11. VOZ SOBRE IP 11.1 INTRODUÇÃO Voz com qualidade de operador (carrier-grade voice) significa o seguinte: - Elevada disponibilidade. Um operador tem a rede disponível 99.999% do tempo (down-time< 5min. por ano). Conhecido como fiabilidade de cinco noves. - Elevada capacidade. Possibilidade de transportar milhões de chamadas simultâneas. - Alta qualidade de voz, sem eco perceptível, sem atraso perceptível, sem ruído incomodativo na linha. - Implica que a rede tenha sistemas redundantes, autoregenerativos, escaláveis e geríveis. - As redes devem obedecer a normas para serem inter-operáveis. - Devem existir equipas técnicas 24h por dia para responder a problemas na rede. 25
Voz sobre IP () Significa transporte de sinais de voz usando IP. Não significa necessariamente Voz sobre a Internet. Um dos maiores desafios em é a qualidade da voz, o que implica necessidade de largura de banda adequada na rede. Pode não acontecer na Internet. Voz sobre Internet é um sub-conjunto de Voz sobre IP. implica redes geríveis, soluções de QoS e SLAs entre operadores. Porquê transportar Voz sobre IP? - Voz ainda gera receitas substanciais. - IP tem equipamento mais barato e com menos custos operacionais. - Possibilita integrar voz e dados em aplicações. - IP é o actual protocolo de integração de serviços e é largamente disponibilizado. 26
Desafios para A fiabilidade deve ser de cinco noves e a qualidade de voz deve ter um MOS (Mean Opinion Score) superior a 4,0 (Good). As soluções actuais de oferecem redundância na rede e partilha de carga na rede. São também escaláveis. Atraso -O Round Trip Delay deve ser inferior a 400 ms. Em dados não existe este problema. Variação de atraso Os interlocutores podem-se adaptar ao atraso, mas não a variação de atraso. A minimização da variação de atraso implica buffers na recepção, o que aumenta o atraso. Perda de pacotes Devem existir mecanismos para minimizar a perda de pacotes. Estes 3 problemas têm a ver com a gestão de QoS em redes IP. 27
11.2 TRANSPORTE DE VOZ EM IP A Voz corre sobre UDP. A perda de um ou dois pacotes de voz não é catastrófica para a conversação. Cada pacote de voz dura de 10 a 40ms. O estabelecimento de uma conexão TCP introduz um atraso que deve ser evitado, pois a voz é muito sensível ao atraso. Em caso de perda de pacotes, TCP pede retransmissão o que aumenta o atraso. Perda de pacotes na ordem de 5% é aceitável se os pacotes perdidos estiverem afastados entre si. Evita-se perdas consecutivas de pacotes com a atribuição de recursos (largura de banda, buffers) nos routers. A chegada de pacotes fora de ordem em UDP é possível mas não provável, a não ser que ocorra mudança de topologia na rede. Podese também fazer engenharia de tráfego para assegurar que todos os pacotes sigam um dado caminho. No entanto, embora melhor que TCP, UDP não é o ideal para transporte de voz, pois não foi desenhado para esse efeito. 28
Real-Time Transport Protocol (RTP) RTP está especificado na RFC 3550. Na realidade a RFC descreve dois protocolos: RTP e RTCP (RTP Control Protocol). Em conjunto providenciam o transporte de aplicações de voz e vídeo. RTP corre em cima de UDP e ajuda na detecção de pacotes perdidos e fora de ordem. RTP tem um número de sequência no cabeçalho. Pacotes RTP têm também um Time-Stamp (TS) no cabeçalho, que corresponde ao tempo em que a amostra digital foi feita na aplicação. A aplicação de destino pode usar o TS para sincronização e cálculo de atraso e variação de atraso. RTP, em si mesmo, não toma qualquer acção, mas dá informação à aplicação para que esta possa actuar. 29
RTCP gera mensagens que são trocadas entre os utilizadores da sessão e que indicam a qualidade dessa sessão (nº pacotes RTP perdidos, atrasos, variação de atraso). Quando se abre uma sessão RTP é também aberta uma sessão RTCP (têm nº de portos UDP diferentes). Porto RTP é par e porto RTCP é o nº seguinte. Podem tomar valores entre 1025 e 65535. Por omissão, usa os portos 5004 e 5005. O uso de RTCP não é obrigatório, mas é recomendável. Algumas implementações de abdicam de RTCP, mas não têm informação quanto à qualidade do serviço. 30
Formatos do Payload de RTP O payload de RTP contém um conjunto de amostras de voz (vídeo). Terá um cabeçalho RTP, mais um cabeçalho UDP e um cabeçalho IP para formar o datagrama que circulará na rede. Existe um identificador de payload no cabeçalho RTP, identificando o tipo de codificação. Os identificadores são especificados em RFC 3551. Um protocolo de sinalização (e.g. SIP e SDP) pode ser usado para os dois interlocutores acordarem o nº de identificador de payload a ser usado para um dado código que ambos corram. Este número fica livre após a sessão terminar (nºs 96 a 127 destinados para tipos dinâmicos de payload). 31
Cabeçalho RTP O cabeçalho RTP contém a informação necessária para que a aplicação destino possa reconstruir a amostra original de voz (vídeo). 0 15 16 31 V = 2 P X CC M PT SN (2) (1) (1) (4) (1) (7) (16) Time stamp SSRC identifier CSRC identifier (0 a 15 entradas) Profile specific information Length (Header extension) (Header extension) Header extension V Version P Padding X Extension CC CSRC count M Marker PT Payload type SN Sequence number SSRC Synchronization Source CSRC Contributing Source 32
Version 2 Padding Insere bytes de enchimento no final do payload. O payload ficará como um múltiplo de 32 bits. O último byte do payload inclui o nº de bytes de padding. Extension 1, indica que existe uma extensão do cabeçalho. CSRC Count Número de fontes que contribuem. Marker A sua interpretação depende da codificação usada para o sinal. Serve para identificar início de trecho de som ou imagem, por exemplo 33
Payload Type Depende do tipo de codificação usada para o sinal. Sequence Number Começa com um número aleatório. Incrementa de 1 por cada pacote RTP. Time Stamp Reflecte o instante da primeira amostra. Derivado de um relógio. SSRC Identifica a entidade responsável por estabelecer o Sequence Number e Time Stamp. CSRC Identifica a fonte contribuinte. Até 16 entradas. 34
Exemplos de Payload Type de Áudio PT nome da tipo média ritmo canais codificação (Hz) 0 PCMU A 8000 1 1 reservado A 2 reservado A 3 GSM A 8000 1 4 G723 A 8000 1 5 DVI4 A 8000 1 6 DVI4 A 16000 1 7 LPC A 8000 1 8 PCMA A 8000 1 9 G722 A 8000 1 10 L16 A 44100 2 11 L16 A 44100 1 12 QCELP A 8000 1 13 CN A 8000 1 14 MPA A 90000 15 G728 A 8000 1 16 DVI4 A 11025 1 17 DVI4 A 22050 1 18 G729 A 8000 1 19 reservado A 20 unassigned A 21 unassigned A 22 unassigned A 23 unassigned A dyn G726-40 A 8000 1 dyn G726-32 A 8000 1 dyn G726-24 A 8000 1 dyn G726-16 A 8000 1 dyn G729D A 8000 1 dyn G729E A 8000 1 dyn GSM-EFR A 8000 1 dyn L8 A var. var. dyn RED A (redundante) dyn VDVI A var. 1 35
Exemplos de Payload Type de Vídeo PT nome da tipo média ritmo codificação (Hz) 24 unassigned V 25 CelB V 90000 26 JPEG V 90000 27 unassigned V 28 nv V 90000 29 unassigned V 30 unassigned V 31 H261 V 90000 32 MPV V 90000 33 MP2T AV 90000 34 H263 V 90000 35-71 unassigned? 72-76 reservado N/A N/A 77-95 unassigned? 96-127 dinâmico? dyn H263-1998 V 90000 36
RTP Control Protocol (RTCP) RTCP permite a troca periódica de informação de controlo entre os interlocutores numa sessão, com o principal objectivo de dar informação sobre a qualidade de serviço. Esta informação pode ser também dada ao operador tendo em vista acções correctivas. RTCP tem cinco tipos de pacotes: Sender Report (SR): usados por participantes activos em sessões, contendo estatísticas de transmissão e de recepção. Receiver Report (RR): usados para enviar estatísticas de recepção dos participantes que recebem, mas não enviam informação. Source Description (SDES): contém descrição de um ou mais participantes na sessão. Identifica os participantes através de um Canonical Name (CNAME). CNAME é separado de SSRC porque este último pode mudar no caso de um reset no host. 37
BYE: Indica o final da participação numa sessão. APP (Application-Specific functions): transporta informação específica de uma aplicação. Na realidade, estes pacotes não são enviados individualmente. Dois ou mais pacotes RTCP podem ser combinados. Um pacote composto tem de incluir um pacote SDES e um SR ou RR. Pacote Composto Pacote Pacote Pacote SR Header SR Data SDES Header SDES Data BYE Header BYE Data 38