O ASTERISK é um software PABX completo que utiliza o modelo de software livre,
que conta com uma base de usuários em contínuo crescimento e foi criado pela Digium Inc., a
empresa líder em aplicações de telefonia open source. De maneira informal o ASTERISK é
possivelmente o mais poderoso e flexível software de telecomunicações disponível. O nome
ASTERISK provém do símbolo asterisco *, que nos sistemas operacionais UNIX e DOS
representa um wildcard ou coringa, significando qualquer nome de arquivos. O ASTERISK
foi projetado para conectar todo tipo de software ou hardware de telefonia com qualquer
aplicação de telefonia de forma segura e de qualidade.
Tradicionalmente telefones são projetados para uma função específica em uma rede,
mas muitas aplicações nestes aparelhos possuem muita tecnologia. É dessa sinergia que o
ASTERISK tira vantagem para criar um ambiente a ser moldado para todo tipo de aplicação,
conforme a vontade do usuário.
O ASTERISK possui, entre outras, as seguintes aplicações de telefonia:
• conexão entre empregados trabalhando de casa para o PABX do escritório sobre
conexões de banda larga;
44
• conexão entre escritórios em vários estados sobre IP;
• correio de voz, integrado com a Web e e-mail;
• música em espera para clientes em filas, suporte a streaming de media e arquivos
MP3;
• integração para sintetização de fala (text-to-speech);
• registro de chamadas para integração com sistemas de tarifação;
• gateway VoIP heterogêneo: MGCP, SIP, H.323, IAX;
• transferência de chamadas;
• integração com reconhecimento de voz (IVR);
• suporte para áudio conferências.
O ASTERISK é considerado hoje uma revolução na área de telefonia por várias
razões. A primeira razão na qual se baseia o conceito do ASTERISK é a redução de custos. Se
for feita uma comparação entre um PABX convencional e o ASTERISK a diferença não se
mostra muito grande, mas comparando-se este com uma central analógica a diferença torna-se
enorme (HALL, 2005). Se forem adicionados recursos como VoIP, URA e DAC, a diferença
aumenta ainda mais e faz com que o ASTERISK seja cada vez mais utilizado atualmente.
Outra razão muito importante é o controle do seu sistema de telefonia. O usuário tem
liberdade de configuração do seu PABX proprietário e interface padrão.
Entre outras vantagens, o ASTERISK se mostra extremamente rico e abrangente em
recursos, provê conteúdo dinâmico por telefone, plano de discagem flexível, roda em LINUX
o que o torna um software livre de código aberto, e possui um ambiente de desenvolvimento
simples e fácil.
45
A arquitetura do ASTERISK é muito simples, porém diferente de outros produtos
telefônicos. Ele atua como uma transição entre as tecnologias e as aplicações telefônicas
criando um ambiente consistente para desdobrar um ambiente misto de telefonia. Nas
tecnologias entram VoIP e serviços como SIP e H.323, e nas aplicações estão transferência de
chamadas, correio de voz e áudio conferências.
Fonte: Gonçalves (2005)
Figura 6 – Arquitetura básica do ASTERISK
A Figura 6 mostra a arquitetura do ASTERISK e a partir desta podem ser visualizados
os canais, codecs e suas conversões, protocolos e aplicações responsáveis por todo o ambiente
do programa.
Outra aplicação é o X-LITE, um telefone SIP com características de um PBX. Permite
fazer e receber chamadas através do computador e funciona como interface para o software
ASTERISK.
46
O software escolhido foi o X-LITE da X-TEN, pois permite interoperabilidade e
integração com a rede além da facilidade na utilização. É nele que são introduzidos os
números de telefone a serem discados, este também permite um acompanhamento e avaliação
da situação a partir dos Logs (registros de atividades gerados por programas de computador),
para avaliação de possíveis problemas na conexão.
Fonte: www.xten.com
Figura 7 - Softphone X-LITE
Na Figura 7 a interface do softphone X-LITE, exatamente como um telefone
convencional, para assim facilitar o seu uso.
Existem vários outros modelos de softphones de diferentes marcas, como por exemplo,
o Omnifree da Orgalogic, o eStara Softphone da eStara e o Cisco IP Softphone, da Cisco. A
interface da X-ten foi escolhida por ser muito simples em termos de configuração, e foi
adquirido no site oficial da X-ten, www.xten.com.
47
4.2.2 Integração ASTERISK x Placa DIGIUM TDM400P FXO
Para a realização do projeto, seriam possíveis vários tipos de hardware para estabelecer
a comunicação entre o software e a rede telefônica, sendo eles cartões de interface analógica
ou digital, módulos analógicos e adaptadores de telefone analógicos. O equipamento
escolhido foi o DIGIUM TDM400P FXO para a integração com a rede telefônica. O DIGIUM
TDM400P FXO, como indica o nome, possui uma entrada FXO. A entrada será utilizada para
a conexão com uma linha telefônica fixa e estabelecimento de uma conexão da rede VoIP
com a RTPC e com a rede móvel.
4.2.3 Configuração do ASTERISK
Este tópico apresenta as telas de configuração correspondentes aos arquivos
necessários para o estabelecimento da chamada e comprovação do projeto. O programa
utilizado para a configuração do software ASTERISK é o Asterisk@Home e a partir do
terminal LINUX são observadas as rotinas realizadas pelo ASTERISK. De acordo com
NotíciasLinux (2005) o Asterisk@Home possibilita ao usuário doméstico uma instalação e
configuração rápida do ASTERISK. Este apresenta uma interface gráfica web para tornar o
seu manuseio mais simples.
48
Figura 8 – Tela de configuração do arquivo sip.conf
A Figura 8 apresenta a tela que contém as linhas de configuração do arquivo sip.conf,
que diz respeito ao protocolo de sinalização SIP. Pode ser visualizada a criação do usuário
[bruno]. O Asterisk@Home tem como opções a configuração do arquivo extensions.conf, que
serão mostradas a seguir, e de todas as outras aplicações do ASTERISK através do web
browser. Algumas destas aplicações são transferências de chamadas, tempo de espera, seleção
de arquivos mp3 no caso de chamada em espera, correio de voz entre outras.
Destacam-se as linhas “name” e “secret”, necessárias para o registro no softphone.
49
Figura 9 – Rotina de configuração do arquivo sip.conf no terminal LINUX
A Figura 9 mostra o terminal LINUX e as rotinas executadas pelo software
ASTERISK. É possível observar-se o usuário registrado, o endereço IP atribuído, e a
comunicação estabelecida com o software X-Lite.
50
Figura 10 – Tela de configuração do arquivo extensions.conf
A figura 10 apresenta a tela que contém as linhas de configuração do arquivo
extensions.conf, que diz respeito aos procedimentos a serem seguidos para que a conexão seja
estabelecida. Nela são visualizados todos os procedimentos de estabelecimento de chamada.
A “[entrada_sip]” trata da efetuação de chamadas e encaminhamento para a placa
TDM 400P FXO e a “[entrada_pstn]” diz respeito ao recebimento de chamadas e
encaminhamento para o softphone.
51
Figura 11 – Rotina de efetuação de chamada no terminal LINUX
Novamente no terminal LINUX a Figura 11 mostra a chamada propriamente dita no
terminal LINUX. O software X-Lite executa a discagem do usuário “bruno” para o numero
desejado, e em seguida o canal 4 do arquivo zapata.conf (que será mostrado a seguir) atende a
chamada e assim estabelece-se a conexão.
52
Figura 12 – Rotina de recebimento de chamada no terminal LINUX
A Figura 12 mostra as rotinas referentes ao recebimento de uma chamada pelo
ASTERISK, o software detecta alguém chamando e responde com o estabelecimento da
conexão entre as partes.
53
Figura 13 – Tela de configuração do arquivo zapata.conf
A Figura 13 contém as linhas de configuração do arquivo zapata.conf, que trata do
reconhecimento do hardware utilizado no projeto, para que seja possível o estabelecimento da
conexão física do projeto. Todas as configurações foram realizadas através de um editor de
textos via interface web, fator que facilitou muito o estabelecimento da conexão na rede LAN.
54
4.3 TESTES E VALIDAÇÃO
Este tópico comprova a comunicação entre o softphone e o ASTERISK, as telas serão
apresentadas a seguir.
Figura 14 – Software logado ao ASTERISK
A Figura 14 mostra o software X-LITE, com o usuário logado ao software ASTERISK
para que assim possa estabelecer chamadas.
55
Figura 15 – Software com uma conexão estabelecida na rede LAN
Na tela da Figura 15, pode-se visualizar o software X-LITE estabelecendo uma
chamada. Esta visualização valida a configuração do software ASTERISK, pois a conexão
comprovada na tela obtém o resultado esperado em relação à rede LAN.
A rede a ser implementada é mostrada na Figura 16. O projeto consiste de um
notebook (cliente SIP) conectado a um computador com ASTERISK, estes irão fazer a
conexão VoIP do sistema. Este, por sua vez, fará a conexão RTPC com uma linha de telefonia
convencional, para que esta possa estabelecer conexão com um telefone móvel de um dos
integrantes da banca.
56
Figura 16 – Sistema proposto
A Figura 16 mostra o sistema a ser implementado. Nela ficam visíveis os caminhos
onde a voz trafega por pacotes e também na forma analógica. Para tornar o projeto ainda mais
completo foi proposta a comunicação de toda a rede com um telefone móvel qualquer. O
projeto teve sucesso em todos os aspectos, desde as configurações de software ate a
comunicação com o hardware previsto, concluindo assim possível a comunicação VoIP entre
uma rede de pacotes com a rede de telefonia convencional e móvel celular.
57
5 CONCLUSÃO
A tecnologia VoIP é uma revolução no mercado de Internet e Telefonia e não há como
fugir desta tendência. A evolução da base de banda larga e a estabilização total de penetração
de linhas fixas no mundo levam a conclusão de que o VoIP é um caminho sem volta, se
levadas em conta a mobilidade e a inovação nesta aplicação. Porém a principal vantagem do
VoIP é o custo/beneficio, as tarifas e mensalidades cobradas são fantásticas e é uma questão
de tempo para que a tecnologia seja uma realidade em todo o Brasil.
O desenvolvimento deste trabalho proporcionou um maior entendimento no que diz
respeito à tecnologia VoIP, suas especificações e requisitos.
Baseado neste conceito foi proposto um Gateway VoIP para integração e comunicação
entre a rede RTPC e um softphone e através de pesquisas e experimentos práticos foram
obtidos resultados de sucesso e de acordo com as propostas iniciais. As ferramentas utilizadas
foram selecionadas de acordo com a necessidade e mostraram-se muito úteis, uma vez que
foram estudadas detalhadamente, para tornar todo o processo o mais completo possível. Os
softwares ASTERISK e X-Lite fazem a conexão, e estabelecem comunicação com a placa
DIGIUM TDM400P FXO, que por sua vez se comunica com a rede de telefonia convencional
tornando assim possível alcançar os objetivos propostos. Com o sucesso na conclusão da
proposta fica clara a importância da escolha correta dos equipamentos a serem utilizados,
tanto de hardware quanto de software, uma vez que sem a placa DIGIUM TDM400P FXO
não teria sido possível obter sucesso.
58
5.1 EXTENSÕES
Como sugestões para trabalhos futuros, a fim de incrementar este trabalho, são
relacionadas as seguintes opções:
a) continuação da presente proposta demonstrando todas as funcionalidades do
software ASTERISK;
b) a implementação de um componente muito importante chamado Gatekeeper;
c) a implementação de uma videoconferência através do software Asterisk,
envolvendo mais de dois usuários.
59
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ADVENTO NETWORKS. Soluciones IP. [2005]. Disponível em: <http://www.e-advento.com/soluciones/telefoniaip.php>. Acesso em: 22 de set. 2005. ALECRIM, Emerson. Tecnologia VoIP. [2005]. Disponível em: <http://www.infowester.com/voip.php>. Acesso em: 9 de fev. 2006. BCS. Voice over IP. [2005]. Disponível em: <http://coventry.bcs.org/resources/voip.htm>. Acesso em: 18 de set. 2005. CORPORATE VOIP. [2005]. Disponível em: <http://www.phonewala.com/html/corporate-voip.html>. Acesso em: 2 de ago. 2005. BORBA, Leandro de Sousa. Rede Telefônica. [2003] Disponível em: <http://leandro.borba.vilabol.uol.com.br/pfc/introducao.htm>. Acesso em: 14 de out. 2005. CALVACHE, Humberto Maxclioff. Protótipo de um Sistema de Telefonia IP Criptografado baseado no Padrão SIP. Blumenau, 2005. 63f. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia de Telecomunicações) – Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau. DIGIUM. Disponível em: <www.digium.com> Acesso em: 9 de fev. 2006. GONCALVES, Flavio Eduardo de Andrade. Asterisk PBX: Guia de configuração. Florianópolis: VOffice, 2005. GROJSGOLD, Alexandre. Telefonia sobre IP. [2005]. Disponível em: <http://www.tche.br/pdfjulho05/Alexandre_Grojsgold-Telefonia_Sobre_IP.pdf>. Acesso em: 7 de out. 2005. HALL, Jon. Open source will be bigger than Linux. [2005]. Disponível em: <http://www.asteriskbrasil.org>. Acesso em: 4 set. 2005. HERSENT, Oliver; GUIDE, David; PETIT, Jean-Pierre Telefonia IP: Comunicação multimídia baseada em pacotes. São Paulo: Addison Wesley, 2002. INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION. [2005]. Disponível em: <http://www.itu.int/ITU-T/>. Acesso em: 27 de out. 2005. LEOPOLDINO, Graciela Machado. H.323: Um padrão para sistemas de comunicação multimídia baseado em pacotes. [2004]. Disponível em: <http://www.rnp.br/newsgen/0111/h323.html>. Acesso em: 5 de set. 2005. LUSTOSA, Leandro Caetano Gonçalves. Telefonia IP/Interação SIP H.323. [2005]. Disponível em: <http://www.voip.nce.ufrj.br >. Acesso em: 9 de set. 2005.
60
NENO, Mylène. Saiba mais sobre VoIP. [2005]. Disponível em: <http://www.clubedohardware.com.br/artigos/99>. Acesso em: 5 de set. 2005. NETO, Almir Pires Ferreira. A tecnologia. [2005]. Disponível em: <http://www.dei.unicap.br/~almir/seminarios/2004.2/ts04/voip/A%20tecnologia.htm> Acesso em: 09 de fev. 2006. NOTICIASLINUX. [2005]. Disponível em: <http://www.noticiaslinux.com.br/nl1136333898.html>. Acesso em 8 de fev. 2006. PÉRICAS, Francisco Adell. Redes de computadores: conceitos e a arquitetura Internet. Blumenau: Edifurb, 2003. PINHEIRO, José Mauricio dos Santos. Rede telefônica comutada. [2005]. Disponível em: <http://www.projetoderedes.com.br/tutoriais/tutorial_rede_telefonica_comutada_01.php>. Acesso em: 6 de set. 2005. PINHEIRO, José Mauricio dos Santos. Telefonia pela Internet. 2005. Disponível em: <http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_telefonia_pela_internet.php>. Acesso em: 15 de out. 2005. RODRIGUES, Paulo H. Aguiar. Implementação de ambiente heterogêneo de telefonia IP. Disponível em: <http://www.rnp.br/newsgen/0107/telefoniaip.html>. Acesso em: 4 de set. 2005. SILVA, Adilson P. da. Como funciona Voz sobre IP (Rede). [2005]. Disponível em: <http://www.clubedasredes.eti.br/rede0025.htm>. Acesso em: 2 de out. 2005. SUGUIMOTO, Fernando. Afinados com a convergência. [2001]. Disponível em: <http://www.telecomnegocios.com.br/noticias/artigo.asp?id=14638&p=2&pct=6>. Acesso em: 29 de set. 2005. SYSTRADE. VoIP. Disponível em: <http://www.systrade.com>. Acesso em: 14 de out. 2005. TELECO. [2005]. Disponível em: <http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialtelip/pagina_3.asp>. Acesso em: 27 de set. 2005. UFRGS. Livro de receitas sobre Videoconferência. [2004]. Disponível em: <http://penta3.ufrgs.br/videoconferencia/manual/sip.htm>. Acesso em: 18 de set. 2005. UNESPNET. Tecnologia VoIP implantada na UnespNET. [2005]. Disponível em: <http://www.feis.unesp.br/informatica/tutoriais/voip.html>. Acesso em: 26 de set. 2005. VOIP-INFO. Asterisk config. [2005]. Disponível em: <http://www.voip-info.org/wiki-Asterisk>. Acesso em: 18 de set. 2005. X-TEN. Disponível em: <www.xten.com>. Acesso em 14 de out. 2005.