UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA VOIP SOBRE WIRELESS. Pedro Dethloff Bueno. Profa. Débora Meyhofer Ferreira.

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1 UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA VOIP SOBRE WIRELESS Pedro Dethloff Bueno Profa. Débora Meyhofer Ferreira Orientadora Campinas (SP), dezembro de 2008

2 UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA VOIP SOBRE WIRELESS Pedro Dethloff Bueno Projeto do Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Elétrica da Universidade São Francisco, como requisito à obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Campinas (SP), dezembro de

3 RESUMO Com o crescimento acentuado que a internet obteve nas ultimas duas décadas, o protocolo IP ficou em posição de grande destaque no contexto de redes de telecomunicações, surgindo diversas tecnologias baseadas em seu protocolo. Este trabalho fará o estudo do uso da tecnologia VoIP em um ambiente que utilize a tecnologia wireless. Serão abordados conceitos do funcionamento das duas tecnologias e posteriormente a análise da implantação de uma solução real, no caso um provedor de Internet via rádio, aonde se utilizam as duas tecnologias O foco deste trabalho será o VoIP, que usará a tecnologia wireless como meio de transmissão, portanto não se fará um estudo aprofundado da tecnologia wireless mas sim uma abordagem geral de seu funcionamento. Wireless e VoIP são uma tendência na área de tecnologia. Desta maneira, o objetivo deste trabalho é analisar através de testes o funcionamento da tecnologia VoIP aplicado a uma solução wireless Palavras Chave: VoIP, Wireless, Protocolo H.323, Protocolo SIP 3

4 ABSTRACT With the growth that the Internet returned for the last two decades, the IP protocol was in a position of great prominence in the context of telecommunications networks, and many technologies based on its protocol is emerging. This work will make the study of the use of the VoIP technology in an environment that uses the technology wireless. They will be boarded concepts of the functioning of the two technologies and later the analysis of the implantation of a real solution, in the case a provider of Internet wireless radio, where uses the two technologies.the focus of this work will be the VoIP, that will use the wireless technology as half of transmission, therefore will not become a deepened study of the wireless technology but yes a general boarding of its functioning Wireless and VoIP are a trend in the technology area. In this way, the objective of this work is to analyze through tests the functioning of the VoIP technology applied to a wireless solution. Keywords: VoIP, Wireless, H.323, SIP. 4

5 Índice de Figuras Figura 1 - Modulação PAM - Fonte: Teleco Figura 2 Quantização - Fonte: Teleco Figura 3 PCM - Fonte: Teleco Figura 3 - Conversão Decodificação - Fonte: Silveira Figura 6 - Atraso fixo - Fonte: Peixoto Figura 7 Atraso na Rede - Fonte: Guimarães Figura 8 - Efeito dos Atrasos - Fonte: Delfino Figura 9 Perda de Pacotes - Fonte: Arruda Figura 10 Bufferização Fonte: Alves Figura 11 Erro de seuqenciamento - Fonte: Arruda Figura 12 Priorização de pacotes de voz Fonte: Garcia Figura 13 - Padrão H.323 X OSI - Fonte: Teleco Figura 14 Arquitetura H.323 Fonte: Delfino Figura 15 Conexão de VoIP - Lopes Figura 16: Sip em OSI Figura 16 Protocolo OSI X TCP/IP Fonte: Clube do Hardware Fig. 18. Funcionamento Wimax Figura 19 F1000 Fonte: Voipgoods

6 Sumário 1. INTRODUÇÃO VOIP CONCEITOS BÁSICOS TRATAMENTO DOS SINAIS PARA TRANSMISSÃO MODULAÇÃO PAM, QUANTIZAÇÃO E PCM CONVERSÃO E CODIFICAÇÃO: CODIFICADORES/DECODIFICADORES EXEMPLOS DE ARQUITETURAS BÁSICAS: VANTAGENS DA TECNOLOGIA VOIP DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS VOIP QUALIDADE DE SERVIÇO EM VOZ SOBRE IP FATORES QUE INFLUENCIAM A QUALIDADE DE SERVIÇO ATRASOS FIXOS: COMPONENTES DO ATRASO FIM-A-FIM ATRASOS VARIÁVEIS: VARIAÇÃO DO ATRASO: PERDA DE PACOTES: ERROS DE SEQUENCIAMENTO: ECO VARIAÇÕES NO ATRASO SEGURANÇA SOLUÇÕES PARA PROBLEMAS EM VOIP PRIORIZAÇÃO DE PACOTE: CANCELAMENTO DE ECO: SEGMENTAÇÃO DE PACOTE PROTOCOLOS H BENEFÍCIOS DA ADOÇÃO DO PADRÃO H COMPONENTES DO PADRÃO H ARQUITETURA H ESTABELECENDO UMA CONEXÃO VOIP PROTOCOLO SIP COMPONENTES DO PADRÃO SIP PROTOCOLOS DE TRANSPORTE E CONTROLE PROTOCOLO TCP PROTOCOLO UDP: PROTOCOLO UDP X TCP PROTOCOLO RTP: PROTOCOLO RTCP: PROTOCOLO RTSP: PROTOCOLO RSVP: WIRELESS FUNCIONAMENTO TECNOLOGIAS EMPREGADAS: PROTOCOLOS WIRELESS: WIMAX COMO FUNCIONA O WIMAX PROTOCOLO WIMAX VOIP SOBRE WIRELESS

7 6.1. PROBLEMAS DO TCP E UDP SEM FIO PADRÃO X QUALIDADE DE SERVIÇO (QOS) PROBLEMAS RELACIONADOS COM A SEGURANÇA ALCANCE ESTUDO DE CASO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

8 LISTA DE ABREVIATURAS ADSL ATA DSSS ESA ESS FOIP FHSS HTTP IETF IEEE ISOC ITU IP MAC MGCP MCU MOS OSI PAM PCM QOS RDSI RTP RTCP RTPC RTSP RSVP SNMP SIP TCP UDP VOIP Asymmetric Digital Subscriber Line Analog Telephone Adaptator Direct Sequence Spread Spectrum Extended Service Area Extended Service Set Fax ove IP Frequency-hopping Spread Spectrum Hiper Text Transfer Protocol Internet Engineering Task Force Institute of Electrical and Electronics Engineers The Internet Society International Telecomunications Union Internet Protocol Media Acesss Control Media Gateway Control Protocol Multi Control Unit Mean Opinion Score Open systems interconection Pulse Amplitud Modulation Pulse Code Modulation Quality of Service Rede Digital de Serviços Integrados Real Time Protocol Real Time Control Protocol Rede de Telefonia Pública Comutada Real Time Streaming Protocol Resource Reservation Protocol Simple Network Management Protocol Session Initiation Protocol Transport Control Protocol User Datagram Protocol Voice Over Protocol Internet 8

9 1. INTRODUÇÃO Cada vez mais, a utilização da internet como principal meio de comunicação se solidifica como um grande negócio. Com o grande aumento de velocidade das conexões e fácil acesso a rede, todos podem ter contato com tecnologias que há alguns anos atrás não passavam de um sonho. Assistir televisão, ouvir rádio, ler jornal, cada vez mais o fácil acesso a internet está substituindo esses costumes antigos e deixando-os cada vez mais dinâmicos e atualizados. Com este grande avanço das tecnologias de comunicação, o telefone não poderia ficar de fora, logo surgiu o VoIP como solução de comunicação via IP para substituir as ligações via a tradicional e eficiente linha telefônica. A tecnologia VoIP tem um grande aliado ao seu lado, pois a telefonia convencional, apesar de ser antiga e usada por todos, ainda é muito cara, ligações interurbanas e internacionais podem custar uma verdadeira fortuna, enquanto com a utilização do VoIP, graças ao transporte de dados pela rede, esses valores se tornam apenas uma pequena porcentagem quando comparados com os preços da telefonia convencional. O segundo capitulo do trabalho abordará o conceito geral do VoIP, mostrando as formas de digitalização da voz e os codecs utilizados, os tipos de serviços existentes, aplicações e vantagens da utilização do Voip. O terceiro capitulo do trabalho abordará um estudo sobre a qualidade de serviço necessária para a transmissão de voz sobre a rede IP, serão vistos os fatores que impactam a qualidade da voz e os principais procedimentos para garantia da qualidade dos serviços em VoIP. O quarto capitulo será dedicado aos protocolos H.323 da ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication), e o SIP da IETF (Internet Engineering Task Force). Também mostrará os protocolos de transporte e controle que trabalham sobre TCP e UDP, como os protocolos RTP e RTCP. No quinto capitulo, vou descrever o funcionamento de uma rede wireless, como funciona, seus protocolos, e sua evolução ao longo do tempo. 9

10 No sexto e ultimo capitulo, detalharei o funcionamento do VoIP em ambiente Wireless, os melhores protocolos a serem utilizados, QoS, dificuldades e vantagens da tecnologia. 10

11 2. VOIP 2.1. CONCEITOS BÁSICOS A voz humana é um sinal analogico produzida pela vibração do ar que é expulso dos pulmões pelo diafragma e que passa pelas pregas vocais e é modificado pela boca, lábios e a língua. Transformamos a voz em um sinal elétrico para podermos transmiti-la através de uma rede telefônica, função é realizada pela cápsula receptora do aparelho telefônico. Se, ao invés de utilizarmos a telefonia convencional, desejarmos transmitir a voz através de uma rede de computadores, cujo meio de transmissão é digital, devemos, antes de enviar, transformá-la em um sinal digital. Voz sobre IP (VoIP) é uma tecnologia que permite realizar chamadas telefônicas e enviar fax sobre uma rede de dados IP, como se estivesse utilizando a Rede Telefônica Pública Convencional (RTPC) TRATAMENTO DOS SINAIS PARA TRANSMISSÃO Ao ser digitalizado, o sinal de voz permite que seu armazenamento e transmissão sejam feitos de forma mais rápida e eficiente. As redes telefônicas adotaram inicialmente a técnica de codificação PCM (Pulse Code Modulation Modulação por Codificação de Pulsos), que consiste em amostragens do sinal de voz contínuo, por segundo, representando o valor discreto amostrado em 8 bits. Isto implica na necessidade de um canal digital de 64kbps para transmissão de cada canal de voz. Este tipo de codificação procura reproduzir o sinal amostra por amostra, possui baixo atraso para o processo e pequena complexidade, mas requer um taxa de transmissão elevada (Fernandes, 2004). 11

12 2.3. MODULAÇÃO PAM, QUANTIZAÇÃO E PCM A conversão do sinal analógico em sinal digital pode ser feita por três processos básicos, modulação PAM, Quantização e PCM (Modulação em Código de Pulso). Modulação PAM Quando o sinal analógico é convertido em um trem de pulsos com amplitude diretamente proporcional à do sinal amostrado. É utilizada como modulação auxiliar na digitalização do sinal. Este processo digitaliza o sinal analógico a uma taxa mínima de duas vezes a freqüência máxima do sinal. Neste processo a taxa é de 8 Khz, codificada em 8 bits. A taxa total de amostras é de 64 Kbits. A FIGURA 3 evidencia uma senóide normal. Figura 1 - Modulação PAM - Fonte: Teleco Quantização É o processo de tornar o sinal modulado em PAM, dentro de níveis pré-estabelecidos de tensão chamados de valores de decisão. Quando um pulso está acima de um nível de decisão, ele é aproximado para o nível superior imediato. Quando está abaixo da linha de decisão, ele é aproximado para o nível inferior imediato. Durante o processo de quantização do sinal podem ocorrer erros. Uma técnica de diminuir os erros é fazendo a compressão dos sinais, evitando-se distorções. A FIGURA 2 nos mostra os sinais quantizados gerados. 12

13 Figura 2 Quantização - Fonte: Teleco PCM (Modulação em Código de Pulso) É a técnica de relacionarmos cada nível de decisão de um sinal modulado tipo PAM, a um código binário de 8 bits. O sinal resultante será uma cadeia de zeros e uns. Este sinal está pronto para trafegar em uma rede LAN ou WAN, faltando apenas codificá-lo. A FIGURA 3 mostra novamente o sinal quantizado, desta vez com valores binários atribuídos. Figura 3 PCM - Fonte: Teleco 2.4. CONVERSÃO E CODIFICAÇÃO: A voz gera um sinal analógico quando capitada pelo microfone; este sinal é convertido pelo computador em um sinal digital e codificado para transmissão via rede IP, na outra ponta o sinal passa por uma pilha IP e pelo buffer dejitter, passando, então, pelo processo de decodificação e conversão em sinal analógico para que se torne audível. 13

14 Figura 3 - Conversão Decodificação - Fonte: Silveira CODIFICADORES/DECODIFICADORES Um codec, ou codificador decodificador converte sinais de áudio para uma forma digital compactada para transmissão em meio digital, reduzindo a taxa de transmissão de bits, ao mesmo tempo em que mantém o máximo possível de qualidade subjetiva original do sinal, armazenado em algum meio digital ou usado em sistema de processamento digital, e depois para um sinal de áudio descompactado para retorno. As características de alguns codificadores de áudio são mostradas na TABELA 1. Recomendação ITU Método de Compressão Saída do Codec (kbps) Atraso de Compressão (ms) G.711 PCM G.728 LD - CELP 16 3 a 5 G.729 CS - CELP G.729a CS - CELP G MP - MLQ G ACELP G.726 ADPCM 32 1 Tabela 1 Fonte: Teleco 14

15 Os Codecs mais utilizados atualmente são: G.711 (1972) - Utiliza a técnica PCM (Pulse Code Modulation) para digitalização do sinal de voz. A taxa de transmissão é de 64kbps. O G.711 é um padrão reconhecido internacionalmente, largamente utilizado na conversão de sinais de voz analógicos para transmissão em redes digitais. A qualidade resultante é adequada para sinais de voz, mas não é considerada boa para sinais de áudio (Silveira, 2005); G (1996) Este padrão produz níveis de compressão digital de voz de 10:1 e 12:1, operando com um consumo de banda de 6.3 kbps (melhor qualidade)s e 5.3 kbps. A característica de largura de faixa reduzida é ideal para telefonia pela Internet em tempo real e para aplicações sobre linhas telefônicas convencionais. O G se tornou um padrão emergente para a interoperabilidade da transmissão de voz em plataformas distintas. Testes demonstraram uma qualidade equivalente à qualidade comercial (toll quality) dos serviços de telefonia convencionalcom apenas 1/10 de largura de faixa utilizada pelos sistemas PCM atuais; G.729 Utiliza a técnica de codificação denominada CS-ACELP (Conjugate Structure Algebraic Codebook Excited Linear Prediction) para codificar um sinal analógico na faixa de voz em um sinal digital de 8 Kbps EXEMPLOS DE ARQUITETURAS BÁSICAS: Segundo Silveira, temos quatro tipos de arquiteturas básicas: Arquitetura PC a PC: Este tipo de VoIP é o mais utilizado e também o primeiro a ser desenvolvido, consiste em dois computadores providos de recursos multimídia, conectados a uma LAN (tipicamente no ambiente 15

16 corporativo) ou, através da RTP, a um provedor de serviços Internet (tipicamente no endereço residencial), se comunicam para a troca de sinais de voz. Todo o tratamento do sinal de voz (amostragem, compressão e empacotamento) é realizado nos computadores, sendo a chamada de voz estabelecida com base no endereço IP do receptor (ou através de um nome, que será convertido para um endereço IP utilizando-se um serviço de diretório público). PC para telefones convencionais - Alguns softwares permitem que sejam feitas chamadas telefônicas para qualquer telefone convencional. Para este serviço são cobradas tarifas irrisórias comparadas com as operadoras de telefonia tradicional. O motivo para isso é que apenas um parte do tráfego de voz utiliza os sistemas da telefonia tradicional, o restante é feito pela Internet; Telefone IP para telefones convencionais Já existe equipamentos que permitem que se faça ligações utilizando o VoIP sem o auxilio de um computador, bastando apenas ter o acesso a Internet. Nesta modalidade existem os Telefones IP e os ATAs(ATA (Analog Telephone Adaptor). Os Telefones IP são aparelhos telefônicos, semelhantes a um celular, que possuem os protocolos para a telefonia via VoIP, já os ATAs são adaptadores que também possuem estes protocolos, para se utilizar em conjunto com telefones convencionais; Telefone IP para Telefone IP A conversa sem custo algum usuários de telefone IP é possível, porém ambos interlocutores devem ser clientes do mesmo serviço ou de serviços que tenham interconexão. Nada impede também que um telefone IP converse sem custo algum com um assinante do mesmo provedor VoIP que se comunique pelo computador, via software. 16

17 2.6. VANTAGENS DA TECNOLOGIA VOIP Segundo Fagundes, os benefícios da tecnologia podem ser divididos dentro de quatro categorias: Redução de custos. Apesar da redução de custos das chamadas de longa distância pelas companhias telefônicas, esse assunto é bastante popular para a introdução do VoIP. Os preços fixos para acesso a Internet podem se configurar numa excelente oportunidade para reduzir os custos de voz e fax. Estima-se que 70% dos custos de transmissão de fax entre os Estados Unidos e Ásia poderiam ser substituídos por FoIP (Fax over IP). Essas reduções de custos estão baseadas em evitar o uso das chamadas internacionais e estatuais usando a infra-estrutura da Internet do que a redução dos custos globais de um melhor compartilhamento dos equipamentos e rede pelos provedores de telecomunicações. Esse melhor compartilhamento levará uma redução de custos em larga escala para a voz. Simplificação. A integração da infra-estrutura que suporta todas as formas de comunicação permitirá uma maior padronização e redução nos investimentos em equipamentos. Esta infra-estrutura compartilhada pode aperfeiçoar o uso da largura de banda e a minimização dos custos de redundância da topologia de rede. As diferenças nos padrões de uso de voz e dados oferecem oportunidades adicionais para melhor a eficiência das redes de comunicações. Consolidação. Uma vez que pessoas estão nas extremidades das redes, qualquer oportunidade para combinar operações, eliminar pontos de falhas e consolidar atividades que gerem custos. Nas empresas, o uso de sistema de gerenciamento de rede centralizado baseado em SNMP monitorando voz e dados trazem excelentes benefícios tanto de redução de custos como de agilidade na determinação de problemas. 17

18 Aplicações avançadas. Embora os serviços básicos de telefonia e fax sejam as aplicações iniciais do VoIP, no longo prazo é esperado o uso de aplicações multimídia e aplicações multiserviços. Por exemplo, as soluções de e-commerce podem combinar acessos a Web e a partir desse acesso, através do próprio PC os usuários terem acesso imediato para chamar o atendente do call-center DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS VOIP O desenvolvimento de produtos VoIP é um desafio pois busca adicionar características da telefonia convencional (tanto voz quanto sinalização) em redes baseadas em IP, e interconectar estas à rede de telefonia pública, de tal maneira que a qualidade não seja prejudicada e que preserve as expectativas e funcionalidades existentes. Existem 5 funcionalidades principais: A qualidade das ligações deve ser equivalente a disponível atualmente na rede de telefonia publica comutada, mesmo em redes que possuam níveis variáveis de QoS. A rede IP deve possuir critérios cuidadosos de desempenho, tais como a diminuição de quedas de chamadas, latência de rede, perda de pacotes e desconexões. O controle de chamadas (sinalização) deve fazer com que o processo de chamada telefônica seja transparente. O serviço de interconexão rede pública/voip envolve gateways entre os ambientes de redes com voz e dados. 18

19 A gerência de sistemas, segurança, endereçamento (planos de encaminhamento) e contabilização devem ser consolidadas com os sistemas de suporte à operação (OSS) das redes públicas. Mesmo em casos de baixa de preço da telefonia convencional, os custos relativos ao VoIP, deve sempre se manter mais barato, pois acompanha os preços da primeira. 19

20 3. QUALIDADE DE SERVIÇO EM VOZ SOBRE IP 3.1. FATORES QUE INFLUENCIAM A QUALIDADE DE SERVIÇO A tecnologia VoIP ainda esta longe de ter a mesma qualidade das redes de telefonia convencional, e para a futura consolidação desta tecnologia é necessário que o sistema seja capaz de oferecer uma qualidade igual à hoje oferecida pela RPT. Esta crença se baseia no fato de que as estruturas tarifárias dos dois tipos de rede (Internet e Telefonia) tendem a sofrer alterações, com a tarifação da Internet deixando de ser do tipo "Flat Rate", apenas com tarifação local, e a tarifação da RPT deixando, a medida em que as operadoras implantam seus backbones baseados em redes de pacotes (com tecnologia ATM ou mesmo IP), de ser tão dependente da distância. A qualidade de serviço pode ser definida como a habilidade da rede para garantir e manter certos níveis de desempenho para cada aplicação de acordo com as necessidades específicas de cada usuário. Embora o conceito de QoS usualmente se refira à fidelidade do sinal de voz recebido, ele também pode se aplicar a outros aspectos, tais como: disponibilidade da rede, probabilidade bloqueio, existência de serviços especiais (conferência, identificação do usuário chamador, etc), escalabilidade e penetração ATRASOS FIXOS: A transmissão da voz em pacotes contribui para novos problemas como bufferização da voz compensando atrasos variados fim-a-fim (compostos de jitter, atraso de propagação, atraso de codificação). A recomendação G.114 do ITU-T estabelece limites para o tempo de transmissão em um sentido, conforme ilustração na FIGURA 6 : Até 150 ms Aceitável para a maioria das aplicações; 20

21 Entre 150 ms e 400 ms Deve-se avaliar o impacto na qualidade da aplicação; Entre 400 ms e 500 ms Geralmente inaceitável; Acima de 500 ms Conversação impossível; Figura 6 - Atraso fixo - Fonte: Peixoto COMPONENTES DO ATRASO FIM-A-FIM Segundo Lopes, os atrasos podem ser divididos em 3 classes: a. Atraso de propagação do meio físico: É causado pela velocidade do sinal em cabos de cobres, de ondas em enlaces de antenas e satélites e da luz em fibras ópticas. Este atraso depende do meio e da distância percorrida pelo sinal. Por exemplo, para uma transmissão via rádio, o atraso de propagação é de 3,33 s/km. Este atraso só é considerável em redes onde a distância percorrida é muita elevada, como por exemplo em redes de comunicação via satélite geoestacionário, onde a distância da ordem de Km resulta em um atraso de 120 ms. b. Atraso de codificação/decodificação de sinal. 21

22 Os algoritmos que usualmente são utilizados no processo de codificação de voz trabalham com quadros de tamanho fixo contendo amostras de sinal de voz. O tamanho deste quadro, medido em segundos, define a janela de codificação que também é atraso mínimo de codificação. O tamanho desta janela resulta de um compromisso entre a redução do atraso algorítmico (janela menor) e uma taxa maior de compressão (janela maior). Em muitos casos o algoritmo analisa, além do quadro corrente, informações contidas no quadro seguinte. Esta técnica permite que o codificador utilize a correlação entre quadros adjacentes no processo de codificação com o intuito de diminuir a taxa de transmissão (aumentar a taxa de compressão). O lookahead delay é o comprimento do frame seguinte que o codificador utiliza neste processo. O atraso de processamento corresponde ao tempo requerido para executar o algoritmo de codificação para um dado quadro. O tamanho do quadro e o lookahead delay independem da forma de implementação do algoritmo, mas o tempo de processamento pode ser minimizado com a utilização de processadores (usualmente processadores digitais de sinais) mais rápidos. Os atrasos de decodificação são da ordem da metade dos atrasos de codificação. A TABELA 2 mostra os valores destes atrasos para três tipos de codificadores comuns para transmissão de voz sobre redes de pacotes. O comprimento do quadro corresponde ao número de bytes em um quadro codificado (excluindo o cabeçalho); o parâmetro DSP MIPS indica a mínima velocidade necessária ao processador DSP para implementar o algoritmo de codificação. Tabela 2: Fonte: Nortel Networks 22

23 c. Atraso de Serialização: Tempo gasto para a transmissão de pacotes que já estão enfileirados no buffer de transmissão FIFO (First in first out) da interface física. Estes buffers existem para manter o meio físico sempre ocupado em altas taxas. O atraso de serialização pode ser crítico em enlaces de baixa velocidade. Na TABELA 3 podemos verificar o tempo de atraso de serialização para alguns links. Tabela 3 Fonte: Teleco A TABELA 4 abaixo mostra um somatório aproximado dos atrasos fixos: Tabela 4 Fonte: Guimarães O somatório destes atrasos está entre 70 e 102 ms. Considerando-se o pior caso, uma chamada pode tolerar até 150 ms. Contudo na Internet, os 23

24 atrasos provocados pelos enfileiramentos que ocorrem em seus nós (roteadores), fazem com que o limite de 250 ms seja superado em alguns momentos, dependendo principalmente da quantidade de usuários que estão utilizando a rede ao mesmo tempo, isto é, o trafego e o congestionamento da rede. Na FIGURA 7 abaixo, pode-se verificar estes atrasos na rede: Figura 7 Atraso na Rede - Fonte: Guimarães ATRASOS VARIÁVEIS: Os atrasos de pacotes variáveis ocorrem em tempo real e em função da rede (trafego e congestionamento). Os atrasos variáveis são provocados pelo Queuing Delay, que consiste no enfileiramento de pacotes que serão enviados pela rede. Os atrasos variáveis são definidos apenas como o somatório dos atrasos de enfileiramento que ocorrem nos roteadores intermediários na rede. Mesmo assim, o enfileiramento pode acrescentar atrasos significantes pois em uma rede IP a voz está compartilha os recursos com diversas outras aplicações. Outro atraso variável é devido ao Dejitter Buffer ou variação do atraso. Este buffer tem a função de armazenar pacotes de voz que venham separados, para repassá-los ao PABX sem muitos "buracos". Desta maneira, uma tecnologia de controle de congestionamento, prioridade e alocação de recursos são importantes para o desenvolvimento da tecnologia de Voz sobre IP. A FIGURA 8 ilustra a combinação dos efeitos dos atrasos presentes na rede. Os atrasos fixos (fixed delays) são ocasionados por diversos fatores, 24

25 como compression (compressão - tempo gasto na codificação da voz em pacotes), inter-process (entre-processos - atraso que ocorre em função dos handoffs entre os roteadores da rede), transmission (transmissão - devido às limitações de velocidade dos enlaces), network (rede - uma função das capacidades da rede), buffer e descompression (descompressão). Os atrasos variáveis (variable delays) são decorrentes do tráfego e do congestionamento da rede. Estes são causados principalmente pelo queueing (enfileiramento) dos pacotes nos roteadores. Vale lembrar que atrasos da ordem de 150ms (para alguns, até 250 ms) são considerados intoleráveis para transmissão de voz, pois causam perda de interatividade. Valores mais altos do que isto, porém, podem ser atingidos, em algumas situações, na Internet. Figura 8 - Efeito dos Atrasos - Fonte: Delfino VARIAÇÃO DO ATRASO: O jitter é a variação no intervalo entre chegadas de pacotes introduzido pelo comportamento aleatório do atraso na rede. 25

26 Figura 9 Perda de Pacotes - Fonte: Arruda O método mais usual de contornar o efeito jitter é uma técnica conhecida como Bufferização, que baseia-se em adicionar um buffer na recepção que acrescenta um atraso determinado, de tal forma que o atraso total experimentado pelo pacote, seja igual ao máximo atraso possível na rede. Figura 10 Bufferização Fonte: Alves PERDA DE PACOTES: As redes IP não garantem a entrega dos pacotes, portanto a perda de pacotes é inevitável e pode influenciar significativamente a qualidade do serviço de voz sobre IP. Definida como a percentagem de pacotes transmitidos pelo host de origem que não chegam ao host de destino, a perda de pacotes é devida, principalmente, a (Lopes, 2003): 26

27 Imperfeições na transmissão: problemas físicos nos equipamentos de transmissão podem resultar em perda de pacotes. Atraso excessivo: se o parâmetro "Time-to-Live" (TTL) definido para o pacote for excedido, o pacote é descartado pela rede. Congestionamento: o aumento em excesso do tráfego na rede pode resultar no overflow dos buffers dos roteadores, resultando na perda de pacotes. Overflow do buffer de dejitter: se o jitter na rede for excessivo, poderá ocorrer um overflow no buffer utilizado para compensar o jitter, com conseqüente perda de pacotes. Este efeito provoca lacunas na conversação, e é facilmente percebido, entretanto, uma pequena percentagem de perda de pacotes, entre 3 e 5%, costumam ser recuperadas nos Codecs ERROS DE SEQUENCIAMENTO: Com o grande numero de pacotes nas redes, congestionamento nas redes são inevitáveis, e com isso os pacotes podem tomem diversas rotas para um mesmo destino. Os pacotes poderiam chegar de forma desordenada, gerando um diálogo ruim, conforme a FIGURA 10. Utilizando técnicas como a compressão, supressão de silêncio eredes de transporte com QoS habilitada conseguimos obter níveis de qualidade aceitáveis de voz, apesar das variações na performance de rede (tais como congestionamento ou falhas de conexão). O processamento prévio da voz, por software, também pode ser utilizado para a otimização da qualidade da voz. Uma técnica, chamada supressão do silêncio, detecta quando há uma brecha ou um vazio no diálogo e suprime a transferência de pacotes contendo pausas, som de respiração, fôlegos, sopros e outros períodos de silêncio. Estes períodos podem corresponder de 50 a 60% do tempo da conversação, resultando em uma considerável conservação de banda. Como a falta de pacotes é interpretada como um silêncio completo, outra função é necessária no receptor para adicionar um ruído confortável. 27

28 Figura 11 Erro de seuqenciamento - Fonte: Arruda ECO Segundo Lopes, nas redes de telefonia tradicionais o eco normalmente é causado por um descasamento de impedância nas híbridas utilizadas para conversão dos 4 fios do nó de comutação para os 2 fios do cabo telefônico que vai à casa do assinante (loop local). Este descasamento de impedância faz com que uma parte do sinal transmitido seja refletido de volta à origem, fazendo com que o usuário escute sua própria fala algum tempo depois da transmissão. Existem dois tipos de eco que influenciam na qualidade do sinal VoIP: Eco Eletrônico Conversão dos dois fios dos telefones dos assinantes para quatro fios que fazem a conexão das centrais de longa distância (híbrida). o Normalmente não se percebe este eco, confundindo-o com o som da própria voz. o Entretanto, não deve exceder 30ms, senão é necessária a utilização de dispositivos chamados canceladores de eco. Eco Acústico Parte do sinal acústico realimentado do alto falante de um dispositivo para o microfone do mesmo dispositivo. 28

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