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  • 1. 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
  • 2. 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).
  • 3. • 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
  • 4. 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.
  • 5. 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.