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1 VOIP Voz sobre IP Sistemas Telemáticos Departamento de Informática Universidade do Minho Materiais usados Apresentação do Will Dennis com permissão do autor Cap 7 de Multimedia Systems and Signals, Mandal Ver livro VOIP na página do TERENA – Terena VOIP Cookbook Cap.2, Cap.3 e Cap.7 (donde foram extraídas figuras) Sumário Motivação para o VOIP Qualidade da voz no VOIP Digitalização de voz : CODECs Componentes VOIP Protocolos VOIP Cenários para VOIP O que é a VoIP? A VOIP e o Telefone na Internet são métodos que convertem os sinais de voz em dados digitais e enviam-na através da Rede IP. Vantagens do VOIP Redução de custos Mais largura de banda Integração da voz e dados • Eficiência da rede Mais e melhores serviços

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  • 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)