VoIP. Semana da Informática

Transcrição

1 VoIP Informática Leandro Caetano Gonçalves Lustosa Tel. (0xx21) Laboratório de Voz Sobre IP Núcleo de Computação Eletrônica Universidade Federal do Rio de Janeiro

2 Roteiro Telefonia tradicional versus VoIP Regulamentação de VoIP Como a voz é transmitida Qualidade de voz e QoS Protocolos de sinalização para VoIP: H.323 e SIP Interoperação H.323/SIP O GT-VoIP e o Serviço fone@rnp Ferramentas de medição de qualidade

3 Telefonia Tradicional * 8 # assinante rede de telefonia tradicional (TDM) * 8 # assinante voz analógica sobre par trançado voz analógica sobre par trançado PBX PBX Conversão analógica-digital nas centrais (PCM G.711) Coleta amostras de voz (1 byte) a cada 125 µs (freqüência de 8 khz) 8 khz x 8 bits = 64 kbps Voz trafega em um circuito digital dedicado de 64 kbps Banda alocada completamente para a sessão de voz Comutação por circuito, sem filas ou atrasos intermediários Sinal digital é convertido novamente em analógico para ser enviado ao assinante Vantagens Disponibilidade 99,999% = MTBF/(MTBF+MTTR) Base de qualidade Qualidade da ligação Percentagem de chamadas completadas

4 Telefonia IP * 8 # Telefone IP * 8 # Telefone IP rede local voz pacotizada rede local voz pacotizada lnternet roteador roteador Telefone IP pode ser software rodando em um PC ou hardware dedicado Amostras de voz são acumuladas em pacotes IP e enviadas pela Internet 64 kbps: voz sem compressão (G.711) 8 kbps: voz com compressão (G.729) 5,3 kbps: voz com compressão (G.723) Desafios Atrasos, variação de atraso (jitter) e perdas de pacotes podem comprometer a qualidade da ligação

5 Vantagens de VoIP Para Usuário Flexibilidade DDD/DDI pode não ser disponível ou PBX pode não receber/originar chamadas Telefone pode não ser ubíquo Podemos ter rede onde não temos ramal telefônico Custos Tarifas de longa distância são proibitivas Impacto em cooperação nacional e internacional Impacta interação durante ausências e viagens

6 VoIP no Brasil Regulamentação SCM (Serviço Comunicação Multimídia) permite a exploração do uso de VoIP Licença SMC: R$ 9.000,00 fixo, para qq abrangência (área geográfica restrita, nacional e/ou internacional) Não permite terminar chamada na telefonia fixa (licença para a exploração de telefonia fixa requerida) Mais de 200 empresas já licenciadas e mais de 100 em processo de licenciamento Pendente Interoperação entre provedores VoIP Interoperação com PSTN (gateways, numeração) Avaliação do serviço e métricas para garantir qualidade ao usuário

7 Como a voz é transportada fim a fim? Saída do CODEC é enviada usando a pilha de protocolos RTP/UDP/IP Sequenciamento Sincronismo Identificação do tipo de mídia Feedback de qualidade

8 Problemática VoIP Qualidade da voz impactada por perda, atraso e variação de atraso (jitter) Perda (ideal < 1%, < 2% aceitável) Atraso Para conversa interativa, atraso máximo fim-a-fim deve ser inferior a 150 ms (ITU-T) Valores de 200 ms ainda toleráveis na prática Variação de atraso (jitter) Eco Se for alto, pacote atrasado é considerado perdido Aceitável até 20 ms Utilização de buffers de compensação de jitter

9 Como lidar com perda, atraso e jitter? Usar priorização para o tráfego de voz, nas camadas de enlace e rede Para enlaces de baixa velocidade, fragmentar pacotes grandes de dados Ter banda em excesso não é garantia de condições instantâneas de qualidade em regime de tráfego não controlado

10 Medindo a Qualidade Avaliações Subjetivas Mean Opinion Score (MOS) Valor de 1 (inaceitável) a 5 (excelente) representando a qualidade do áudio Avaliações Objetivas E-Model (ITU-T G.107 e ETSI ETR250) Combina diversos parâmetros de performance em um modelo computacional complexo Pode ser mapeado em MOS E-Model vs. MOS R Satisfação do Usuário MOS Muito Satisfeito Satisfeito Alguns usuários insatisfeitos Muitos usuários insatisfeitos Quase todos os usuários insatisfeitos Não Recomendado

11 Protocolos de Sinalização VoIP H.323 ITU-T Padronizado pela comunidade de telecomunicações Preocupação com interoperabilidade SIP (Session Initiation Protocol) IETF Padronizado pela Internet Preocupação com flexibilidade e facilidade de integração com Web

12 Elementos H.323 Gatekeeper: Gerencia o registro, status e admissão Gateway H.323/PSTN: tradução dos de usuários (RAS) formatos de transmissão e procedimentos de comunicação entre H.323 e Rede Telefônica (PSTN) Rede de Telefonia Convencional Rede Local Gatekeeper Terminal H.323: ponto final da comunicação multimídia Terminal H.323 Terminal H.323 Central Telefônica (PBX) Terminal H.323 Servidor de Conferência : suporte a conferências entre três ou mais pontos terminais MCU Gateway PSTN/H.323 Herança da rede telefônica Endereçamento de números telefônicos Encapsulamento das mensagens de sinalização ISDN Maior tempo de padronização Número grande de produtos Sinalização H.225/RAS H.225/Q.931 H.245 H.235

13 Session Initiation Protocol (SIP) Usa características da Internet, como: URLs (para endereçamento) Interação entre domínios administrativos através de DNS Requisições e respostas no formato texto Herança do protocolo HTTP MIME-types, podendo enviar qualquer conteúdo no corpo das mensagens SIP (como fotos, vídeo, páginas web) Arquitetura User Agent SIP (UA SIP) Servidores (Registrar, Proxy, Redirect)

14 Interoperação SIP/SDP e H.323 Stacks Básicos dos Clientes H.323 SIP Terminal Control/Devices Q.931 H.245 RAS RTCP TPKT TCP UDP IP and lower layers Codecs RTP Terminal Control/Devices Codecs SIP SDP RTCP RTP Transport Layer

15 Gateways H.323/SIP Comerciais Recentes (não testados) Radivision Implementações de código aberto em uso Asterisk Funciona também como gateway VoIP/PSTN e softpbx Limitações de interoperabilidade ainda sendo avaliadas

16 A RNP A Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP) Infra-estrutura de rede Internet voltada para a comunidade de ensino e pesquisa. Conexão às principais universidades e institutos de pesquisa do país Grupos de Trabalho Projetos colaborativos, entre a RNP e grupos de pesquisa nacionais Uso avançado e inovador de redes

17 GT-VoIP GT-VoIP De maio/2002 a maio/2004 operação H.323 (Serviço fone@rnp) GT-VoIP Avançado De maio/2004 a maio/2005 Evolução do GT-VoIP, objetivando principalmente a implantação escalável do serviço fone@rnp, com suporte a SIP e H.323 Aprimoramento dos ambientes de gerência e medição/monitoração de tráfego Teste de novas formas de localização de usuários com uso de DNS Uso de diretórios nos procedimentos de autenticação e autorização

18 Arquitetura H.323 do SQL Secundário Estação de Gerência Instituição A Instituição B PBX Gateway Gatekeeper RNP2 Gatekeeper Virtual Radius/SQL Virtual Radius/SQL PSTN Telefones virtuais recebem número E.164 e são autenticados no GK VOIP WG Internet 2 Directory Gatekeeper Software Público GnuGK, OpenH323, Openphone, FreeRadius, MySQL,Asrerisk, ActivePerl

19 Instituições Participantes Instituição PBX GK GW H.323 INPA Alcatel GnuGK Cisco 4FXO UFAM Philips GnuGK RNP-RJ/IMPA Philips GnuGK Cisco 4FXO RNP/Campinas RNP-DF/IBICT PoP-PE/UFPE UFC MEC Philips Philips Philips Ericsson Ericsson GnuGK GnuGK GnuGK GnuGK GnuGK Cisco 4FXO Cisco 4FXO Cisco 4FXO Cisco E1 Plano de Discagem Telefones virtuais: 0><área><número> Telefones fixos: <área><número> Exterior: <00><país><área><número> CNPq USP UFSC Siemens Siemens Siemens GnuGK GnuGK GnuGK Cisco E1 Cisco FXO/E1 Cisco 4FXO UFRJ NEC GnuGK Cisco E1 IME UNIFACS GnuGK GnuGK

20 DGK Internet2 I2 GATEKEEPER CONFIGURATION (gk01.internet2.edu) Updated 07 September 2004! gatekeeper zone local IUGK iu.edu zone local PSUGK psu.edu zone local UVIRGINIAGK virginia.edu zone local NWUGK nwu.edu zone local UWISCGK wisc.edu zone local UWASHINGTONGK washington.edu zone local IHETSGK ihets.org zone remote AARNet edu.au zone remote UIUCGK uiuc.edu zone remote RNPDGK ufrj.br zone remote UFLGK ufl.edu zone remote CESNETGK cesnet.cz zone remote UCGK uc.edu zone remote TAMUI2 tamu.edu zone remote UNAMGK unam.mx zone remote SURFNET surfnet.nl zone remote CSUGK colostate.edu zone remote ITESMGK qro.itesm.mx zone remote IHETSGK ihets.org zone remote ECUVOIP ecu.edu ! Indiana University! Penn State University! University of Virginia! Northwestern University! University of Wisconsin, Madison! University of Washington! Indiana Higher Education Telecommunication System! Australian Academic and Research Network! University of Illinois at Urbana-Champaign! Brazilian National Education and Research Network RNP! University of Florida! Czech National Research & Education Network! University of Cincinnati! Texas A&M University! Universidad Nacional Autónoma de México! SURFNET (Netherlands)! Colorado State University! Tecnologico De Monterrey! Indiana Higher Education Telecommunication System! East Carolina University

21 H.323/SIP SIP

22 Exemplo 1: H323 SIP SIP

23 Exemplo 1: Sip H323 SIP

24 Exemplo 3: Sip PSTN SIP

25 Gerência e Operação Estatísticas de uso do serviço Intensidade de tráfego, duração das chamadas, motivo de término, qualidade das chamadas, matriz de tráfego e outras

26 Arquitetura de Monitoração Ativa Geração, coleta e monitoração da qualidade de ligações VoIP, para medições repetitivas a vários pontos Levantamento de uma linha de base do backbone da RNP2 Dados estatísticos referentes ao nível de transporte RTT Jitter Pacotes perdidos

27 Ferramentas de Avaliação Objetiva de Qualidade de voz Desenvolvimento de Modelos Analíticos de Avaliação Objetiva Proposta de Extensão ao Modelo E MOBVEM - Modified OpenH323 Based Voice Evaluation Module Módulo genérico para avaliação objetiva da qualidade de voz baseado no OpenH323 e em extensões ao Modelo E Desenvolvida em Perl e C/C++ Integrada no BeaconH323 (OARnet- Internet2 Technology Evaluation Center ) Integrada a Arquitetura de Monitoração Ativa do NCE/UFRJ MOBVET Modified OpenPhone Based Voice Evaluation Tool Baseada no Openphone e MOBVEM, permite medir o MOS de uma chamada entre dois telefones virtuais

28 VoiceQuality Library (VQualitylib) Evolução do MOBVEM Desenvolvida toda em C/C++ padrão Permite avaliação de qualidade em tempo real Operação independente de SO Windows Linux FreeBSD Capacidade de gerar CDR (Call Detail Record) Completamente extensível SIP H.323 MGCP Já integrada ao OpenPhone (VQOpenphone) VQplot Geração de gráficos estatísticos 28

29 VQualitylib Detalhes de Implementação Independência de SO Win32PThread Library Implementação de biblioteca para tratamento de Sockets Interface com Radius RadiusClient Library Criação de VSAs (Vendor Specific Attributes) específicos para qualidade de voz 31 parâmetros referentes a qualidade, identificação de chamada e autenticação Solicitação de um IANA-Private Enterprise Number (21715) Integração com OpenH323 Library Correção da stack RTP para cálculo do RTT Implementação de marcação de tempo mais precisas (em desenvolvimento) Implementação de Applications Extensions para cálculo de OWD com auxílio de NTP (em desenvolvimento) 29

30 Coleta de CDRs GnuGK Gatekeeper Gateway de Voz Free RADIUS Server PBX Chamada estabelecida Telefone PostgreSQL Server 30

31 Coleta de CDRs GnuGK Gatekeeper Gateway de Voz Free RADIUS Server Chamada finalizada PBX Telefone PostgreSQL Server 31

32 Coleta de CDRs GnuGK Gatekeeper Gateway de Voz Free RADIUS Server Envio de CDR sem informação de qualidade PBX Somente o CDR do GW possui informação Telefone de qualidade. Caso a chamada seja de ramal virtual para ramal virtual a qualidade da chamada não é coletada. Envio de CDR com alguma informação de qualidade Armazenamento de CDR PostgreSQL Server 32

33 Coleta de CDRs GnuGK Gatekeeper Gateway de Voz Free RADIUS Server VQ CDR Server Módulo CDR tradutor VQCDR -> Radius CDR Solução PBX OpenPhone integrado a VQualitylib: capacidade de gerar CDR Telefone PostgreSQL Server 33

34 Coleta de CDRs GnuGK Gatekeeper VQ CDR Server Verificação de autenticidade e tradução Gateway de Voz Free RADIUS Server Envio de CDR formato VQCDR: informação de qualidade PBX Telefone Envio de CDR formato Radius Armazenamento de CDR Extração de estatísticas PostgreSQL Server 34

35 Obrigado!!! Leandro Caetano Gonçalves Lustosa Site Documentos do projeto Referências para H.323 e SIP Relatórios diversos Estatísticas Download de aplicativos Serviço fone@rnp