ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE SOLUÇÕES DE VOZ SOBRE IP BASEADO EM
SOFTWARE LIVRE
Leonardo Jacintho Thiago Dalle Dias de Evandro Luis Antônio Marcos
Cerqueira Pucci - Paiva Brandão Gomes Alberti
pucci@gee.inatel.br thiagodalle@gee.inatel.br evandro@inatel.br alberti@inatel.br
Resumo – Este artigo tem como objetivo mostrar os que uma forma mais simples e modular de utilizar Voz
estudos feitos sobre protocolos de VoIP (Voz sobre Sobre IP. Outro protocolo existente é o MGCP (Media
IP), suas arquiteturas, vantagens, desvantagens, Gateway Control Protocol) que é o protocolo presente
limitações e cenários de implementação. Num pri- nos GWs (Gateways) dos sistemas VoIP. Ele foi criado
meiro momento estudamos os protocolos possíveis pela IETF em conjunto com a ITU e tem como princi-
de serem implementados utilizando a plataforma pal função o controle de chamadas, transmissões de
Software Livre Asterisk PBX. Também mostrare- sinalizações e monitoramento de troncos de telefonia,
mos as possíveis tecnologias de comunicação que se enviando mensagens de mídia para endereços específi-
integram à plataforma. cos. Existem diversas outras soluções proprietárias de
protocolos VoIP, mas por possuírem maior destaque e
Abstract – This article aims to describe VoIP, and eficiência comprovada os protocolos H.323, SIP,
its advantages, disadvantages, limitations and im- MGCP e IAX (utilizado especificamente pelo Software
plementation possibilities. The study starts with a Livre Asterisk PBX) serão os principais focos desse
brief description of protocols that can be used with artigo.
Asterisk PBX free software. It will also be discussed
technologies that can be integrated with this plat- II.1. H.323
form.
O protocolo H.323 é define uma arquitetura de
Palavras-Chave: VoIP, Internet, IP, H.323, Aste- telefonia para a Internet. O protocolo H.323 é um pro-
risk, SIP, MGCP, MEGACO, IAX, Software Livre. tocolo típico da indústria telefônica. Possuí chamadas
bem definidas, pilha de protocolos completa e definição
I. INTRODUÇÃO de requisitos e limitações da arquitetura.
Existem diversos outros protocolos específicos
Atualmente muito se discute sobre Voz sobre IP, referenciados ao H.323, protocolos específicos para:
que é uma tecnologia que tem como principal objetivo codificação de voz, configuração de chamadas, sinali-
à conciliação do tráfego de voz e do transporte de da- zação, transporte de dados e outras áreas que permitem
dos em uma mesma rede de serviços, a Internet. Para o estabelecimento e controle de uma comunicação mul-
isso utiliza-se novas tecnologias de digitalização de timídia através da Internet.
sons, protocolos de transporte de dados e de sinaliza- A arquitetura básica do H.323 é apresentada a-
ção, surgindo assim um novo conceito em telefonia. É a baixo:
Telefonia IP.
A Telefonia IP proporciona alguns serviços adi-
cionais não encontrados na telefonia convencional, mas
o seu principal atrativo é sem sombra de dúvidas a re-
dução de custos com ligações, e a convergência de da-
dos e multimídia em uma rede já existente e tão difun-
dida como a Internet.
II. PROTOCOLOS
Assim como em qualquer outra nova tecnologia,
para que o VoIP funcionasse corretamente foi necessá-
ria a padronização dos protocolos. Assim sendo, muitas Figura 1. Modelo da arquitetura H.323 para telefonia na
pessoas interessadas se uniram e sob a ajuda da ITU Internet.
(International Telecommunication Union), emitiram a
Recomendação H.323, que consiste em um conjunto de
protocolos que permitem a comunicação entre termi- II.2. SIP
nais usando aplicações de áudio, vídeo e dados multi-
mídia. Em meados de 1999 a IETF (Internet Enginee- O SIP (Session Initiation Protocol) foi proposto
ring Task Force) apresenta outra solução denominada pela IETF, e diferentemente do H.323 não é um con-
SIP (Session Initiation Protocol), que nada mais é do junto de protocolos completo e sim um único protocolo

projetado para trabalhar juntamente com outras aplica- Diferentemente do H.323 e do SIP, não utiliza
ções já existentes. os protocolos RTP/RTCP para a transmissão de dados,
O SIP como sua própria sigla já diz, tem a fun- e sim faz uma multiplexação de diversos fluxos de mí-
ção de iniciar, configurar, gerenciar e encerrar sessões dia em um único datagrama UDP, que também é utili-
multimídia, tais como chamadas telefônicas sobre IP ou zado para a sinalização das chamadas.
conferências multimídia. O SIP atua na camada de a- Todos os datagramas UDP são transmitidos em
plicação da Internet e foi projetado para interagir com uma porta padrão (UDP 4569), podendo dessa forma
outros protocolos da Internet como TCP, UDP, TLS, unificar as duas atividades (sinalização e transmissão
IP, HTTP, SMTP, entre outros. Por esse motivo oferece do fluxo) em um único protocolo. Essa característica
grande estabilidade e flexibilidade. pode ser utilizada com grande eficiência para eliminar
A arquitetura básica do SIP é apresentada abai- problemas relacionados com o NAT (Network Address
xo: Translation), problemas esses existentes no SIP.
Abaixo mostramos como ocorre o estabeleci-
mento de uma chamada entre dois terminais utilizando
o protocolo IAX:
Figura 3. Múltiplos fluxos multiplexados em um único
canal.
Figura 2. Modelo da arquitetura SIP para telefonia na III. PLATAFORMA UTILIZADA
Internet.
O Software Livre PBX Asterisk é um PBX IP
II.3. MGCP / H.248 (MEGACO) completo criado pela Digium, empresa de software e
hardware. Roda sobre UNIX e outras plataformas deri-
O MGCP (Media Gateway Control Protocol) foi vadas, como Linux e BSD. Foi projetado e desenvolvi-
proposto pelo grupo de trabalho IETF (Internet Engine- do para facilitar a adição e gerenciamento, de forma
er Task Force) objetivando uma integração da arquite- consistente, de qualquer componente de telefonia, seja
tura SS#7, adotada em redes de sinalização na telefonia ele hardware ou software, permitindo assim que o usuá-
tradicional, com redes IP, Frame Relay e ATM. Em rio modele seu PBX IP da forma que preferir.
uma evolução do MGCP, o trabalho cooperativo de
grupos do ITU-T e do IETF resultou na recomendação As diversas tecnologias e interfaces suportadas
H.248, definida também com o protocolo Megaco (I- pelo Asterisk são divididas em três grupos gerais:
ETF), através do RFC 3015. O protocolo Megaco é um
padrão desenvolvido cooperativamente entre o ITU e a • Interface Pseudo TDM Zaptel: Estas interfaces
IETF para permitir que um media gateway controller permitem a integração com o sistema telefônico digital
(MGC) controle um media gateway (MG). Competindo e analógico e possuem suporte à Pseudo-TDM Swit-
com outros protocolos como o MGCP e MDCP, é con- ching, o que permite a realização de conferências de
siderado um protocolo complementar ao H.323 e ao vídeo.
SIP, no qual o MGC controla os MGs via H.248, mas • Interface não Zaptel: Estas interfaces permitem
poderá comunicar-se via H.323 ou SIP, ou ainda IAX a integração com o sistema telefônico digital e analógi-
(utilizando o Asterisk PBX, por exemplo). co, mas não possuem suporte à Pseudo-TDM Swit-
ching, permitindo somente a realização de chamadas
II.4. IAX telefônicas.
• Protocolos de pacotes de voz: São os protoco-
O IAX (Inter-Asterisk eXchange) foi um proto- los padrões para a comunicação através de VoIP (SIP,
colo criado pelos desenvolvedores do Software Livre IAX, H.323, MGCP, etc.), e não necessitam de nenhum
Asterisk PBX, é um protocolo de controle e transmis- hardware adicional para realizar uma chamada.
são de dados de mídia em uma rede ponto a ponto. O • Áudio Codecs: Codificação de Voz utilizando
IAX tem capacidade de transportar qualquer tipo de métodos de codificação de voz que utilizam métodos
mídia e tem como principal função à sinalização de adaptativos (alguns codecs suportados pelo Asterisk:
chamadas. G.711, G.723, G.729, G.728, ADPCM, etc).

• Sistema de mensagens unificadas - todas as
Os componentes básicos da arquitetura do Aste- mensagens, de qualquer espécie, de um usuário são
risk são: direcionadas para um mesmo local, como sua caixa de
e-mail, por exemplo;
• Canais - São equivalentes a uma linha telefô- • Distribuidor automático de chamadas com
nica do STFC (Sistema Telefônico Fixo Comutado); controle de filas (DAC);
• Codecs - São os responsáveis por permitir tal • Servidor de música em espera;
compactação da voz, o que torna realizável a comuni- • Servidor de conferência (vídeo e voz).
cação (em uma única rede de dados com limitação de • Serviço de presença.
banda) entre vários canais, simultaneamente. O Aste-
risk possui também tradutores de codecs, o que permite Além destas funcionalidades já esperadas na atua-
que canais que utilizam diferentes codecs (com diferen- lização de um PBX legado pelo Asterisk, existem mó-
tes taxas de compressão) possam se comunicar. dulos de interligação entre o Asterisk e outras tecnolo-
•Protocolos - SIP, H.323, IAX, MGCP, etc; gias:
•Aplicação - São as funcionalidades adicionais,
em relação a um PABX legado, encontradas no Aste- • Sistema de Anúncio
risk PBX: como Voice-Mail, videoconferências, Fax-
Mail, entre tantas outras. Recurso muito utilizado em que a secretária anun-
A seguir mostramos um diagrama com os com- cia um telefonema pelos alto-falantes: “Doutor Claudio
ponentes básicos da arquitetura do Asterisk e suas prin- – Ramal 22”. A interligação pode ser feita também com
cipais interações: porteiros eletrônicos e demais sistemas half-duplex e
full-duplex.
• Rádio UHF/VHF/GSM/PTT
Figura 5 – Integração rádio – Asterisk
• Notificação de chamada pela rede
O Asterisk emite um datagrama UDP que sinaliza
Figura 4 – Arquitetura geral da Plataforma Asterisk no computador uma chamada sendo recebida no telefo-
ne (ramal físico da pessoa).
IV. APLICAÇÕES
O Asterisk possui todas as características de
uma central telefônica de grande porte, disponibiliza
ainda serviços de Voice-Mail, Fax-Mail, URA (Unida- Figura 6 – Notificação via rede.
de de Resposta Audível) e DAC (Distribuidor automá-
tico de chamadas), etc.
• Notificação de chamada por SMS
O Asterisk pode ser utilizado em diversas apli-
cações, entre as quais podemos citar: O usuário do ramal recebe no seu aparelho celular
o número da pessoa que ligou e se ela deixou ou não
• Gateway VoIP (MGCP, SIP, IAX, H.323); recado. Como já existe hoje na rede celular. Só que
• Private Branch eXchange (PBX); implementado no ramal do servidor Asterisk.
• Servidor URA; • Mobilidade de Ramais
• Softswitch – Atuando como comutador de cir-
cuitos de hardware; Os ramais podem ser alterados facilmente com o
• Centrais de Telemarketing; uso de login e senha. Pode ser configurado um ramal
• Correio de voz - uma secretária eletrônica ou via Internet. Um funcionário pode levar seu notebook a
caixa de mensagens como as de um telefone celular; um cliente, efetuar o login em seu ramal na empresa

pela Internet e receber chamadas como se estivesse
dentro da empresa. • Acesso ao PBX Externamente
• Fila de Atendimento Permite que um funcionário estando em casa ligue
na empresa, pague preço de “ligação local”, se autenti-
Ao ligar para o número desejado, uma gravação que no PBX e faça chamadas para clientes e demais
avisa que o chamada está na fila, passando o tempo ramais da empresa.
estimado para retornar a ligação. Ao ligar novamente o
chamador é atendido na hora ou seu tempo de espera é • Ligações via Página WEB
atualizado. Assim, não é necessário ficar escutando
uma gravação e aguardando ser atendido. Ao ligar no-
vamente, o chamador continua na fila e não perde: sua
vez, tempo esperando no telefone e ainda pode ligar de
outro número e continuar seu atendimento com o seu
lugar na fila. Figura 8 – Página web contendo o ramal e número a
serem chamados.
• Monitoramento de Call Center
As ligações pela página podem responder tanto
para o ramal interno ou em outro tipo de interação, em
Permite ao administrador do Call Center, verificar
que o cliente acessando seu site resolve obter mais in-
entre outras coisas, quais são os ramais atendendo no
formações e realiza uma chamada entre o site e o seu
momento, a percentagem de utilização dos ramais, o
servidor VoIP pela Internet. Desta forma, é possível se
tempo médio das ligações atendidas e realizadas, além
acessar o Call Center da empresa. Tudo isto usando o
da possibilidade de realização de gravações das liga-
seu servidor VoIP, seu link de internet e o link do seu
ções para uma posterior auditoria.
cliente.
V. ESTUDO DE CASO
Abaixo mostramos os dados obtidos em uma li-
gação VoIP usando o protocolo SIP. Estes dados foram
coletados no laboratório do Mestrado e Iniciação Cien-
tífica do INATEL:
A análise de Jitter no nível IP não é realizável
em um ambiente operacional comum. Portanto, reali-
zamos uma análise no nível RTP, utilizando o sistema
operacional UNIX, onde é possível medir o valor mé-
dio de todas as diferenças de atrasos incrementais, do
início de uma conversação, até o pacote final da mes-
ma.
Figura 7 - Monitoramento de Call Center.
• Discagem Preditiva
Sistema que realiza chamadas automaticamente,
distribuindo-as automaticamente entre os agentes sem-
pre que são atendidas e desloca ligações para números
ocupados, ou que não tenham sido atendidos, para o
final da lista de chamadas a realizar. Valendo-se de
recursos avançados de software, os sistemas de disca-
gem preditiva também dão conta de estimativas do nú-
mero de chamadas a serem realizadas e do número de
agentes disponíveis para lidar com estas ligações.
Figura 9 – Cálculo de Jitter em uma chamada VoIP
intra-rede.

Realizamos também uma análise do estabeleci- VI. CONSIDERAÇÕES FINAIS
mento de uma chamada VoIP utilizando SIP até sua
finalização. O resultado é mostrado no diagrama de Através do presente artigo, apresentamos as
tempo da Figura 10. Nesta figura podemos observar os principais características técnicas relativas aos protoco-
tempos, codecs e os IPs dos terminais reais envolvidos. los mais utilizados no VoIP, processos de estabeleci-
mento de chamadas e os tipos de dispositivos envolvi-
dos em uma rede VoIP. O que se espera é que o uso do
VoIP cresça cada vez mais devido a fatores como o
crescimento da oferta de serviços com maior largura de
banda e com um preço cada vez mais acessível. Enxer-
gamos na convergência entre a área de Telecomunica-
ções e a de Informática um fator decisivo para a migra-
ção, nas empresas e instituições, de sistemas proprietá-
rios para sistemas abertos utilizando Software Livre.
O estudo de caso realizado de forma prática foi
realizado inserindo a plataforma Asterisk PBX em um
ambiente real, o laboratório da Iniciação Científica do
INATEL, onde realizamos algumas chamadas entre
Figura 10 – Diagrama de tempo do SIP em uma cha- terminais SoftPhones e assim conseguimos os dados
mada VoIP intra-rede. para análise.
Alguns objetivos não foram possíveis de se al-
Além do diagrama temporal do SIP, capturamos cançar, tais como a interligação entre duas redes distin-
nessa mesma análise o número de pacotes SIP e sua tas, a ligação entre o Asterisk e a rede STFC. Isso ocor-
respectiva função. reu em função da burocracia e questões relativas à se-
gurança da rede da Instituição. Esperamos poder reali-
zar até o final dos nossos estudos mais testes significa-
tivos relacionados à implantação de uma possível rede
VoIP dentro da Instituição e/ou ambientes correlatos a
Instituição (filiais e/ou parceiros).
VII. AGRADECIMENTOS
Gostaríamos de agradecer a FINATEL (Funda-
ção Instituto Nacional de Telecomunicações) e a FA-
PEMIG (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de
Minas Gerais) pelo suporte a este trabalho e, também a
todos que de alguma forma contribuíram para a realiza-
ção do mesmo.
REFERÊNCIAS
[1] TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores. 4.
ed. São Paulo: Campus, 2003.
[2] DANTAS, M. Tecnologias de Redes de Comuni-
cação e Computadores. 1. ed. Rio de Janeiro: Axcel
Books, 2002.
[3] NUNES, M. S.; CASACA A. J. “Redes Digitais
com Integração de Serviços”, ed. Presença, 1992.
[4] SPENCER, M.; ALLISON, M.; RHODES, C. The
Asterisk Handbook. 2003. Disponível em: <
http://www.digium.com/handbook-draft.pdf>. Acesso
em: 01 jul. 2007.
Figura 11 – Pacotes SIP em uma chamada VoIP intra-
rede.