A transmissão de voz em tempo real via IP, conhecida como “Voice over IP” (VoIP), vem atraindo muita atenção da parte de todas as empresas interessadas em investir em novas tecnologias para Internet. A "Given International Corporation" prevê que o mercado de telefonia na rede irá crescer vertiginosamente nos próximos anos. Enquanto que a empresa inglesa "Tarifica" estima uma perda da ordem de bilhões de dólares em ligações internacionais pela AT&T em favor da telefonia na rede.

A razão para tamanha atração e conseqüentes previsões otimistas em torno do fenômeno VoIP vem da constante procura de melhorias e redução do custo das comunicações por voz feitas para longas distâncias. Quanto mais a telefonia via IP abre a estrada para o novo e melhora os sistemas de transmissões, como por exemplo, as vídeo-conferências, ela possibilita uma revolução na interação e operabilidade em todos os níveis.

O crescimento e a forte implantação das redes IP, tanto locais como externas, o desenvolvimento de técnicas avançadas de digitalização de voz, mecanismos controle e priorização do tráfego, protocolos de transmissão em tempo real, assim como o estudo de padrões novos que permitem a qualidade no serviço nas redes IP, criaram uma atmosfera onde é possível transmitir a telefonia via IP.

Se a todo esse precedente, é adicionado o fenômeno da Internet, que tem um grande potencial econômico, a conclusão fica clara: O VoIP (Voz sobre IP) é um tema quente e estratégico para todas as companhias.

A telefonia sobre IP abre um espaço muito importante dentro do universo que é Internet. É a possibilidade de nos comunicarmos a custos mais baixos dentro e fora das companhias, é a porta de entrada de serviços novos até hoje, apenas imaginados e é a forma de combinar uma página de Internet com, por exemplo, a atenção ao vivo e direta de um call-center, entre muitos outros benefícios. Lentamente, a telefonia sobre IP está fazendo um exame do terreno... e todos querem tê-lo.

Capítulo II – Um pouco de história

2.1 - O Passado

A mais de trinta anos atrás a Internet não existia. Comunicações interativas eram feitas apenas através da linha telefônica, que é uma rede de comutação de circuitos. Com isto, pode-se dizer que uma chamada de telefone reserva um "circuito físico" entra a origem e o destino da chamada, durante a duração da chamada telefônica. Com isso, a transmissão de dados era cara (para longas distâncias) e não era pensado em interações de vídeo.

2.2 – O Ontem

A alguns anos se percebeu o aparecimento de algumas coisas interessantes: PCs para as grandes massas, novas tecnologias para comunicação (como telefones celulares) e a grande rede: Internet; as pessoas começaram a se comunicar por meio de novos serviços, como e-mail, chats, etc. e os negócios oferecidos via Internet têm possibilitado às pessoas a comprarem com apenas um click.

2.3 - O Hoje

Hoje podemos ver uma verdadeira revolução no mundo das comunicações: todos usam PCs e Internet par fins de trabalho ou em seu tempo livre para se comunicar , trocar dados (imagens, sons, documentos) e, às vezes, para falar uns com os outros usando aplicativos como o “Netmeeting” ou “Internet phone”. Com isso, começa a se difundir a idéia de, no futuro, podermos nos comunicar em tempo real usando esta mesma rede. Este seria o VoIP.

2.4 - O Amanhã

Nós não podemos saber o futuro, mas podemos imaginá-lo com vários computadores, Internet em quase todos os lugares em alta velocidade e pessoas falando (áudio e vídeo) em tempo real. Nós precisamos saber apenas quais serão os meios que possibilitarão esta realidade. Uma das promessas para que isso se concretize é o VoIP.

Capítulo III – Como funciona o VoIP

Há muitos anos que se sabe que mandar um sinal para remotas distâncias pode ser feito também por meio digital. Antes de mandar, é preciso que se digitalize através de um conversor analógico digital, aí então enviá-lo, e então, no destino seja feita a conversão de digital para analógico com a ajuda de outro conversor para que seja possível seu uso. O VoIP trabalha desta maneira, digitalizando a voz em pacotes de dados, mandando-os e então convertendo-os novamente em voz no destino.

O conceito original é relativamente simples: trata-se de transformar a voz em pacotes de informação manejáveis por uma rede IP.

Graças a outros protocolos de comunicação, é possível reservar determinada largura de faixa dentro da rede para que a qualidade da comunicação seja garantida.

O formato digital pode ser mais bem controlado: pode ser comprimido, roteado, convertido a um formato melhor e etc.; também é possível notar que o sinal digital é mais tolerante a ruídos que o analógico.

A principal vantagem do uso do VoIP é o não pagamento das taxas de ligações para longas distâncias, já que o usuário estará conectado a sua rede local PSTN, e esta a uma rede IP, portanto, a ligação estará sendo taxada como local, fazendo com que a economia seja grande.

O grande problema enfrentado pelos usuários e fabricantes de equipamentos para gerenciar a voz por redes IP é por ser, este tipo de comunicação, extremamente sensível a atraso, pois, se houver um atraso significativo na transmissão, devido a filas nos roteadores, por exemplo, a interatividade, essencial nesta operação, acaba, e com ela toda a vantagem de custo em relação a ligações feitas por comutação de circuitos acaba não sendo mais tão atraentes assim.

Capítulo IV – Aplicações do VoIP

Neste capítulo serão abordadas algumas das presentes aplicações do VoIP, como por exemplo as comunicações de telefone para telefone, de pc para telefone e de telefone para pc, além de mostrar uma análise comparativa entre os gateways de VoIP.

Os gateways de VoIP são para as comunicações de telefone para telefone, telefone para PC ou PC para telefone. Eles fazem a transição entre a Internet e a PSTN. Estes gateways, por possuírem placas de processamento de voz, eles permitem a comunicação via telefones comuns.

Tais gateways para telefonia IP aumentaram a economia e beneficiaram as características de VoIP a qualquer um que tem um telefone conectado à rede normal de telefonia à comutação de circuito (PSTN). O conceito é simples: os gateways manipulam as transmissões vocais (mas também do fax) da rede PSTN e as converte para a rede à comutação de pacotes (e vice-versa).

Na figura, o início de uma sessão é descrito como funciona em comunicações telefone para telefone. Nós supomos que o cliente A quer se comunicar com o cliente remoto B que, como é muito distante pertence a um outro PSTN geralmente. "A" conecta-se ao gateway de VoIP interno e este a sua própria rede local PSTN. Para que sejam operados, de fato, os gateways são vistos pela PSTN como um número de telefone simples.

O gateway exige a ligação com o número do telefone que o cliente A quer se comunicar (o mesmo que aconteceria se a ligação fosse feita de um telefone normal). Ao ser recebido tal número, o gateway consultará várias tabelas a fim de localizar um outro gateway local de VoIP ao cliente de B. Isto de acordo com o gateway, tentará pelo telefone estabelecer o início de uma sessão que chama B ao interior de sua PSTN. Assim que o início de uma sessão for estabelecido, a voz viaja no meio A para o B, saindo de uma PSTN, entrando na Internet e sucedendo de algum jeito a fim chegar à outra PSTN.

Já que as comunicações de telefone para telefone demandam dois gateways do mesmo tipo situados bem distantes um do outro, os gateways de VoIP levam vantagem, por exemplo, nas comunicações entre escritórios de uma mesma companhia que possua filiais remotas.

A comunicação, no entanto continua amarrada à presença, ou ainda menos, ao interior de duas redes PSTN, aos gateways de VoIP. Se tais gateways não estiverem eficazmente presentes ao interior da PSTN local, todas as vantagens de custo que seriam proporcionadas, ficam reduzidas. Muitos grupos empresariais, como o Free World Dialup e o Delta three, entretanto estão usando-os a fim reunir e para cooperar entre eles todas as vantagens que oferecem o serviço de telefonia por IP através de gateways. Desta maneira, a probabilidade de encontrar um gateways de VoIP no interior da PSTN remota a que seria comunicar, aumenta consideravelmente.

O uso de gateways de VoIP para telefonia do PC para telefone também está tornando-se mais e mais popular. Na figura esta possível configuração funcionaria da seguinte maneira: O cliente com o software de telefonia chega ao gateway de VoIP e daí para a rede PSTN local.

Muitas organizações que controlam centros da chamada (call centers), permitem o acesso da rede a tais centros através, exatamente, do uso de gateways de VoIP. Qualquer um tque tenha um software de telefonia pode conseqüentemente aproveitar todas as ofertas de serviços do centro da chamada.

Capítulo V – Qualidade de Serviço

O problema fundamental da troca de voz por uma rede como a Internet, é que o gerenciamento dos pacotes de protocolo IP envolve restaurar, ao final do caminho, a ordem em que foram enviados. Se erros como várias transmissões simultâneas, ou atrasos ocorrerem, este processo de reorganização dos pacotes pode se tornar bem lento. Para aplicações clássicas, como, por exemplo, e-mail, este atraso não significa um problema, mas para aplicações telefônicas, onde a interação em tempo real entre os usuários é fundamental, isto pode provocar uma significativa degradação na qualidade da conversação.

De uma maneira generalizada, como seria garantida a qualidade de serviço para os usuários de VoIP?

Isso vai depender em parte da velocidade de acesso à Internet nos dois lados da comunicação, além do tráfego total na rede. Existem duas características principais que determinam a qualidade de um telefone ligado à Internet:

A primeira característica é o tempo de latência. Tal grandeza mede o tamanho do atraso desde o momento em que as palavras são pronunciadas de um lado até o momento que estas são eficazmente ouvidas do outro.

A outra característica importante que determina a qualidade de um início de uma transmissão do telefone via Internet, é, simplesmente, o grau de correspondência da voz transmitida com a voz natural de quem fala.

Se os pacotes vocais se perderem ou atrasarem além de um limite pré-definido, o software de telefonia IP tenta repor os dados que faltam através dos índices dos pacotes adjacentes. Naturalmente, quanto mais o software recorre a esta técnica de interpolação, mais a qualidade será comprometida (distorção da mensagem vocal).

TCP/IP, a princípio, não garante aos clientes a transmissão de um número certo dos dados em um período de tempo preciso. Os desempenhos da rede podem flutuar de momento em momento. Às vezes os dados são transmitidos imediatamente, em outras atrasam duram demais ou apenas não chegam completos.

Em muitos aspectos, os problemas que os planejadores têm são similares àqueles que foram encontrados no planejamento das redes celulares digitais, onde não há garantias de que os dados cheguem intactos. Conseqüentemente os planejadores devem supor que os níveis abaixo do esperado não são confiáveis, e compensar esses erros eventuais com técnicas de interpolação e correção.

Conseqüentemente se torna uma tarefa árdua predizer a qualidade de serviço que pode ser esperada pelos usuários de uma transmissão de telefonia pela rede, mas, geralmente, esta qualidade está correlacionada diretamente à largura de banda disponível para a conversação e para o trafego da rede.

Quase que a totalidade das companhias atuais fizeram suas redes com grande largura de banda. Essas conexões de banda-larga são capazes de garantir qualidade suficiente para que seja oferecido o VoIP para longas distâncias.

Apesar de tudo, a qualidade no campo da telefonia via IP vem apresentando melhorias notáveis. O protocolo RSVP da Cisco, por exemplo, já foi planejado a fim reservar uma parcela certa da banda apenas para as aplicações que demandem respostas em tempo real, que é o caso do VoIP. Cada roteador que suporta tal protocolo tem a habilidade de reconhecer perfeitamente a prioridade nos pacotes que estão enfileirados, distinguindo entre aqueles urgentes (pacotes real-Time) e aqueles menos, agindo conseqüentemente. Ao mesmo tempo, muitos estudantes de Internet, sustentam que a proliferação de grandes quantidades de banda a baixo custo renderá o desenvolvimento do RSVP e, posteriormente, a qualidade de todos os serviços prestados via Internet.

Capítulo VI– Algorítmos de Compressão

Os mecanismos de compressão de voz visam a otimização da utilização da largura de banda para a sua transmissão. Os algoritmos de compressão de voz são padronizados pelo ITU-T (International Telecommunications Union – Telecommunications Standardization Sector), através das recomendações da série G.7xx. Estes mecanismos executados pelos Codec (Codificadores/Decodificadores), que nada mais são do que circuitos integrados especializados (DSP – Digital Signal Processor) e dedicados para o processamento dos sinais de voz com sua conversão analógica para digital.

Cada um dos diversos algoritmos de compressão possui características de desempenho intrínsecas, tais como: qualidade subjetiva da voz (MOS - Mean Opinion Score), atraso de processamento dos sinais de voz (atraso de compressão da voz) e taxa de produção das amostras digitais de voz.

Os métodos de compressão de voz mais empregados são:

· PCM: Pulse Code Modulation.
· ADPCM: Adaptative Differential Pulse Code Modulation.
· LD-CELP: Low-Delay Code Excited Linear Prediction
· CS-ACELP: Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction
· MP-MLQ: Multi-Pulse, Multi-Level Quantization
· ACELP: Algebraic Code Excited Linear Prediction

De acordo com o número de ciclos de CPU utilizados nos DSP, os Codec para a compressão de voz podem ser classificados como:

· Codec de Alta Complexidade (High Complexity).
· Codec de Média Complexidade (Medium Complexity).

Para os roteadores Cisco que empregam o DSP C549 (fabricado pela Texas Instruments) e utilizam IOS 12.0.5T em diante, as principais características dos Codecs são:

· Alta Complexidade:
· Maior consumo de ciclos de CPU dos DSP.
· Menor capacidade de processamento de chamadas simultâneas por segundo (2 chamadas de voz simultâneas por segundo).
· Melhor qualidade de voz do que aquela apresentada pelo Codec de Média complexidade, para a mesma recomendação ITU.

· Média Complexidade:
· Menor consumo de ciclos de CPU dos DSP.
· Maior capacidade de processamento de chamadas simultâneas por segundo (4 chamadas de voz simultâneas por segundo).
· Qualidade de voz ligeiramente inferior àquela apresentada pelo Codec de Alta complexidade.

A Tabela abaixo ilustra algumas das características dos diversos Codec suportados pelos roteadores Multiserviço da Cisco (equipados com DSP C549 e versão do IOS 12.05T em diante).

Recomendação ITU	Método de Compressão	Saída do Codec (kbps)	MOS	Atraso de compressão (ms)
G.711	PCM	64	4.1	0.75
G.728	LD-CELP	16	3.61	3 a 5
G.729	CS-CELP	10	3.92	10
G.729a	CS-CELP	10	3.7	10
G723.1	MP-MLQ	6.3	3.9	30
G.723.1	ACELP	5.3	3.65	30
G.726	ADPCM	32	3.85	1

Estes últimos protocolos são os mais importantes, pois eles garantem uma faixa mínima muito baixa usando o código fonte; também os codecs G.723.1 têm um MOS muito elevado (Mean Opinion Score, usada medir a fidelidade).

Capítulo VII – Protocolo de Sinalização H323

O padrão H.323 [3] é parte da família de recomendações ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization sector) H.32x, que pertence a série H da ITU-T, e que trata de "Sistemas Audiovisuais e Multimídia". A recomendação H.323 tem o objetivo de especificar sistemas de comunicação multimídia em redes baseadas em pacotes e que não provêem uma Qualidade de Serviço (QoS) garantida. Além disso, estabelece padrões para codificação e decodificação de fluxos de dados de áudio e vídeo, garantindo que produtos baseados no padrão H.323 de um fabricante interopere com produtos H.323 de outros fabricantes.

Redes baseadas em pacotes incluem as redes IP (Internet Protocol) como a Internet, redes IPX (Internet Packet Exchange), as redes metropolitanas, as redes de longa distância (WAN) e ainda conexões discadas usando PPP.

O padrão H.323 é completamente independente dos aspectos relacionados à rede. Dessa forma, podem ser utilizadas quaisquer tecnologias de enlace, podendo-se escolher livremente entre as que dominam o mercado atual como Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, ou Token Ring. Também não há restrições quanto à topologia da rede, que pode consistir tanto de uma única ligação ponto a ponto, ou de um único segmento de rede, ou ainda serem complexas, incorporando vários segmentos de redes interconectados.

O padrão H.323 especifica o uso de áudio, vídeo e dados em comunicações multimídia, sendo que apenas o suporte à mídia de áudio é obrigatório. Mesmo sendo somente o áudio obrigatório, cada mídia (áudio, vídeo e/ou dados), quando utilizada, deve seguir as especificações do padrão. Pode-se ter uma variedade de formas de comunicação, envolvendo áudio apenas (telefonia IP), áudio e vídeo (videoconferência), áudio e dados e, por fim, áudio, vídeo e dados.

Capítulo VIII – Conclusão

Com o desenvolvimento de novas tecnologias de controle de fluxo nas redes, já se pode ver que é perfeitamente aceitável o seu uso para a telefonia, o que antes era feito exclusivamente por comutação de circuitos e não era imaginado ser feito por comutação de pacotes, pois, por ser uma atividade que necessita interatividade (é feita em tempo real), não teria a qualidade suficiente para sua implementação.

A tendência para o futuro é que todas as ligações, e não só as corporativas em suas redes internas, sejam feitas com o uso do VoIP, o que acarretaria uma grande economia por parte dos usuário de ligações de longas distâncias e um grande prejuízo nas empresas de telefonia que não se atualizem a esta nova realidade.

Apêndice A – Perguntas

1) Qual a principal vantagem no uso do VoIP ?

2) Explique, de forma sucinta, uma ligação entre dois pontos por meio de uma rede IP.

3) Qual o principal fator que causa atraso nas comunicações por comutação de pacotes?

4) O que faz o protocolo RSVP para melhorar a QoS no uso do VoIP?

5) Por que o método de compressão PCM, apesar de ter a maior MOS, não é utilizado?

Apêndice B – Bibliografia

http://telemat.die.unifi.it/book/1998/VoIP/indexVOIP.html

http://www.fcc.gov/voip/

http://www.tldp.org/HOWTO/VoIP-HOWTO.html

http://www.cisco.com/en/US/tech/tk652/tk701/tech_protocol_family_home.html

http://www.protocols.com/pbook/VoIP.htm#H323

http://www.ietf.org/html.charters/intserv-charter.html

http://www.cse.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/ftp/voip_protocols/index.html

http://www.cse.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/ftp/h323/index.html