Avaliação de desempenho do PBX Asterisk. Luís António Pereira de Sousa. Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

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1 Avaliação de desempenho do PBX Asterisk Luís António Pereira de Sousa Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Redes de Comunicações Júri Presidente: Prof. Luís Eduardo Teixeira Rodrigues Orientador: Prof. Paulo Rogério Barreiros D'Almeida Pereira Vogal: Prof. Fernando Corte-Real Mira da Silva Setembro 2008

2 Resumo Actualmente, as centrais telefónicas ou PBX (Private Branch exchange) são uma ferramenta quase indispensável no mundo empresarial. As centrais telefónicas permitem aos colaboradores efectuar ligações entre telefones internos, ou ainda efectuar chamadas para a rede externa. Com o aumento de utilização da Internet, existe o interesse em perceber quais os serviços oferecidos, saber como configurar e avaliar o desempenho de um PBX com suporte para voz sobre IP (VoIP). O Asterisk é um PBX open source e gratuito, em software, para Linux, que suporta múltiplos protocolos (SIP, SCCP, H.323, IAX2, etc). O principal foco da dissertação incide sobre o software Asterisk, que é descrito em detalhe. São dadas instruções para a sua configuração e apresentados resultados de testes realizados com várias configurações, tendo em vista a avaliação do desempenho. São ainda descritos os aspectos fundamentais sobre o VoIP, e analisadas algumas ferramentas para análise de tráfego IP. Conclui-se que para um computador com um CPU a 2.6 GHz são obtidos valores capazes de satisfazer algumas empresas de dimensão baixa ou média, o PBX Asterisk pode suportar cerca de 125 chamadas G.711 ponto a ponto em simultâneo. Se houver transcodificação, o consumo de CPU aumenta e este valor baixa no pior caso 75%, para 25 chamadas simultâneas. Uma série de outros serviços são possíveis implementar no PBX Asterisk, dos quais foram testados as chamadas em conferência, e chamadas de resposta interactiva. Com recurso ao codec G.711 é possível efectuar uma chamada em conferência com 90 participantes, sendo o número total de chamadas simultâneas reduzido quando outras chamadas em conferência surgem, bem como no caso de se utilizar codecs mais complexos. O número máximo de chamadas suportadas pelo sistema está assim fortemente dependente dos codecs que são utilizados e consequentemente a capacidade de processamento do computador onde está instalado o PBX Asterisk. Palavras-chave: Voice over IP (VoIP), Asterisk, PBX, SIP.

3 Abstract Currently PBX (Private Branch exchange) are an almost indispensable tool in the enterprise world. The PBXs allow collaborators to make connections among the internal telephones of an enterprise and also connect them to the public switched telephone network (PSTN). With the increased use of Internet, there is a need to understand what are the services offered, how to configure and evaluate the performance of a PBX with support for voice over IP (VoIP). The Asterisk PBX is a cost free and open source software for Linux, which supports multiple protocols (SIP, SCCP, H.323, IAX2, etc). The main focus of this thesis is the Asterisk software, which is described in detail. Instructions about installation and configuration are given and results of tests with various configurations with the aim of evaluating the performance of the Asterisk PBX are presented. The key issues of VoIP are described, and some tools for analyzing IP traffic are examined. We conclude that to a computer with a 2.6 GHz CPU the values obtained are able to meet some low and medium enterprises, the Asterisk PBX may support 125 point to point G.711 calls simultaneously. In case of transcoding, the consumption of CPU increases and that value decrease 75 % to 25 calls in worst case. A great number of other services are possible to implement in Asterisk PBX, which were tested the conference calls and Interactive voice Response (IVR). Using the G.711 codec, it s possible a conference call with 90 users, with the total number of simultaneous calls reduced when other conference call arise, as well as in the case of using more complex codecs. The maximum number of calls supported by the system is so heavily dependent on the codecs that are used and hence the ability of processing of the computer where Asterisk PBX is installed. Keywords: Voice over IP (VoIP), Asterisk, PBX, SIP.

4 Índice Resumo.i Abstract.ii Siglas.iv 1 Introdução Voice Over Internet Protocol (VoIP) Protocolos SIP SDP RTP: Codecs Terminais Utilizador Gateway/Gatekeepers VoIP Servidor VoIP / IP PBX PBX Asterisk Características do PBX Asterisk Arquitectura detalhada Estrutura de organização e configuração de ficheiros Requisitos de sistema e considerações necessários para implementar o PBX Asterisk Software para análise e captura de tráfego Avaliação de desempenho PBX Asterisk Chamadas ponto a ponto Chamadas em conferência Interactive Voice Response (IVR) Análise global de resultados Conclusão e trabalhos futuros. 55 Referências... 57

5 Siglas AGI Asterisk Gateway Interface ATA Analog Telephone Adaptor HTTP Hyper Text Transfer Protocol IETF Internet Engineering Task Force ISDN Integrated Services Digital Network ITU International Telecommunication Union ITU-T ITU Telecommunication Standardization Sector IVR Interactive Voice Response MOS Mean Opinion Score NAT Network Address Translation PBX Private Branch exchange PSTN Public Switched Telephone Network QoS Quality of Service RTCP RTP Control Protocol RTP Real-time Transport Protocol SDP Session Description Protocol SIP Session Inititation Protocol SER SIP Express Router SMTP Simple Mail Tranfer Protocol UAC User Agent Client UAS User Agent Server UDP User Datagram Protocol URI Uniform Resource Identifier VoIP Voice over IP

6 1 Introdução O aumento da utilização da Internet fez com que surgissem várias tecnologias de voz sobre IP (VoIP). Em relação à telefonia tradicional (comutação de circuitos), o VoIP é actualmente mais escalável, permite a integração de novas funcionalidades e a possibilidade de redução de custos. Na perspectiva das redes de dados, o VoIP vem tornar a voz em apenas mais uma aplicação. Em relação a uma central telefónica tradicional, uma central telefónica VoIP permite para além das funcionalidades tradicionais, novas funcionalidades como por exemplo, conectar colaboradores a trabalhar a partir de casa com a central telefónica do escritório sobre conexões de banda larga, conectar facilmente escritórios em localizações geográficas distintas, oferecer voic integrado com o . Sendo estas funcionalidades realizadas com recurso à Internet ou através de uma rede IP privada. Nesta tese são analisadas, com algum detalhe, questões que devem ser levadas em consideração para se implementar um sistema PBX (Private Branch exchange) VoIP, mais concretamente o PBX Asterisk, bem como questões sobre a avaliação do seu desempenho. O Asterisk é um PBX, em software open source e gratuito, para Linux, que suporta múltiplos protocolos (SIP, IAX, H.323, etc). O Asterisk permite tanto a utilização de telefones em software como dispositivos telefónicos VoIP. São apresentadas várias configurações para o PBX Asterisk, utilizando vários cenários de utilização: chamadas ponto a ponto, chamadas em conferência e chamadas de resposta interactiva (interactive voice response, IVR). Entende-se por chamada ponto a ponto a situação em que um utilizador (emissor da chamada) telefona para outro utilizador (receptor da chamada) e estabelecem uma chamada telefónica, sendo estes os únicos intervenientes da chamada, para além do PBX Asterisk. Numa chamada em conferência, a chamada pode ter vários interlocutores, permitindo a qualquer altura a sua entrada ou saída, desde que a conferência esteja activa. No cenário de chamadas de resposta interactiva, IVR, o PBX Asterisk tem a capacidade de atender as chamadas e interagir com o interlocutor através de áudio pré-gravado, permitindo, por exemplo, instruir o interlocutor das acções a tomar. É analisado o desempenho do PBX Asterisk consoante o tipo de codificação de som utilizada, número de chamadas em simultâneo, nos vários cenários. São medidos parâmetros como: a carga na rede, utilização de recursos computacionais (cpu e memória) e tempo de resposta do PBX Asterisk. A dissertação está organizada da seguinte forma. O próximo capítulo apresenta uma introdução do VoIP e às tecnologias associadas. O capítulo 3 descreve em detalhe o que é o PBX Asterisk e os componentes que o constituem. O capítulo 4 apresenta os requisitos necessários para se implementar o PBX Asterisk, e apresenta algumas considerações úteis. O capítulo 5 apresenta uma descrição sobre o tipo de software necessário para análise e captura de tráfego IP, bem como a apresentação de alguns exemplos. O capítulo 6 apresenta a avaliação de desempenho do PBX Asterisk e os resultados obtidos para os vários cenários de teste. No capítulo 7 são apresentadas as conclusões sobre os resultados obtidos e que trabalhos futuros são relevantes para complementar esta dissertação.

7 2 Voice Over Internet Protocol (VoIP) Voz sobre IP, ou VoIP, pode ser definido com um conjunto de tecnologias e componentes que, em conjunto, disponibilizam ao utilizador a possibilidade de estabelecer chamadas de voz através de uma rede de comutação de pacotes IP. O uso do VoIP permite a utilizadores de redes de comutação de pacotes IP efectuar chamadas de voz para outros utilizadores VoIP e/ou para telefones tradicionais (PSTN - Public Switched Telephone Network). Através do VoIP é possível obter vários serviços adicionais para além de chamadas de voz, como voice mail, fax, IVR (Interactive Voice Response), chamadas em conferência, instant messaging, etc. Por forma a possibilitar a existência destes serviços, estão definidos vários protocolos, dos quais se destacam o SIP (Session Initiation Protocol), um dos protocolos de sinalização mais utilizados em VoIP, e o RTP (Real Time Transport Protocol), que ajuda a assegurar a transmissão de pacotes em aplicações tempo real. Os melhores resultados para o VoIP são garantidos utilizando redes de comutação de pacotes privadas (destinadas ao tráfego de voz), ou com recurso a fornecedores de serviços VoIP, sendo, neste caso, necessária ligação à Internet, preferencialmente de banda larga. Para analisar de forma conveniente o desempenho de um software com suporte VoIP, como o PBX Asterisk, é necessário entender quais as condições de rede que podem afectar negativamente o desempenho para VoIP. Estas são principalmente a latência, o jitter e a perda de pacotes. A latência é o tempo que um pacote demora a viajar de um ponto A para um ponto B da rede. O jitter é a variação da latência sobre uma série de pacotes. A perda de pacotes é o número de pacotes enviados de um dado ponto A da rede que nunca alcançam o ponto B. Devido ao áudio em VoIP ser enviado em tempo real por UDP, um pacote que é recebido fora de ordem tem de ser descartado se um pacote posterior já tiver sido processado pelo receptor. [1][7] Neste capítulo serão descritos os principais componentes VoIP, tais como o protocolo de sinalização de chamadas SIP, o protocolo de descrição de sessões, SDP, e o protocolo de transmissão de dados em tempo real, RTP. São descritos os vários tipos de terminais utilizador existentes, a importância dos codecs em VoIP, bem como outros componentes essenciais.

8 2.1. Protocolos SIP O protocolo de iniciação de sessão SIP (Session Initiation Protocol) é um protocolo de sinalização que opera na camada de aplicação e é desenvolvido pelo Internet Engineering Task Force (IETF)(RFC 3261)[2]. O SIP permite a criação e gestão de sessões de comunicação interactivas, como voz, vídeo e mensagens de texto sobre rede IP, tipicamente sobre UDP ou TCP, onde uma sessão é considerada como troca de dados entre uma associação de participantes. Possibilitando a entrada de participantes para uma sessão estabelecida, como conferências em multicast. O protocolo SIP é inspirado noutros protocolos de Internet com um modelo de transacção do tipo pedido/resposta semelhante ao HTTP e SMTP. Cada transacção consiste num pedido que invoca um método particular, ou uma função, no servidor e pelo menos uma resposta. O SIP é um componente que pode ser usado com outros protocolos para construir uma arquitectura multimédia. Tipicamente, estas arquitecturas incluem protocolos como o Real-time Transport Protocol (RTP) (RFC 1889) para transporte de dados tempo real e providenciar feedback acerca da qualidade de serviço (QoS) e o Session Description Protocol (SDP) que serão descritos mais à frente. Exemplo de cenário SIP O exemplo seguinte mostra as funções básicas do SIP, num cenário típico, em que existe um terminal que deseja comunicar com outro, sendo necessários parâmetros de negociação de uma sessão, estabelecimento da sessão e, por fim, o encerramento da sessão. A figura 1 mostra este exemplo típico com uma troca de mensagens SIP entre dois utilizadores, Alice e o Rui. (Cada mensagem está identificada com a letra "F" e um número para referenciar a partir do texto). Neste exemplo, Alice utiliza uma aplicação SIP no seu PC (referido como Softphone) para efectuar uma chamada para o Rui no seu telefone SIP, através da Internet. Existem ainda dois servidores proxy's SIP que actuam em nome da Alice e do Rui de forma a facilitar o estabelecimento da sessão.

9 Figura 1. Cenário exemplo, sessão SIP entre a Alice e o Rui. Descrição do cenário: A Alice telefona ao Rui (através de um softphone) utilizando a sua identidade SIP, um tipo de Uniform Resource Identifier (URI) chamado SIP URI. O SIP URI tem uma forma similar a um endereço de e- mail, tipicamente contendo o username e o hostname do utilizador. Neste caso será sip:rui@inesc.pt, onde inesc é o domínio do SIP service provider (fornecedor do serviço SIP) do Rui. A Alice tem o SIP URI sip:alice@ist.utl.pt. No exemplo da figura 1, a transacção começa quando o softphone da Alice envia um pedido INVITE endereçado para o SIP URI do Rui. INVITE é um exemplo de um método SIP que especifica a acção que o pedinte (Alice) pretende que o receptor (Rui) aceite. O pedido INVITE contém um número com os campos do cabeçalho. Os campos do cabeçalho fornecem informação adicional sobre as mensagens. Os campos presentes num INVITE incluem um identificador único da chamada, o endereço de destino, e informação sobre os tipos de sessão que a Alice gostaria de estabelecer com o Rui. O INVITE (mensagem F1 na figura 1) será semelhante ao apresentado na figura 2:

10 INVITE SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP pc33.ist.utl.pt;branch=z9hg4bk776asdhds Max-Forwards: 70 To: Rui From: Alice Call-ID: CSeq: INVITE Contact: Content-Type: application/sdp Content-Length: 142 (SDP da Alice não apresentado) Figura 2 Exemplo de uma mensagem INVITE. Arquitectura SIP Os elementos básicos do SIP são os user agents, proxies, registrars, e redirect servers. Estes elementos são normalmente entidades lógicas. Sendo vantajoso localizá-los no mesmo computador, permitindo assim uma maior velocidade de processamento, no entanto a sua localização pode depender duma implementação e configuração em particular. Descrição dos principais elementos SIP: - User Agents: User agents podem ser definidos como terminais IP que utilizam SIP para se encontrarem mutuamente e negociarem as características para se estabelecer uma sessão. User agents podem residir nos computadores dos utilizadores sobre a forma de uma aplicação ou em telemóveis, PSTN gateways, PDAs, sistemas de atendimento automático, como IVR, entre outros. Cada User Agent é constituído por duas entidades lógicas, o User Agent Server (UAS) e o User Agent Client (UAC). UAC é a parte do user agent que envia pedidos e recebe respostas. UAS é a parte do user agent que recebe pedidos e envia respostas. Por exemplo, quando uma entidade está a iniciar uma chamada, o user agent comporta-se como UAC quando envia o pedido INVITE e recebe respostas ao pedido. Para quem recebe uma chamada, o user agent comporta-se como UAS aquando da recepção de um pedido INVITE e envia respostas. - Proxy servers: Na infra-estrutura de rede de um host pode ser criado um proxy server. Os proxy servers actuam como um programa intermediário, permitindo que os pedidos sejam servidos internamente ou passem para o exterior após tradução para outros servidores. Uma das funcionalidades é mapear endereços de para uma extensão do PBX para cada chamada. Um proxy server fornece ainda mecanismos de autenticação, de contabilidade, entre outras funções relevantes.

11 - Registrar: O Registrar é uma entidade SIP que recebe registos de utilizadores, extrai informação acerca da sua localização actual (endereço IP, porto, nome de utilizador, entre outros) e guarda a informação numa base de dados de localização. O propósito da base de dados de localização é fazer o mapeamento de sip:rui@inesc.pt para algo como sip:rui@ :5060 por exemplo. A base de dados de localização será então usada pelo proxy server de inesc.pt. Quando o proxy recebe um pedido INVITE para sip:rui@inesc.pt a tradução do endereço será procurada na base de dados, após encontrar o endereço real sip:rui@ :5060, o INVITE será enviado para lá. Cada registo tem um tempo de vida limitado. O campo do cabeçalho Expire ou o parâmetro expires do campo Contact do cabeçalho determinará por quanto tempo o registo será válido. Assim, o user agent deve renovar o registo periodicamente, por forma a que não fique indisponível. - Redirect Servers: O Redirect Server, ou servidor de redireccionamento, é uma entidade SIP que recebe um pedido e envia de volta a resposta contendo uma lista com a localização/endereços do destinatário. A sua função é fornecer resolução de nomes e localização do utilizador, recorrendo à base de dados de localização criada pelo registrar. Desta forma, o cliente poderá contactar o endereço de um utilizador directamente. O redirect server permite reduzir o processamento no proxy server que é responsável pelo encaminhamento dos pedidos e tornar mais robusto o encaminhamento da sinalização. Figura 3. Exemplo de fluxo de pedido e resposta SIP numa chamada. Na figura 3 são ilustrados os fluxos de mensagens SIP, existem vários tipos mensagem de pedido e mensagem de resposta, são descritos os principais, essências para efectuar chamadas VoIP quando se utiliza como protocolo de sinalização o SIP: Pedidos SIP: INVITE (convidar) - mensagem utilizada quando se pretende estabelecer uma sessão. ACK (confirmar) - mensagem utilizada para confirmar a resposta final do pedido INVITE. Indica que o utilizador está disponível para comunicar. BYE (despedir) - mensagem utilizada para desligar de forma ordeira uma sessão. O interveniente que pretende desligar a sessão envia uma mensagem BYE à outra parte.

12 CANCEL (cancelar) - mensagem utilizada para cancelar uma sessão que ainda não está confirmada. Tipicamente utilizado quando um pedido a resposta a um INVITE demora demasiado. REGISTER (registo) - o propósito desta mensagem é informar o registrar acerca da localização do utilizador. Os dados indicados são o nome, endereço IP e porto. Respostas SIP: Quando um user agent recebe um pedido é devolvida sempre uma resposta, à excepção do pedido ACK. O tipo de resposta é identificado por um número inteiro entre 100 e 699 e existem 6 classes de respostas: 1xx - respostas do tipo informativa, informa que o pedido associado foi recebido mas o resultado final ainda não é conhecido. Tipicamente os proxy servers enviam a mensagem 100 quando se inicia o processo de INVITE e o user agent enviam a mensagem 180 Ringing que significa que o telefone do receptor da chamada está a chamar (a tocar). 2xx - respostas finais positivas, ou de confirmação. Este tipo de resposta indica que esta será a última resposta acerca do pedido feito pelo originador, e que o pedido foi processado com sucesso e aceite. Por exemplo a mensagem 200 OK é enviada quando um utilizador aceita o convite para uma sessão (pedido INVITE). 3xx - respostas em que o objectivo é redireccionar o originador da chamada. Uma resposta deste tipo informa acerca da nova localização do utilizador ou sobre um serviço alternativo que poderá satisfazer a chamada. Geralmente enviadas por proxy servers. O originador da chamada deve reenviar um novo pedido para a nova localização. 4xx - respostas negativas, que indicam que um pedido não foi satisfeito. Informa que o problema está do lado do originador do pedido, ou este pedido não pode ser processado porque contém sintaxe incorrecta ou não pode ser satisfeita no servidor. 5xx - resposta que indica que o problema está no servidor. O pedido é aparentemente válido, mas o servidor falhou ao tentar satisfazê-lo. 6xx - respostas deste tipo indicam que um pedido não pode ser satisfeito em nenhum servidor. Por exemplo, um user agent pode enviar uma resposta 603 Decline quando este não quer participar numa sessão SDP O SDP (Session Description Protocol) é um protocolo que fornece uma representação standard para a descrição dos parâmetros de inicialização para uma sessão, como por exemplo, chamadas VoIP, streaming vídeo, teleconferências multimédia. Este protocolo foi publicado pela IETF como RFC

13 4566[3] e é apropriado para incorporar diferentes protocolos, como o SIP (Session Initiation Protocol), RTSP (Real Time Streaming Protocol), HTTP (Hypertext Transport Protocol), entre outros. A negociação dos parâmetros para uma sessão, em termos de conteúdo ou codificação, está fora do âmbito da descrição de sessão feita pelo SDP. Este protocolo é utilizado em SIP para se proceder à descrição de sessão, que permite aos participantes acordarem a compatibilidade dos tipos de dados a utilizar. Uma descrição de sessão SDP deve conter a seguinte informação: - O tipo de dados (vídeo, áudio, etc.) - O protocolo de transporte (RTP/UDP/IP, H.320, etc.) - O formato do tipo de dados utilizado (vídeo H.261, vídeo MPEG, etc.) Adicionalmente ao formato dos dados e ao protocolo de transporte, o SDP requer o endereço e porto utilizados. Uma descrição de sessão SDP consiste num conjunto de linhas de texto na seguinte forma: <tipo>=<valor> Exemplo de descrição SDP: c=in IP m=audio RTP/AVP 0 O exemplo mostra a informação, transmitida no payload de uma mensagem INVITE de SIP, para uma conexão de voz, que se pretende estabelecer. É indicado o endereço IP de origem, onde o emissor pretende receber a transmissão de voz e o tipo de dados (áudio), número do porto, protocolo e lista de formatos de dados suportados, segundo a sintaxe: c=<network type> <address type> <connection address> m=<media> <port>/<number of ports> <transport> <fmt list> Existem vários parâmetros para descrever uma sessão no caso de uma chamada VoIP (parâmetros opcionais marcados com * ): m= nome do media e endereço para transporte. i=* designação do media. c=* informação sobre a conexão. b=* informação sobre largura de banda. k=* chave de cifra a=* atributos do media RTP O RTP (Real-time Transport Protocol), é um protocolo de rede da camada de aplicação utilizado para transferência de dados de tempo real, tais como áudio e vídeo. O RTP é geralmente o protocolo utilizado para transmitir o fluxo de voz para VoIP, oferecendo mecanismos de associação de

14 numeração de sequência, identificação do formato de codificação e informação temporal. O RTP deixa o processamento desta informação a cargo da aplicação, não oferecendo por si mecanismos de garantia de entrega, sequência ou QoS. Este protocolo foi publicado pela IETF com o RFC 3550[4] e pode ser usado sobre qualquer protocolo de transporte, sendo normalmente utilizado sobre UDP, multicast ou unicast. Associado ao protocolo RTP está associado o protocolo RTCP (RTP Control Protocol), utilizado para monitorizar a qualidade de serviço e para transmitir informações sobre os participantes numa sessão em curso. A quantidade de largura de banda utilizada pelo RTCP deve ser pequena, de forma a não comprometer o transporte dos dados de tempo real. Especificações do IETF recomendam que a fracção de largura de banda usada pelo RTCP deve ser 5% da banda utilizada pelo RTP. A mensagem RTP possui um cabeçalho com um mínimo de 12 bytes contendo informação referente aos dados contidos no pacote, sendo ainda necessário passar informação de controlo através dos cabeçalhos dos protocolos utilizados para transportar o pacote RTP. No caso de se utilizar UDP, o pacote UDP (incluindo o pacote RTP) é encapsulado num pacote IP, possuindo por sua vez um cabeçalho do MAC (media access control) utilizado, conforme o exemplo da figura 3. Figura 3. Ilustração de uma mensagem RTP. 2.2 Codecs No âmbito VoIP, codec (abreviatura de coder/decoder), pode ser definido como um algoritmo usado para codificar e descodificar fluxos de voz. A voz e o som como nós o ouvimos é analógico e tem de ser convertido (ou codificado) para o formato digital, de forma a poder ser transmitido numa rede de comutação de pacotes IP. Da mesma forma, no extremo oposto (receptor) é necessário descodificar a voz para que o utilizador possa ouvir o que foi transmitido. Existem diversas formas de codificar e descodificar os fluxos de voz, muitas das quais utilizam compressão de forma a reduzir a largura de banda necessária para uma conversação VoIP. Para possibilitar uma compressão elevada, torna-se necessário agrupar blocos de amostras e processar estes blocos. Estas duas operações introduzem atrasos na conversação. Um bom codec deve codificar e descodificar o fluxo de voz no menor tempo possível, mantendo a qualidade nos fluxos de voz. O objectivo dos vários algoritmos de codificação é alcançar o melhor compromisso qualidade/eficiência. Dado que largura de banda é sempre finita, o número de chamadas de voz simultâneas que uma conexão permite está directamente relacionada com o tipo de codec utilizado. Alguns codecs suportam a detecção/supressão de silêncio, permitindo uma diminuição na utilização da rede quando não há som para transmitir. Pode ser utilizada geração de ruído de conforto(comfort Noise Generation), o comfort noise é utilizado para que os utilizadores não pensem que a chamada caiu. Geralmente corresponde a uma transmissão a um ritmo muito mais baixo.

15 Existem vários codecs disponíveis, destacando-se: G.711, G.726, G.723.1, G.729A, GSM, ilbc, Speex, MP3.[5] A tabela 1 mostra os parâmetros principais dos codecs utilizados em chamadas VoIP. A frequência de amostragem corresponde ao dobro da frequência mais elevada do som que pode ser reproduzida, de acordo com o teorema da amostragem. O atraso algorítmico corresponde ao atraso que obteríamos no som ligando directamente um codificador a um descodificador, se o processamento das amostras fosse instantâneo. O Mean Opinion Score corresponde à opinião média sobre a qualidade do som produzido pelo codec, sendo 5 o valor máximo e 1 o mínimo. A capacidade de processamento necessária para o codec funcionar é dada como o número de milhões de instruções por segundo. Freq. Ritmo Atraso Mean amostragem binário algorítmico Opinion Processamento Codec Algoritmo (KHz) (kbit/s) (ms) Score (MIPS) G.711 PCM G.722 ADPCM 16 48/56/ G Siren /32 40 G ACELP / G.726 ADPCM 8 16/24/32/ a kbit/s G.728 LD_CELP G.729A ACELP GSM- FR GSM- EFR GSM- AMR RPE-LTP ACELP ACELP e outras (a 12.2 kbit/s) ilbc LPC / Speex CELP 8/16/ Tabela 1. Síntese dos principais codecs utilizados em VoIP.[6] 2.3 Terminais Utilizador Os sistemas terminais VoIP, constituem a interface pessoa máquina, permitindo ao utilizador efectuar chamadas VoIP e utilizar todos os serviços disponíveis. [1][5][7][8] Existem diversos tipos de terminais utilizador:

16 - ATA (analog telephone adaptor) - É um adaptador para telefones analógicos, que permite converter sinais analógicos para digitais. Permitindo assim ligar um telefone standard (analógico) a um computador ou à ligação de rede IP para utilizar VoIP. Figura 4. Adaptador para telefones analógicos da marca Cisco. - Telefones IP Têm um aspecto semelhante aos telefones tradicionais (analógicos), mas ao invés de terem um conector RJ-11, os telefones IP têm um conector RJ-45 Ethernet, ou USB. Podem ser ligados directamente a um router e possuem todo o software e hardware necessário para efectuar uma chamada de voz sobre a rede IP. Figura 5. Telefone IP da marca Cisco. - Softphones São aplicações software, que quando instaladas num computador permitem utilizar os serviços VoIP. Para além do software é necessário hardware adicional como: placa de som, dispositivos de saída áudio (altifalantes) e microfone, geralmente utiliza-se um headset ligado à placa de som. Neste caso os componentes de áudio in/out são utilizados para controlar a voz, ou seja, são a interface física do telefone. Figura 6. Softphone xten a correr em Windows XP.

17 2.4 Gateway/Gatekeepers VoIP Os gateways VoIP permitem que sejam efectuadas chamadas entre terminais que normalmente não poderiam inter-operar (SIP/ISDN, IPv4/IPv6, diferentes sistemas de codificação de voz). Os gateways mais utilizados são os que ligam telefones IP aos telefones tradicionais (comutação de circuitos). Gatekeepers são responsáveis pela admissão de chamadas e controlo de largura de banda. [1][7] 2.5 Servidor VoIP / IP PBX Um Servidor VoIP/IP PBX é um sistema onde são processadas as chamadas de voz, bem como os serviços adicionais, como por exemplo: chamadas em conferência, integração do sistema de mensagens voic / , presença, redireccionamento/forking, IVR, instant messaging, etc. Estes serviços podem estar em máquinas diferentes. Um PBX (Private Branch Exchange ou ainda PABX para Private Automatic Branch Exchange) pode ser definido como um sistema de troca automática de ramais privados, e centro de distribuição telefónica privada, isto numa rede tradicional (circuitos comutados). De modo análogo, um IP PBX fornece todas as funções que um PBX tradicional oferece, mas neste caso também suporta VoIP. Um IP PBX é baseado em software, que pode correr em diversas plataformas, como Linux e Windows. [1][7]

18 3 PBX Asterisk O Asterisk é um software open source gratuito para Linux, desenvolvido por Mark Spencer. Este software apresenta todas as funcionalidades de um PBX (Private Branch exchange) tradicional, bem como funcionalidades adicionais como o IVR (Interactive Voice Response). O Asterisk é essencialmente um PBX VoIP que suporta múltiplos protocolos utilizados em VoIP (SIP, SCCP, H.323, IAX2, etc). Permite tanto a utilização de telefones em software como dispositivos telefónicos VoIP. Sendo também possível inter-operar com os sistemas de telefonia tradicionais, sendo neste caso necessário hardware adicional. [5][8][9][12][13] 3.1 Características do PBX Asterisk - Distribuição de chamada recebida: O Asterisk permite receber uma chamada telefónica, olhar para os atributos da mesma e tomar decisões de encaminhamento com base no seu conteúdo. Exemplos de como encaminhar uma chamada podem ser: enviar para uma extensão única, um grupo de extensões, gravar a chamada, entre outros. - Informação detalhada de chamada: O Asterisk mantém o registo completo de detalhe de chamadas. Esta informação pode ser guardada num flat file, ou em base de dados permitindo uma apresentação mais formatada e com maior facilidade de análise. A partir desta informação podemos monitorizar a utilização do Asterisk, podendo detectar padrões ou anomalias. - Sistema IVR: O Asterisk permite configurar um sistema IVR (Interactive Voice Response), este permite que seja programado de forma flexível o atendimento de chamadas, de forma a dar algum tipo de resposta às mesmas sem interacção humana. Sendo o emissor da chamada a escolher uma das opções que lhe são expostas. O Asterisk permite que este sistema reproduza ficheiros áudio, faça leitura de texto, e até devolver informação a partir de uma base de dados. Através do toque em teclas do telefone é possível interagir com sistema, por exemplo um sistema de votação via telefone, ou aceder a uma conta no banco, inserindo o número de conta e palavra secreta através do teclado, seguindo ordens do sistema telefónico. - Sistema de correio de voz: O Asterisk inclui um sistema de voice mail completo. São suportados contextos, permitindo que múltiplas entidades possam estar hospedadas no mesmo servidor. Suporta diferentes fusos horários permitindo aos utilizadores perceber quando as chamadas chegaram ao voice mail. Existe também a capacidade de notificar o destinatário sobre uma nova mensagem de voz por , com a possibilidade de anexar a mensagem áudio gravada.

19 - SIP Proxy limitado: Através do Asterisk podem ser efectuadas e recebidas chamadas SIP. Em SIP, os dispositivos registam-se num servidor SIP. E este servidor permite aos dispositivos localizarem-se mutuamente para estabelecer comunicações. Quando um número elevado de dispositivos SIP é utilizado, um proxy SIP é implementada para manipular os registos e conexões de forma eficiente. Contudo, o Asterisk, não actua como SIP Proxy. Os dispositivos SIP podem registar-se com o Asterisk, mas com o aumento do número de dispositivos SIP, o Asterisk não escala de forma conveniente. Por exemplo, para um sistema com cerca de 100 dispositivos SIP, o Asterisk não será apropriado.[8] O Asterisk pode ser configurado para utilizar um proxy para registos. Um dos proxys SIP mais utilizadas é o SER (SIP Express Router).[21] O SER é um proxy SIP open source que permite ao Asterisk escalar em instalações de larga escala. 3.2 Arquitectura detalhada O núcleo do Asterisk manipula os seguintes componentes internamente: - PBX Switching: A essência do Asterisk é o Private Branch Exchange Switching system, permitindo interconexão de chamadas para os vários utilizadores e automação de tarefas. O Switching Core conecta de forma transparente as chamadas efectuadas em várias interfaces hardware e software. - Application Launcher: O Application Launcher é responsável por lançar aplicações que executam serviços, como o voice mail e playback de ficheiros. - Codec Translator: O componente Codec Translator utiliza o módulo codec para codificar e descodificar vários formatos de compressão existente na indústria telefónica. - Scheduler and I/O Manager: Este componente é um calendarizador de input, output e é responsável por manipular as tarefas de baixo nível agendadas e pela gestão do sistema de forma a optimizar o desempenho para todas as condições de carga. No Asterisk estão definidas quatro APIs para os módulos carregáveis, facilitando a abstracção ao nível de protocolos e hardware. Com os módulos carregáveis, o núcleo Asterisk não tem de se preocupar com os detalhes sobre como o emissor de uma chamada se está a conectar, que codec está a utilizar, etc. - Channel API: O Channel API manipula o tipo de conexões que o emissor de uma chamada efectua, seja esta uma conexão VoIP, ISDN, PRI, ou através de outra tecnologia. Módulos dinâmicos são carregados para manipular os detalhes da camada inferior destas conexões. Cada chamada em Asterisk é feita sobre uma interface num canal distinto.

20 - Application API: A API de aplicação permite que várias aplicações como voice mail, chamada em conferência, transmissão de dados, chamada em espera, entre outras, sejam carregadas a partir de módulos específicos consoante a aplicação. - Codec Translator API: A API de tradução de codec s, é responsável por carregar os módulos de codecs, tornando possível traduzir o sinal de voz a processar para outro formato desejado. Existem vários formatos de codificação áudio como o GSM, G.711, G.722, mp3, etc. - File Format API: A API de formato de ficheiros permite a manipulação de ficheiros de vários formatos para leitura e escrita, e para armazenamento de dados fisicamente no sistema. Por exemplo, ficheiros áudio podem ser utilizados como toques de chamada, para música em espera ou para utilizar no voice mail. O Asterisk permite ler e reproduzir sons em diferentes formatos entre os quais, WAV, AU, e MP Estrutura de organização e configuração de ficheiros A flexibilidade do Asterisk é controlada através de ficheiros de configuração em formato ASCII, localizados na directoria /etc/asterisk. Estes ficheiros apresentam uma sintaxe fácil de entender. Tendo um formato muito similar ao formato win.ini utilizado no antigo Microsoft Windows 3.1. Os ficheiros de configuração estão divididos em secções, em que o nome da secção se encontra entre parêntesis rectos. Um simples exemplo da sintaxe dos ficheiros de configuração é apresentado na figura 7. ; Um ficheiro de configuração deve ; começar pelo nome da secção ; excepto se for um comentário [seccao1] identificador = valor [seccao2] identificador = valor objecto => valor ; atribuir valor a uma variável ; declaração de objectos Figura 7. Ficheiro de configuração exemplo. Embora todos os ficheiros de configuração Asterisk partilhem a mesma sintaxe, existem pelo menos três grupos gramaticais distintos tipicamente usados: Grupos simples: O formato de ficheiros de configuração nos grupos simples é o formato mais simples que podemos encontrar de entre os grupos gramaticais, no qual os objectos são declarados com todas as opções