-
1
VOIPVoz sobre IP
Sistemas TelemticosDepartamento de Informtica
Universidade do Minho
Materiais usados
Apresentao do Will Dennis com permisso do autor
Cap 7 de Multimedia Systems and Signals, Mandal
Ver livro VOIP na pgina do TERENA Terena VOIP Cookbook Cap.2,
Cap.3 e
Cap.7 (donde foram extradas figuras)
Sumrio
Motivao para o VOIP Qualidade da voz no VOIP Digitalizao de voz
: CODECs Componentes VOIP Protocolos VOIP Cenrios para VOIP
O que a VoIP?A VOIP e o Telefone na Internet somtodos que
convertem os sinais de voz emdados digitais e enviam-na atravs da
RedeIP.
Vantagens do VOIP
Reduo de custos
Mais largura de banda
Integrao da voz e dados
Eficincia da rede
Mais e melhores servios
-
2
Cenrios de Utilizao VOIP
Cenrio 1: Encaminhamento de mnimo custo para chamadas de longa
distncia
Cenrio 2: Alternativa s centrais PBX Cenrio 3: Integrao de VOIP
e Video-
Conferncia
Cenrio 1
A separao tradicional
Cenrio 1
Integrao entre a Rede Telefnica e de dados
Cenrio 1
Implementao da arquitectura
-
3
Cenrio 1Facilidades
Encaminhamento das chamadas de acordo com hora e o dia da
semana
Encaminhamento por destino Modificao de nmeros Gesto de classe
de servio
Cenrio 1
Utilizao: Uma empresa com vrios escritrios em cidades diferentes
da Europa que tem que contactar telefonicamente clientes em todo
mundo
Cenrios de Utilizao VOIP
Cenrio 1: Encaminhamento de mnimo custo para chamadas de longa
distncia
Cenrio 2: Alternativa s centrais PBX Cenrio 3: Integrao de VOIP
e Video-
Conferncia
Cenrio 2
Situao tradicional
Cenrio 2a
Telefones IP sem PBX
Cenrio 2b
Integrao do VOIP com o PBX
-
4
Cenrio 2C
Substituio completa do PBX
Cenrio 2c
Terminais simples vs inteligentes Sinalizao: SIP/H.323
Funcionalidades tradicionais
Nmeros de emergncia Plano de encaminhamento de chamadas Integrao
com a rede pblica de mveis Beeps/telefones sem fios
privados/elevadores
VOIP sem fios Outros aspectos: servidor de autenticao
RADIUS etc
Cenrios de Utilizao VOIP
Cenrio 1: Encaminhamento de mnimo custo para chamadas de longa
distncia
Cenrio 2: Alternativa s centrais PBX Cenrio 3: Integrao de VOIP
e Video-
Conferncia
Cenrio 3c
O foco tradicional na voz O VOIP tem capacidade de transportar
vdeo
Problemas com a videoconferncia Acessibilidade
Servios de valor acrescentado Inter-operabilidade entre
diferentes
tecnologias
Cenrio 3c
Aplicaes Teletrabalho Telemedicina Ensino distncia Servios ao
cliente Justia Laboratrios virtuais/remotos
Cenrio 3c
-
5
Mercado VOIP na Europa
Source: IDC, European IP Telephone Tracker Q2 2004
Mercado VOIP na Europa2004-2008 ($M)
0
100
200
300
400
500
600
2003 2004 2005 2006 2007 2008
Source: IDC, European IP Telephone Forecast, 2004-2008
($M)
Mercado Europeu IP PBX, 2004-2008 ($M)
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
2003 2004 2005 2006 2007 2008
Source: IDC, European IP PBX Forecast, 2004-2008
($M)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
PBX
IP PBX
Mercado IP PBX vs PBX tradicional ($M)
Source: IDC, 2004
($M)
Minutos VOIP (chamadas de sadaempresas ), 2002-2007
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
2002 2003 2004 2005 2006 2007
Source: IDC, European IP Telephony Services Forecast ,
2003-2008
(Minutes in Millions)
Aspectos tcnicos do VOIP
Aspectos chave
Qualidade de Servio (QoS)
Interoperabilidade
Escalabilidade
Segurana
Integrao com a RTC
Arquitectura
Protocolos
-
6
Algumas definies
Rede Telefnica Comutada (RFN) Rede de Comutao de Circuitos Rede
Internet (Rede IP)
Algumas definiesRede Telefnica Comutada a rede telefnica
disponvel ao pblicoincluindo as linhas telefnicas, micro-ondas e
outros modos de transmisso. Quer a rede IP como a rede de comutao
de circuitos podem ser suportadas pela RTC.
Rede de Comutao de Circuitos a rede telefnica tradicional que
enviainformao atravs dum circuito fixo a ligar o chamador e o
recipiente. estabelecido um circuito temporrio entre o chamador e o
chamado durantea comunicao. Essa linha no pode ser usada por mais
ningum nesseperodo.
A Rede IP transmite dados usando pacotes. As comunicaes so
divididasem pequenos pacotes e enviados de forma independente para
a rede. Os pacotes por vezes so enviados atravs de linhas de
transmisso diferentese reagrupados no destinatrio.
Algumas definiesRede Telefnica Comutada a rede telefnica
disponvel ao pblicoincluindo as linhas telefnicas, micro-ondas e
outros modos de transmisso. Quer a rede IP como a rede de comutao
de circuitos podem ser suportadas pela RTC.
Rede de Comutao de Circuitos a rede telefnica tradicional que
enviainformao atravs dum circuito fixo a ligar o chamador e o
recipiente. estabelecido um circuito temporrio entre o chamador e o
chamado durantea comunicao. Essa linha no pode ser usada por mais
ningum nesseperodo.
A Rede IP transmite dados usando pacotes. As comunicaes so
divididas em pequenos pacotes e enviados de forma independente para
a rede. Os pacotes por vezes so enviados atravs de linhas de
transmisso diferentes e reagrupados no destinatrio.
Algumas definiesRede Telefnica Comutada a rede telefnica
disponvel ao pblicoincluindo as linhas telefnicas, micro-ondas e
outros modos de transmisso. Quer a rede IP como a rede de comutao
de circuitos podem ser suportadas pela RTC.
Rede de Comutao de Circuitos a rede telefnica tradicional que
enviainformao atravs dum circuito fixo a ligar o chamador e o
recipiente. estabelecido um circuito temporrio entre o chamador e o
chamado durantea comunicao. Essa linha no pode ser usada por mais
ningum nesseperodo.
A Rede IP transmite dados usando pacotes. As comunicaes so
divididasem pequenos pacotes e enviados de forma independente para
a rede. Os pacotes por vezes so enviados atravs de linhas de
transmisso diferentese reagrupados no destinatrio.
Linhas de transmisso em Redes Comutaode Pacotes e de
Circuitos
Com. de Circuitos Com. de Pacotes( Rede Telefnica) (Rede IP)
Qualidade da Voz A largura de banda facilmente quantificada
Qualidade da voz subjectiva
MOS, Mean Opinion Score Recomedao P.800 ITU-T
Excelente 5 Boa 4 Razovel 3 Pobre 2 M 1
Um mnimo de 30 pessoas
Ouvir amostras da voz ou conversaes
-
7
Problemas de QoS no VOIP
Qualidade da voz Mean Opinion Score (MOS)
Numa escala de 1-5 (5 melhor) 4 a chamada toll quality Os
telemveis tm baixa qualidade
VoIP comparvel aos telemveis
Causas da baixa qualidade da voz Atraso Jitter Perdas Eco
Eco
Chamada telefnica normal
Chamada telefnica normal com eco
Eco e Qualidade da Voz Cancelador de Eco necessrio para atraso
(num
sentido) >30ms
>400
150-400
25-150
0-25
Atraso1-s (ms)
Efeito na qualidade da vozQualidade
A evitarPobre
Gama esperada para chamadasinternacionais por satlite
Razovel
Gama esperada para chamadasinternacionais por cabo
Boa
Gama esperada para chamadasnacionais
Excelente
Compensao de Eco
As reflexes do sinal geradas pelo circutohbrido que converte um
circuito de 2 pares (1 para TX outro para RX) num circuito de 1 par
(1 nico par para TX e RX)
O atraso de ida e volta da rede quasesempre superior a 50ms
A norma G.165 do ITU define o desempenhorequerido para os
canceladores de eco.
Atraso
Processamento Tempo necessrio para colectar as amostras
codificadas e coloc-las em pacotes da rede O tempo de codificao
depende do algoritmo do
CODEC usado e da velocidade do processador
Rede Meio fisico de transmisso Capacidade das ligaes e dos ns
intermdios e
pelos buffers do destinatrio para remover o jitter
-
8
Jitter
Intervalo de tempo varivel entre pacoteprovocado por percursos
de redediferentes
Remoo do jitter: colocar os pacotesnum buffer e aguent-los o
tempo suficiente para permitir a chegada dos pacotes mais
atrasados
Causa atraso adicional
Compensao da Perda de Pacotes
A perda de pacotes pode transformar-se num problema srio,
dependendo do tipo de pacote de rede que estiver a ser usado
Interpolar os pacotes perdidos voltando a reproduzir o ltimo
pacote recebido durante o intervalo
Enviar informao redundante Usar um codificador de voz hbrido que
use
menor largura de banda Evitar e controlar a congesto na rede
Especificao de QoS
< 10 ms< 5 msJitter dos pacotes
< 2%< 0.1%Perda de Pacotes
< 2%< 2%Grau de Servio
400ms150ms (sem
ligao satlite)
400 (com satlite)
Atraso fim a fim (1
sentido)
>3.5 and < 4
>70 and < 80
4
80
MOS
R-Value
Abaixo da Toll QualityToll QualityParmetros
CODECs Codificam e descodificam dados
analgicos para transporte sobre redesdigitais (independe/ do
tipo de rede) Srie g para audio;Srie h para video
Comum - pulse code modulation (PCM) amostragem -> quantizao
-> codificao G.711: 8000 Hz x 256 Nveis Q= 64 kbit/s
Norma bem conhecida para RDIS
codecs podem oferecer compresso e deteco de silncios
Codificadores de Voz
Codificador de Forma de onda Codificador de Fonte
Domnio do
tempo:
PCM, ADPCM
Domnio da frequncia:
Codificador de sub-banda,
Codificador de
Transformada adaptativa
Codificador
Predictivo
Linear
Vocoder
q Codec de forma de onda: tenta preservar a forma de onda;
no especfico da voz.
q PCM 64 kbps, ADPCM 32 kpbs, CVSDM 32 kbps
q Vocoders:
q Analise a voz extrai e transmite os parmetros
q Usa parmetros do modelo para sintetizar voz
q LPC-10: 2.4 kbps
q Hbridos: Combinam o melhor dos dois Eg: CELP
Taxonomia de CODECs de Voz
G.728 LD-CELP 16.0 4.1 2 37.5
G.729 CS-ACELP 8.0 4.1 20 34
G.729a CS-ACELP 8.0 3.4 20 17
2. Codificao de Voz
CodecData Rate
(Kbps)
RepresentativeVoice Quality
(MOS)
Delay(ms)
Complexity(MIPS)
G.711 PCM 64.0 4.3 0.125 0
G.721 ADPCM 32.0 4.1 0.125 6.5
G.726 Multirate ADPCM 16 - 40 2.0 - 4.3 0.125 6.5
G.723 MP-MLQ ACELP 5.3, 6.3 4.1 70 25
www.zdnetindia.com
codecs comums usados na VoIP:
-
9
Classes de Codecs
3 classes diferentes Codecs de forma de
onda Codecs de fonte
(Vocoder) Codecs Hbridos
Codecs de Forma de Onda
PCM, ADPCM A entrada amostrada, quantizada e
reconstruda no receptor No necessrio conhecimento da fonte
Princpios de Compresso udio
Redundncia Estatstica Menos bits para valores de amostra mais
comuns
Redundncia Temporal Correlao entre valores de amostras vizinhas
Redundncia inter-amostra
Redundncia do Conhecimento Explorar conhecimento partilhado
entre
codificador e descodificador Ficheiros MIDI /Vocoder
Propriedades do Sistema Humano de Audio Aumentar a qualidade
subjectiva do sinal udio
Funo Taxa de Distoro
Teorema de Shannon para codificao da fonte sem erros Limite na
compresso sem erros
Fontes udio naturaisCompresso sem perdas mxima 2:1
Compresso com perdas usada na prticaObteno de maior razo de
compresso.
Funo Taxa de Distoro
distoro dm
Dbito D(dm)Codificador simples
Codificador complexo
Limite da teoria da informao
X de esperado valor - E(x) mdia distoro -
doreconstru vector - original fontevector
)},({
^
^
dm
SS
SSdEdm
=
Redundncia Estatstica
Compresso de Texto Mtodos de compresso eficientes baseados
na entropia
Pode-se usar a mesma abordagem na compresso de udio
-
10
Exemplo 7.2
Considere um sistema de aquisio udio que tem 10000 amostras de
udio mono com resoluo de 3 bits com nveis entre 0 e 7. O nmero de
ocorrncias para os oito nveis foram
[700,900,1500,3000,1700,1100,800,300] Calcule e desenhe a funo
densidade de probabilidade para
cada smbolo Calcule a entropia da fonte
Soluo
p[0] = 700/10000 = 0.07
p[1] = 900/10000 = 0.09
p[2] = 1500/10000 = 0.15
p[3] = 3000/10000 = 0.30
p[4] = 1700/10000 = 0.17
p[5] = 1100/10000 = 0.11
p[6] = 800/10000 = 0.08
p[7] = 300/10000 = 0.03
++++= 30.0log*30.015.0log*15.009.0log*09.007.0log*07.0(
2222H)03.0log*03.008.0log*08.011.0log*11.017.0log*17.0 2222 +++
samplebits / 88.1=
Sinal chord.wav
Fig. 4.14(a) Fig. 7.3,pag.149
Audio Waveform (Chord)
80
100
120
140
160
180
1 2001 4001 6001Samples
Am
plitu
de
Redundncia Estatstica
O mtodo de codificao baseado na entropia No consegue altos nveis
de compresso
para a maioria dos sinais udio Mas disponibiliza bom desempenho
quando
aplicado a coeficientes de transformada Norma MPEG-1 utiliza
codificao baseada na
entropia
Codificao MU-LAW
g h h* g*QuantificadorUniformeCompressor
)(gf
Expansor
)( *1 hf
)(gfh =
g h
*h )(
*1*hfg
=
*h
)(gfh =
g
)(gfh =
g h
*h
h
*h )(
*1*hfg
=
*h
)( *1* hfg =
*h
Codificao MU-LAWCaratctersticas de E/S com 255=
-
11
Exemplo 7.3
Considere o sinal udio chord. Quantifique o sinal uniformemente
com 8 bits, utilizando a compresso com mu=255. Expanda o sinal e
calcule a relao sinal-rudo (SNR). Compare a SNR com a obtida com o
exemplo 4.6
Redundncia Temporal
Exerccio (de FT) Suponha que na amostragem dum sinal udio obteve
a seguinte
sequncia de valores reais
2.3,2.1,3.2,1.2,1.3,2.3,2.5,3.2,3.8,2.52.0,1.4,1.2,1.2,1.0,0.8,0.6,0.0,-0.3,-0.5,-0.8,-1.2,-1.5,-1.7,-1.9,-2.2,-2.5,-2.7,-2.9,-3.1,-3.9
a) Quantize esta sequncia dividindo o intervalo [-4,4] em 32
nveis igualmente distribudos (coloque o nvel 0 a -4.0, o nvel 1
a-3.75, etc). Assuma que os valores na gama [-4,-3.75) correspondem
sada -4(que corresponde ao nvel 0 do quantizador) os valores da
gama [-3.75,-3.5) correspondem sada -3.75 (nvel do quantizador),
etc Observe que os intervalos so abertos direita o que significa
que o -4 est includo mas o -3.75 no estincludo no nvel 0.
b) Escreva a sequncia quantizada . Codifique-a usando o PCM.
Quantos bits precisa para transmiti-la?
c) Codifique a sequncia usando o PCM mas usando apenas as
diferenas. Qual o valor mximo e mnimo entre amostras sucessivas?
Quantos bits precisa para transmitir a sequncia?
DPCMDifferential Pulse Code Modulation
No DPCM Uma amostra udio prevista com base nas
amostras anteriores
O valor previsto aproximado mas diferente do valor da
amostra
Frmula usada pela tcnica LPC(Linear PreditiveCoding)
nn ss ^
nnn sse^
'
1
^
n
M
i
in ss =
=
Codificador DPCMEsquema simplificado
Codificador
Previsor
^
ne
^
nS
nS
udio original
udioCompactado
Quantificador
ne
nS
Descodificador DPCMEsquema simplificado
Descodificador
Previsor
^
ne
^
nS
nS
udio Reconstrudo
udioCompactado
-
12
DPCM
=+
=
=
=
=
N
m
jmm
M
i
opti
ssjR
jjR
jRijR
1
1
,
*)(
entrada de amostra da dados dos
aoautocorrel de funo a ,....2,1,0),(
)()(
Exemplo 7.4
Considere o sinal udio chord. Determine o conjunto ptimo de
coeficientes de previso de 1,2 e 3 ordem.
Erros de previso DPCM
Depois de obtida o erro da sequncia en codificado para
reconstruir o sinal
perfeitamente Na codificao com perdas uma qualidade de
reconstruo razovel aceitvel A quantificao a nica operao na
codificao
DPCM que introduz rudo
Exemplo 7.5
As 4 primeiras amostras duma sequncia digital udio so
[70,75,80,82,...]. So necessrios no mnimo 7 bits para codificar
cada uma das amostras. As amostras udio so codificadas usando o
DPCM usando o previsor de primeira ordem. Os coeficientes de erro
de predio so quantificados por 2 e arredondados para o prximo
inteiro e armazenados sem perdas. Determine o nmero aproximado de
bits necessrios para representar cada amostra e o erro reconstrudo
em cada instncia de amostra.
Codificao DPCMvrios passos para a sequncia [70,75,80,82,...]
2237N de bits necessrios
0.80.4-0.90Erro de reconstruo
81.2*0.97=78.8
79.6*0.97=77.2
75.9*0.97=73.670*0.97=67.9
Sinal previsto para prxima amostra
77.2+4= 81.2
73.6+6= 79.6
67.9+8=75.970Sinal reconstrudo
2*2=43*2=64*2=80Erro reconstrudo
4.8/2=26.4/2=37.1/2=40Erro do sinal quantificado
82-77.2 =4.8
80-73.6 =6.4
75-67.9=7.40Erro do sinal
82807570Sinal original
3210
amostrasdeInstncias
nS
ne
nS
nS^
-
13
Codecs de Fonte
Unificam o sinal de entrada com um modelo matemtico
Modelo de Filtro predictivo linear do aparelho vocal
Flag Voz/Sem voz para a excitao enviada informao em vez do sinal
Baixos dbitos de bits mas sons sintticos Dbitos maiores no melhoram
muito
Codecs de Fonte Construir um modelo bsico para voz
Implement-lo no TX e no RX
Durante a codificao determinar osparmetros do modelo para
ajust-lo aosinal de entrada
Determinar a excitao Apenas dois estados de excitao :Rudo
branco (sem voz) e Trem de pulsos (voz)
Transmitir a excitao & parmetros
Codecs da Fonte
O receptor reproduz a voz com osparametros recebidos e a
excitao
A taxa de bits baixa 2.4 kbit/s Qualidade bastante longe do som
natural
Codecs Hbridos
Tenta combinar as vantagens dos codecsde forma de onda e os
codecs fonte
Baixa taxa de bits & Alta qualidade Os mesmos princpios que
os codecs de
fonte mas Mltiplos estados de excitao Minimiza erros entre voz
gerada e voz de
entrada Usa quadros (frames) de 20 ms
www-mobile.ecs.soton.ac.uk
Componentes VOIPTerminal
Um sistema final onde terminam comunicaes e as suas cadeias de
dados (media). Telefone hardware ou software, Videofone H uns
concebidos para uso por pessoas e outros
para resposta automtica Tem atribudo um endereo IP
Podem ser usados vrios terminais no mesmo IP mas so
independentes
Na maior parte das vezes um terminal pode ter mais que um
endereo que so usados para o chamar
Se forem usados servidores de Telefone IP os terminais
registam-se.
-
14
Telefones VoIP
Escolhas possveis: Telefone Hardware Telefone software Adaptador
de telefone
analgico
Skype
Aplicao VOIP maispopular
Chamadas gratuitaspara outros utilizadoresSkype
Chamadas baratas (~ ?/min) para fixos e mveis
Vrias funcionalidadesadicionais
Sk
yp
e
Componentes VOIPServidores
Podem tambm fornecer mecanismos adicionais de encaminhamento de
chamadas
So tambm responsveis pela autenticao de registos, autorizao dos
participantes nas chamadas e elaborao de contabilizao
Componentes VOIPGateway
So terminais de telefone que facilitam a comunicao entre
sistemas terminais que no inter-operam Traduo de protocolos de
sinalizao
SIP e ISDN Traduo entre endereos de rede diferente IPv6/IPv4
Traduo entre Codecs
Podem acumular vrias destas funcionalidades Gateways
VOIP/PBX fcil Entre diferentes protocolos VOIP j mais
complicado
Componentes VOIPPontes de Conferncia
Fornecem meios para ter conferncia multiponto ad hoc ou
previamente programadas
Tm requisitos muito elevados de recursos Servidores
dedicados
Hardware especial para media
Componentes VOIPEndereamento
O utilizador precisa de se identificar a si prprio e destinatrio
da chamada
Idealmente Identificador deve ser independente da
localizao do utilizador Deve ser a rede a localizar o
utilizador
Um utilizador deve ser identificado de vrios formas
-
15
Componentes VOIPEndereamento
Rede Telefnica normal Nmeros E.164
Ex: +351 253 604431 Ao discar o + substitudo por 00 seguido
o
cdigo de pas e nmero do assinante
Inicialmente na telefonia IP usava-se o endereo IP
Difcil de memorizar Dependente da localizao fsica
Componentes VOIPEndereamento
Actualmente URIs (RFC 2396) Nmeros (E.164)
URIs Usa um espao de nomes registado para
descrever um recurso duma forma independente da localizao
Endereos E-Mail Idenficadores SIP e H.323
ENUM
ENUM um protocolo definido pelo RFC 2916, que tem como objectivo
traduzirnmeros E.164 em nomes de de domnioInternet
O ENUM permite o uso de nmeros de telefone tradicionais num
contexto de diferentes meios de comunicaonomeadamente os
resultantes do desenvolvimento das Redes IP (email, VOIP)
facilitando a penetrao das novas aplicaes no mercado
O objectivo do ENUM
Correspondncia entre nmeros de telefone no mundo
Permite a qualquer dispositivo IP estabelecerquando um nmero de
telefone est descrito porum endereo de ponto de servio IP E qual o
ponto de servio Internet preferido
actualmente E .. Que endereo IP, protocolo, numero de porta
e
endereo de aplicao deve ser usado para contactaro ponto de
servio preferido
O que o ENUM?ENUM parte da extenso da RTC naInternetENUM
definida pelo IETF e traduz qualquer
nmero E164 number em pontos de servioInternet; [RFC 2916,
September 2000]
Define o uso de RRs do DNS paraestabelecer a correspondncia para
umacoleco de endereos de servioincluindo: endereos SIP / H.323 VOIP
servidores IP FAX servidores Voice Mail servios PSTN (redirect)
Porqu o ENUM?
Cada central VOIP uma rede terminal ligada RTC Cada gateway duma
central VOIP tem que usar a RTC para
chegar a outros terminais VOIP= Tem que se pagar mesma aos
operadores de
telecomunicaes
ENUM uma forma de ligar as ilhas VOIP no mar da RTC ENUM permite
que cadal gateway duma central VOIP descobrir
outros gateways VOIP se necessrio Terminais VOIP podem chamar
outros terminais VOIP sem
recorrer RTC= Evita-se pagar s operadoras de telecomunicaes
As funcionalidades disponibilizadas para chamadas originadasna
RTC no so muito claras no ENUM
-
16
O mundo do multi-Gateway VOIP
A RTC usada como rede inter-VOIP Implicaes bvias nos custos a
pagar s operadoras de
telecomunicaes Implicaes mais subtis para as redes VOIP
privadas
extendidas
PSTNPSTN
Internet
VOIP + ENUM = PSTN Bypass Como pode ser encontrado o gateway
VOIP de
forma dinmica? Pode um nmero de telefone ser atingvel atravs
dum
dispositivo Internet? Se sim, qual o endereo de servio
Internet?
PSTNPSTN
Internet
Como funciona o ENUM? Um gateway ENUM VOIP Gateway consulta
primeiro o DNS
para verificar se o nmero discado atingivel atravs dumservio
A resposta do DNS uma coleco ordenada de URIs(NAPTR records)
Se h uma resposta, o gateway selecciona o servio preferidopara
completar a chamada
8.7.6.5.4.3.2.1.2.1.6.e164.arpa
2. Gateway DNS Query
3. DNS URI response 1. sip:[email protected].
tel:614123567803. tel:61212345678
A minha preferncia para chamadas de voz :Tente estabelecer uma
chamada VOIP para o meuservidor sip, depois o telefone mvel e a
seguir o fixo.
1. Dial: +61212345678 Gateway
IP Phone
DNS Resolver
4. SIP call to sip:[email protected]
Qual o potencial do ENUM?
ENUM pode tambm fazer umacorrespondncia dum nmero de telefone
paraum endereo de email, endereo web, ou qqoutra forma de endereo,
especificada por um URL
ENUM tem como objectivo potenciar a reciclagem dos nmeros de
telefone com identificadores de servio Internet Permite o uso dum
nmero de telefone tradicional num meio de
comunicao diferente como por exemplo endereo de email, mensagem
instantnea, pginas web pessoais e pode facilitar a penetrao de
novas aplicaes no mercado
Uma pessoa, um nmero, mltiplos servios
E.164 como identificador universal?
Use this number for any service:
+61 2 12345678
ENUM
sip:[email protected]
fax:+61 2 62486000
mailto:[email protected]://www.jd.com
tel:+61 2 12345678
ENUM: mais informao
O RFC Cap. 7 do cookbook
-
17
Protocolos para VOIP
Ligao da Rede IP RTC
Que problemas se colocam? Que componentes e protocolos so
necessrios? Como suportar a voz na rede IP? A rede IP
adequada?
Ligao da Rede IP RTC
Identificao dos utilizadores Converso de identificadores
Sinalizao da chamada Protocolos de sinalizao
Transferncia dos mdia Converso de mdia Transporte : TCP vs
UDP
Conferncias IP Multicast
Protocolos e Normas
Protocolos e Normas (contd.) Pilha de Protocolos H.323
PresentationSession
Transport
Data LinkPhysical
Network
Audio SignalAudio SignalG.711
G.722
G.723.1
G.728
G.729 Video SignalVideo SignalH.261 H.263
T.127DataData
T.126
RTCP
H.235
UDP
RAS RTPT.124
T.125/T.122Supplementary ServicesSupplementary Services
H.450.3 H.450.2
H.450.1
ControlControlH.245 H.225
TCP
X.224.0
IP
-
18
Protocolos H.323
H.225 Covers narrow-band visual telephone services H.225 Annex G
H.235 Security and authentication H.245 Negotiates channel usage
and capabilities H.450.1 Series defines Supplementary Services for
H.323 H.450.2 Call Transfer supplementary service for H.323 H.450.3
Call diversion supplementary service for H.323 H.450.4 Call Hold
supplementary service H.450.5 Call Park supplementary service
H.450.6 Call Waiting supplementary service H.450.7 Message Waiting
Indication supplementary service H.450.8 Calling Party Name
Presentation supplementary service H.450.9 Completion of Calls to
Busy Subscribers supplementary service H.450.10 Call Offer
supplementary service H.450.11 Call Intrusion supplementary service
H.450.12 ANF-CMN supplementary service H.261 Video stream for
transport using the real-time transport H.263 Bitstream in the RTP
Q.931manages call setup and termination RAS Manages registration,
admission, status RTCP RTP Control protocol RTP Real-Time Transport
T.38 IP-based fax service maps T.125 Multipoint Communication
Service Protocol (MCS).
Arquitectura H.323
Desenvolvimento tpico H.323 Protocolos
A srie de recomendaes H.323 evolui do trabalho do ITU-T no
videotelefone e conferncia multimdia para RDIS at 2 Mbit/s na srie
H.320
O ITU-T trabalhou em comunicaes similares sobre redes ATM
(H.310, H.321)
Na RTC analgica (H.324) Na ento recm nascida Ethernet iscrona
(H.322) A partir de 1995 comeou a trabalhar em LANs com o IP
como protocolo de nvel de rede Problema da Qualidade de
Sevio
Protocolos
A verso inicial do H.323 foi aprovado pela ITU-T em Junho de
1996 Os problemas com o QoS atrasaram o processo at o
1998 H.323v2 e H.323v3 3m 1999 Incorporao de muitas novas
funcionalidades para
servir de base ao telefone sobre IP escala global Muitos novos
melhoramentos no H.323v4 em finais
de 2000 Fiabilidade, escalabilidade, flexibilidade
H.323: Abrangncia e componentes
-
19
H.323: Protocolos de sinalizaoDescoberta do Gatekeeper e
Registo
Endereos e Registos H.323 suporta vrios tipos de endereos
Endereo numrico (RTC) No inclui informao adicional (Plano de
discagem) O servidor converte-o num endereo de entidade
H.323-ids: Endereos tipo email, URL-ID Ao contrrio do SIP
Um endereo registado por zona que resolve num ponto terminal
Chamadas 1:n requerem um gatekeeper a expandir o endereo
colectivo
Registos Expiram aps um tempo bem definido Mensagem de KeepAlive
Registos aditivos
Modelos de Sinalizao
Sinalizao Directa Sinalizao de chamada via gatekeeper Controlo
H.245,RAS H.225 e H.225 via
Gatekeeper
Sinalizao Directa Sinalizao via gatekeeper
-
20
Sinalizao controlada por H.245 Fases de uma comunicao H.323
5 fases: Estabelecimento de chamada Comunicao inicial e troca
de
funcionalidades Estabelecimento da comunicao audiovisual Servios
de chamada Terminao de chamada
Estabelecimento de chamada
Pode ter as seguintes realizaes Bsica com 2 terminais no
registados
Comunicao directa
2 terminais registados no mesmo gatekeeper S o terminal chamador
tem gatekeeper S o terminal chamado tem gatekeeper Ambos os
terminais tm gatekeepers
diferentes Comportamento do terminal depende da
configurao do modelo de sinalizao
Estabelecimento de chamadaGatekeeper A Gatekeeper B
Terminal A Terminal B
Estabelecimento de chamada
Utilizao do FAST CONNECT Acelera o estabelecimento duma chamada
ponto-a-
ponto Apenas num RTT
usado se a entidade chamadora tiver este elemento activo
Connect
Permite abrir imediatamente os canais de mdia Seno for usado o
FAST Connect necessrio usar
as mensagens H.245 para troca de capacidades e abertura dos
canais de mdia
Fast connect permite mais informao para o estabelecimento de
gateways H.323/SIP
Call Set-up H.323
-
21
Comunicao inicial e troca de funcionalidades
Canal de controlo H.245 Usado para troca de funcionalidades e
abrir
canais de media Aberto a seguir ao CONNECT, ALERTING,
CALL PROCEEDING ou RELEASE COMPLETE
Mensagem TERMINALCAPABILITYSET MASTERSLAVEDETERMINATION(ACK)
Encapsulado em mensagens H.225
Comunicao Audiovisual
Aberta usando procedimentos H.245 Aberto 1 canal lgico por
stream de
informao udio e Vdeo sobre transporte no fivel Dados sobre
transporte fivel
Comunicao Audiovisual Servios de Chamada
Servios invocados pelo terminal quando a chamada est activa
Bandwidth Change Services Supplementary Services
Terminao de chamada
Feita pelo ponto terminal ou gatekeeper A terminao dos mdia
(udio, vdeo, dados)
s quando os canais esto fechados H.245 ENDSESSIONCOMMAND
Se recebida de volta fechado o canal de controlo H.245
Deve ser enviada uma mensagem RELEASE COMPLETE para fechar o
canal de sinalizao
Terminar a chamada no significa terminar uma conferncia
necessria uma mensagem H.245 DROPCONFERENCE enviada pelo MC
Terminao de Chamada
Terminador sem gatekeeper Terminador com gatekeeper
Gatekeeper precisa de ser informado da terminao
Terminal->Gatekeeper: Disengage Request (DRQ)
Gatekeeper->Terminal: Disengange Confirm (DCF)
Feita pelo gatekeeper Gatekeeper->Terminal: Disengage Request
(DRQ) Terminal ->.: Release Complete Terminal->Gatekeeper:
Disengage Confirm (DRQ)
-
22
Localizao de Terminais fora de Zona
LOCATION REQUEST (LRQ)Unicast ou MulticastPode envolver uma rede
gatekeepers
LOCACTION CONFIRM (LCF)TSAP: IP+N Porta
Exemplo de Chamada
(1)Permisso para Chamar B(2) Confirmao e Endereo(3) Est.Canal de
Sinalizao(4)Determinao de Localizao e Reencaminhamento de
pedido(6,7) Confirmao de permisso de aceitao(8) Indicao de Alerta
ou Chamada estabelecida
Servios de chamada adicionais
Conferncia Suporta conferncias fechadas Controlo de acesso
Gestor de Conferncia MC+MP: sincronizao da conferncia
Conferncia em difuso Suporte de conferncias abertas tipo
MBONE
Servios suplementares Transferncia de chamada Chamadas em espera
(com mensagem) .
Segurana H.235
Autenticao Password, Assinaturas digitais
Integridade Gerao de verificaes de mensagem via
password
Privacidade Para cifragem dos mdia DES, Triple DES ou RC2
Sinalizao: SIP
Session Initiation Protocol Protocolo Multimdia que tira partido
do modelo iInternet para
construir redes e aplicaes VOIP com base numa
arquitecturadistribuda
Entidades Agente do Utilizador Gateways Servidor Proxy Servidor
Redirect Servidor Registrar
Protocolos (RFC 2543 v1, RFC 3261 v2) SDP ( Session Definition
Protocol ) URLs DNSs TRIP ( Telephony Routing Over IP)
SIP (Session Initiation Protocol)
Protocolo de controlo ao nvel de aplicao que pode estabelecer,
modificar e terminar sesses e chamadas multimdia.
Essas sesses multimdia incluem conferncias multimdia ensino
distncia telefone sobre IP
O SIP pode envolver pessoas robots como servio de
armazenamento.
O SIP pode convidar participantes para sesses unicast como
Multicast O niciador no precisa de ser mebro da sesso para a
qual
convidado
-
23
Servidores SIP Servidor Proxy SIP
reencaminha a sinalizao de chamada funcionandotanto como cliente
como servidor
Funciona de forma transacional, isto , no mantminformao de
estado
Servidor SIP Redirect
Redirecciona chamadas para outros servidores Servidor SIP
Registrar
Aceita pedidos de registo dos servidores Mantm informaes de
utilizadores num Servidor de
Localizao (como o GSM)
Session Initialization Protocol
O chamador e o chamado trocammensagens de texto Formatos so
similares ao HTTP
O chamado identificado atravs dumURL SIP, user@host A parte do
utilizador um nome do utilizador
ou um n de telefone A parte do host um nome de domnio ou um
endereo de rede
Registo SIPSession Initialization Protocol
(SIP) Um participante pode registar o seu
identificador na localizao corrente via um servidor de registo.
Suporta a mobilidade do utilizador uma vez
que as chamadas so redireccionadas para a localizao actual do
utilizador
O DNS est a ser expandido paradisonibilizar lookups para a
localizaonormal do utilizador
Estabelecimento de chamadadirecta SIP
INVITESession parameters...
(Response) OKSession parameters.
ACK
SIP (Estabelecimento de chamada)
-
24
SIP(Estabelecimento de chamada com redireco)Proxy vs.
Redirect
A servidor SIP server pode servidor de proxy ouredirecionar um
pedido de chamada Qual dos mtodos aplicar um problema de
configurao. Pode ser configurado esttica oudinamicamente
A redireco til se o utilizador se mover oumudar o seu fornecedor
de servio PSTN: The number you have dialed is not
available.) o utilizador da prxima vez no precisade tentar o
mesmo servidor
O Proxy util se necessrio for necessriomais controlo: AAA,
firewall, etc
Encoding: SIP is a text-based protocol and uses the ISO 10646
character
Format : SIP-message = Request | Response generic-message =
start-line
*message-headerCRLF[ message-body ]
start-line = Request-Line | Status-Line message-header = (
general-header
| request-header| response-header| entity-header )
Method = "INVITE" | "ACK" | "OPTIONS" | "BYE"| "CANCEL" |
"REGISTER"
Mensagens SIP Cdigos de Resposta SIP
4yzClient 400 Bad Request 401 Unauthorized 482 Loop Detected 486
Busy Here
5yzServer failure 500 Server Internal Error
6yzGlobal Failure 600 Busy Everywhere
Borrowed from HTTP: xyz explanatory text
Receivers need to understand x 1yz Informational
100 Trying 180 Ringing (processed locally) 181 Call is Being
Forwarded
2yz Success 200 ok
3yz Redirection 300 Multiple Choices 301 Moved Permanently 302
Moved Temporarily
Mensagens SIP
INVITE Descripo de sesso includa no corpo da
mensagem. re-INVITE usados para mudar estado da sesso
ACK confirma estabelecimento de sesso pode ser usado apenas com
o INVITE
BYE termina sesses CANCEL cancela um INVITE pendente OPTIONS
pergunta sobre funcionalidades REGISTER associa um endereo
permanente localizao corrente
Arquitectura SIP
-
25
Sinalizao: MGCP, MAGACO
Media Gateway Control Protocol Usar o modelo de pacotes de
software e disponibilizar uam
arquitectura centralizada para controlar as chamadas e os
servios Controlador os gateways de telefone de elementos externos
de
controlo de chamada designados por gateway de controlo de mdia (
media gateway controllers ) ou agentes de chamada(call agents).
Entidades MGC (Media Gateway controller / Call agent) MG (Media
Gateway)
Protocolos MGCP v1 RFC 2705 H.248 (H.248 / MAGACO) RFC 3525 SDP
(Session Definition Protocol) - RFC 3407
Arquitectura MGCP
PSTN
PBX
T1/E1
FXO/FXSE&M
Call Agent
MGCP
Voice Gateway
MGCP
RTP
IP Phone( MGCP Client )
IP Phone( MGCP Client )
Comparao da Sinalizao VoIP Comparao da Sinalizao VoIP
DTMF Gateway Asterisk: O que ?
Um software completo de PBX software para plataformas Linux
desenvolvido pelaDigium (M.S.)
Faz a comutao de chamadas num PBX, traduo de CODECs, e vrias
aplicaes
Software Open Source sob licena GNU
-
26
Asterisk: Aplicaes
Voicemail Discar numa interface (ZAP, SIP, IAX, etc) Pontes para
Conferncia Filas para distribuio automtica de chamadas
ACD Queues Excelentes para Call Centers
Resposta interactiva por voz IVR ( press 1 if you know the
ext)
Operaes em Bases de Dados ENUMlookup AGI (asterisk gateway
interface, como a CGI)
Para scripting
Asterisk: Viso geral
Asterisk: Lgica de chamada
Usa uma mquina de estados para saber o que fazer com a chamada
Contexto : A origem da chamada (SIP, RFN,
etc) Extenso: o nmero discado pelo utilizador Prioridade: Um
contador que ordena a
sequncia de comandos
Asterisk: Exemplo de Lgica de chamada
Um utilizador disca 3001, que uma extenso para a central
Central. O utilizador est definido no contexto local ( context
=> local)
extensions.conf[local]exten => 3001,1,Voicemailmain2 Um
utilizador sip (4001) disca 1001 que um telefone
analgico (Zap/1), e cai no voicemail se estiver
indisponvel(ningum responde em 30 secs)
sip.conf[4001]Username=4001Context=from-sip
extensions.conf[from-sip]exten => 1001,1,Dial(Zap/1,30)exten
=> 1001,2,Voicemail2(u1001)
Asterisk: ENUM
Como que um utilizador da RFN pode chamarum utilizador SIP? S
tem teclado numriconormal? Como especificar um URI?
ENUM. Cria um directrio global que faz a correspondncia nmero de
telefones paraendereos SIP (ou email)
DNS lookup (E.164 -> URIs) As interrogaes E.164 queries so
formadas com
os nmeros ao contrrio separados com pontoscom domnio de topo
ENUM no fim (normalmentee164.arpa) 905-845-9430
0.3.4.9.5.4.8.5.0.9.e164.arpa
Asterisk: Enum Example
-
27
Asterisk: IAX Inter-Asterisk eXchange (IAX)
Usada pelo gateway Asterisk comoalternativa ao SIP, H.323,
etc
Suporta estilo de segurana PKI e tronca Quando se usa tronca,
aloca apenas a
largura de banda usada Qualidade similar ao SIP, mas com o
aumento de nmero de conexes (no modo tronca) torna-se melhor
Versions: IAX and IAX2
Asterisk: IAX (cont)
IAX transparente ao NAT/PAT IAX2 triplica as chamadas da tronca
por
megabyte 100 chamadas/MB (com o G.729)
Cerca de 1000 utilizadores registadosiaxtel (como FWD)