Leandro Caetano
Gonçalves Lustosa
Tel. (0xx21) 2598-3354 e-mail: leandro@nce.ufrj.br Laboratório de Voz Sobre IP
VoIP
Semana da
Roteiro
Telefonia tradicional versus VoIP
Regulamentação de VoIP
Como a voz é transmitida
Qualidade de voz e QoS
Protocolos de sinalização para VoIP: H.323 e SIP
Interoperação H.323/SIP
O GT-VoIP e o Serviço fone@RNP
Telefonia Tradicional
Conversão analógica-digital nas
centrais (PCM G.711)
– Coleta amostras de voz (1 byte) a cada 125 µs (freqüência de 8 khz) – 8 khz x 8 bits = 64 kbps
Voz trafega em um circuito digital
dedicado de 64 kbps
– Banda alocada completamente para a sessão de voz
– Comutação por circuito, sem filas ou atrasos intermediários
– Sinal digital é convertido novamente em analógico para ser enviado ao assinante Vantagens – Disponibilidade • 99,999% = MTBF/(MTBF+MTTR) – Base de qualidade 123 456 789 *8# rede de telefonia tradicional (TDM) PBX 123 456 789 *8# assinante PBX voz analógica sobre par trançado voz analógica sobre par trançado
Semana da
Telefonia IP
Telefone IP pode ser software
rodando em um PC ou hardware
dedicado
Amostras de voz são
acumuladas em pacotes IP e
enviadas pela Internet
– 64 kbps: voz sem compressão (G.711)
– 8 kbps: voz com compressão (G.729)
– 5,3 kbps: voz com compressão (G.723)
Desafios
– Atrasos, variação de atraso (jitter) e perdas de pacotes podem
comprometer a qualidade da ligação 123 456 789 *8# lnternet roteador 123 456 789 *8# Telefone IP roteador Telefone IP voz pacotizada rede local voz pacotizada rede local
Vantagens de VoIP
Para Usuário
Flexibilidade
– DDD/DDI pode não ser disponível ou PBX pode não
receber/originar chamadas
Telefone pode não ser ubíquo
– Podemos ter rede onde não temos ramal telefônico
Custos
– Tarifas de longa distância são proibitivas
• Impacto em cooperação nacional e internacional • Impacta interação durante ausências e viagens
Semana da
VoIP no Brasil
Regulamentação SCM (Serviço Comunicação
Multimídia) permite a exploração do uso de VoIP
• Licença SMC: R$ 9.000,00 fixo, para qq abrangência (área geográfica restrita, nacional e/ou internacional)
• Não permite terminar chamada na telefonia fixa (licença para a exploração de telefonia fixa requerida)
• Mais de 200 empresas já licenciadas e mais de 100 em processo de licenciamento
Pendente
– Interoperação entre provedores VoIP
– Interoperação com PSTN (gateways, numeração)
– Avaliação do serviço e métricas para garantir qualidade ao
usuário
Como a voz é
transportada fim a fim?
Saída do CODEC é enviada usando a pilha de
protocolos RTP/UDP/IP
– Sequenciamento
– Sincronismo
– Identificação do tipo de mídia
– Feedback de qualidade
Semana da
Problemática VoIP
Qualidade da voz impactada por perda, atraso e
variação de atraso (jitter)
– Perda (ideal < 1%, < 2% aceitável)
– Atraso
• Para conversa interativa, atraso máximo fim-a-fim deve ser inferior a 150 ms (ITU-T)
– Valores de 200 ms ainda toleráveis na prática
– Variação de atraso (jitter)
• Se for alto, pacote atrasado é considerado perdido • Aceitável até 20 ms
• Utilização de buffers de compensação de jitter
Como lidar com perda, atraso e
jitter?
Usar priorização para o tráfego de voz, nas
camadas de enlace e rede
Para enlaces de baixa velocidade, fragmentar
pacotes grandes de dados
Ter banda em excesso não é garantia de
condições instantâneas de qualidade em
regime de tráfego não controlado
Semana da
Medindo a Qualidade
Avaliações Subjetivas
– Mean Opinion Score (MOS)
• Valor de 1 (inaceitável) a 5 (excelente) representando a qualidade do áudio
Avaliações Objetivas
– E-Model (ITU-T G.107 e ETSI
ETR250)
• Combina diversos parâmetros de performance em um modelo
computacional complexo • Pode ser mapeado em MOS
MOS Muito Satisfeito Satisfeito Alguns usuários insatisfeitos Muitos usuários insatisfeitos Quase todos os usuários insatisfeitos Não Recomendado Satisfação do Usuário R 100 90 80 70 60 50 0 4.3 4.0 3.6 3.1 2.6 1 4.5
E-Model vs. MOS
Protocolos de Sinalização VoIP
H.323
– ITU-T
• Padronizado pela comunidade de telecomunicações
– Preocupação com interoperabilidade
SIP (Session Initiation Protocol)
– IETF
• Padronizado pela Internet
– Preocupação com flexibilidade e facilidade de integração com Web
Semana da
Elementos H.323
Herança da rede
telefônica
– Endereçamento de números telefônicos – Encapsulamento das mensagens de sinalização ISDN Maior tempo de
padronização
Número grande de
produtos
Sinalização
– H.225/RAS – H.225/Q.931 – H.245 – H.235 Term inal H.323 Term inal H.323 Term inal H.323 MCU Gatekeeper Gateway PSTN/H.323 Central Telefônica (PBX) Rede Local Rede de Telefonia Convencional Gatekeeper: Gerencia o registro, status e admissão de usuários (RAS)Terminal H.323: ponto final da comunicação multimídia
Gateway H.323/PSTN: tradução dos formatos de transmissão e
procedimentos de comunicação entre H.323 e Rede Telefônica (PSTN)
Servidor de Conferência : suporte a conferências entre três ou mais pontos terminais
Session Initiation Protocol
(SIP)
Usa características da Internet, como:
– URLs (para endereçamento)
– Interação entre domínios administrativos através de DNS
– Requisições e respostas no formato texto
• Herança do protocolo HTTP
– MIME-types, podendo enviar qualquer conteúdo no corpo
das mensagens SIP (como fotos, vídeo, páginas web)
Arquitetura
– User Agent SIP (UA SIP)
Semana da
Interoperação
SIP/SDP e H.323
Stacks Básicos dos Clientes
H.323
SIP
IP and lower layers
TCP UDP TPKT Q.931 H.245 RAS RTCP RTP Codecs Terminal Control/Devices
Transport Layer
SIP SDP RTP Codecs RTCP Terminal Control/DevicesGateways H.323/SIP
Comerciais Recentes (não testados)
– Radivision
Implementações de código aberto em uso
– Asterisk
• Funciona também como gateway VoIP/PSTN e softPBX
• Limitações de interoperabilidade ainda sendo avaliadas
Semana da
A RNP
A Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP)
• Infra-estrutura de rede Internet voltada para a
comunidade de ensino e pesquisa.
• Conexão às principais
universidades e institutos de
pesquisa do país
Grupos de Trabalho
• Projetos colaborativos,
entre a RNP e grupos de
pesquisa nacionais
• Uso avançado e inovador
de redes
GT-VoIP
GT-VoIP
– De maio/2002 a maio/2004
– operação H.323 (Serviço fone@RNP)
GT-VoIP Avançado
– De maio/2004 a maio/2005
– Evolução do GT-VoIP, objetivando principalmente a
implantação escalável do serviço
fone@RNP
, com suporte
a SIP e H.323
– Aprimoramento dos ambientes de gerência e
medição/monitoração de tráfego
– Teste de novas formas de localização de usuários com uso
de DNS
Semana da
Arquitetura H.323 do
fone@RNP
Directory Gatekeeper Estação de Gerência SQL Secundário RNP2 VOIP WG Internet 2 Instituição B Gatekeeper Virtual Radius/SQL Instituição A Gatekeeper Gateway PBX Virtual Radius/SQL PSTN Software Público GnuGK, OpenH323, Openphone, FreeRadius, MySQL,Asrerisk, ActivePerlTelefones virtuais recebem número E.164 e são
Instituições Participantes
http://www.voip.nce.ufrj.br/foneatrnp/index.htm
Instituição PBX GK GW H.323 INPA Alcatel GnuGK
GnuGK GnuGK GnuGK GnuGK GnuGK GnuGK GnuGK GnuGK GnuGK GnuGK
UFRJ NEC GnuGK Cisco E1
IME GnuGK
Cisco 4FXO
UFAM Philips
RNP-RJ/IMPA Philips Cisco 4FXO
RNP-DF/IBICT Philips Cisco 4FXO
PoP-PE/UFPE Philips
MEC Ericsson Cisco E1
CNPq Siemens Cisco E1
USP Siemens Cisco FXO/E1
RNP/Campinas Philips Cisco 4FXO
UFC Ericsson Cisco 4FXO
UFSC Siemens Cisco 4FXO
Plano de Discagem
Telefones virtuais: 0><área><número> Telefones fixos: <área><número> Exterior: <00><país><área><número>
Semana da
DGK Internet2
http://www.voip.nce.ufrj.br/index_internet2_pt.htm I2 GATEKEEPER CONFIGURATION (gk01.internet2.edu) Updated 07 September 2004 ! gatekeeperzone local IUGK iu.edu 134.68.106.10 ! Indiana University zone local PSUGK psu.edu ! Penn State University zone local UVIRGINIAGK virginia.edu ! University of Virginia zone local NWUGK nwu.edu ! Northwestern University
zone local UWISCGK wisc.edu ! University of Wisconsin, Madison zone local UWASHINGTONGK washington.edu ! University of Washington
zone local IHETSGK ihets.org ! Indiana Higher Education Telecommunication System zone remote AARNet edu.au 203.22.212.245 1719 ! Australian Academic and Research Network
zone remote UIUCGK uiuc.edu 130.126.1.3 1719 ! University of Illinois at Urbana-Champaign
zone remote RNPDGK ufrj.br 146.164.247.202 1719 ! Brazilian National Education and Research Network – RNP zone remote UFLGK ufl.edu 128.227.75.68 1719 ! University of Florida
zone remote CESNETGK cesnet.cz 195.113.144.84 1719 ! Czech National Research & Education Network zone remote UCGK uc.edu 129.137.0.2 1719 ! University of Cincinnati
zone remote TAMUI2 tamu.edu 165.91.160.4 1719 ! Texas A&M University
zone remote UNAMGK unam.mx 132.247.253.242 1719 ! Universidad Nacional Autónoma de México zone remote SURFNET surfnet.nl 192.87.116.96 1719 ! SURFNET (Netherlands)
zone remote CSUGK colostate.edu 129.82.103.67 1719 ! Colorado State University zone remote ITESMGK qro.itesm.mx 132.254.80.51 1719 ! Tecnologico De Monterrey
zone remote IHETSGK ihets.org 157.91.29.219 1719 ! Indiana Higher Education Telecommunication System zone remote ECUVOIP ecu.edu 150.216.231.225 1719 ! East Carolina University
fone@RNP H.323/SIP
Semana da
Exemplo 1: H323 Æ SIP
Exemplo 1: Sip Æ H323
Semana da
Exemplo 3: Sip Æ PSTN
Gerência e Operação
Estatísticas de uso do serviço
– Intensidade de tráfego, duração das chamadas, motivo de
término, qualidade das
chamadas, matriz de tráfego e outras
Semana da
Arquitetura de Monitoração Ativa
Geração, coleta e monitoração da
qualidade de ligações VoIP, para medições repetitivas a vários pontos
Levantamento de uma linha de base
do backbone da RNP2
Dados estatísticos referentes ao
nível de transporte
– RTT – Jitter
Ferramentas de Avaliação
Objetiva de Qualidade de voz
Desenvolvimento de Modelos Analíticos de Avaliação Objetiva
– Proposta de Extensão ao Modelo E
MOBVEM - Modified OpenH323 Based Voice Evaluation Module
– Módulo genérico para avaliação objetiva da qualidade de voz baseado no OpenH323 e em extensões ao Modelo E
– Desenvolvida em Perl e C/C++
– Integrada no BeaconH323
(OARnet-Internet2 Technology Evaluation Center ) – Integrada a Arquitetura de Monitoração Ativa
do NCE/UFRJ
MOBVET – Modified OpenPhone Based Voice Evaluation Tool
28 Semana da
VoiceQuality Library (VQualitylib)
Evolução do MOBVEM
Desenvolvida toda em C/C++ padrão
Permite avaliação de qualidade em tempo
real
Operação independente de SO
– Windows – Linux – FreeBSD
Capacidade de gerar CDR (Call Detail
Record) Completamente extensível – SIP – H.323 – MGCP Já integrada ao OpenPhone (VQOpenphone)
VQualitylib – Detalhes de
Implementação
Independência de SO
– Win32PThread Library
– Implementação de biblioteca para tratamento de Sockets
Interface com Radius
– RadiusClient Library
– Criação de VSAs (Vendor Specific Attributes) específicos para qualidade de voz
• 31 parâmetros referentes a qualidade, identificação de chamada e autenticação
– Solicitação de um IANA-Private Enterprise Number (21715)
Integração com OpenH323 Library
– Correção da stack RTP para cálculo do RTT
30 Semana da
GnuGK Gatekeeper Gateway de Voz Free RADIUS Server
PBX Telefone Chamada estabelecida
Coleta de CDRs
PostgreSQL ServerGnuGK Gatekeeper Gateway de Voz Free RADIUS Server PBX Telefone
Coleta de CDRs
PostgreSQL Server Chamada finalizada32 Semana da Telefone Envio de CDR sem informação de qualidade PostgreSQL Server Envio de CDR com alguma informação de qualidade Armazenamento de CDR
GnuGK Gatekeeper Gateway de Voz Free RADIUS Server
Coleta de CDRs
PBX
Somente o CDR do GW
possui informação de
qualidade. Caso a chamada
seja de ramal virtual para
ramal virtual a qualidade da
GnuGK Gatekeeper
PBX
Telefone PostgreSQL Server VQ CDR Server OpenPhone integrado a VQualitylib: capacidade de gerar CDR Módulo CDR tradutor VQCDR -> Radius CDR
Gateway de Voz Free RADIUS Server
Coleta de CDRs
34 Semana da
PBX
Telefone PostgreSQL Server
Armazenamento de CDR Envio de CDR formato VQCDR: informação de qualidade GnuGK Gatekeeper VQ CDR Server
Coleta de CDRs
Gateway de Voz Free RADIUS Server
Envio de CDR formato Radius Verificação de autenticidade e tradução Extração de estatísticas
