Redes e Sistemas de Telecomunicações
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Redes e Sistemas de Telecomunicações


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forma substancial.
Acesso 220011
Figura 4.3
Uma terceira aplicação de software VoIP é o "interworking" com redes ce-
lulares, como mostrado na figura 4.4. Os dados de voz em uma rede digital
celular já estão comprimidos e empacotados para transmissão pelo ar (wi-
reless) pelos telefones celulares. As redes de pacotes podem então trans-
mitir esse pacote de voz comprimido, trazendo economia de escala no to-
cante à largura de banda.
O IWF provê a função de transcodificação que é requerida para converter
dados de voz celulares para o formato requisitado pela rede pública (PSTN).
Figura 4.4
Qualidade de Serviço (QoS) em VoIP
As vantagens da redução de custos e do uso da largura de banda no
transporte de voz em redes de pacotes estão associadas com alguns as-
pectos de QoS inerentes às redes de pacotes. São eles:
Delay
O Delay causa dois problemas: eco e sobreposição de conversação. O eco
é causado pela reflexão do sinal de voz da pessoa que está falando no
equipamento localizado na outra ponta da conversação e que retorna ao
ouvido dessa pessoa. O eco se torna um problema significante quando o
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delay de ida-e-volta é maior do que 50 milissegundos. Quando o eco é per-
cebido como um problema, os sistemas de VoIP devem se focar na neces-
sidade de controlar o eco e implementar algum mecanismo de cancelar o
eco. A sobreposição de conversação se torna significante quando o delay
em uma via fica maior do que 250 milissegundos. As fontes de delay são:
Delay por Acumulação (também chamado de Delay algorítmico):
Esse delay é causado pela necessidade de coletar um frame de amostras
de voz que será processado pelo codificador de voz. Esse delay está rela-
cionado com o tipo de codificador usado e varia desde um tempo simples
de amostra (0,125 microsegundos) até vários milissegundos. Uma lista
representativa dos codificadores de voz com seus tempos de frame está a
seguir:
! G.726 Adaptive Differential Pulse-Code Modulation (ADPCM) (16, 24,
32, 40 kbps): 0.125 microssegundos
! G.728 LD \u2013 Code Excited Linear Prediction (CELP)(16 kbps): 2.5 milis-
segundos
! G.729 CS \u2013 ACELP (8 kbps): 10 milissegundos
! G.723.1 Multirate Coder (5.3, 6.3 kbps): 30 milissegundos
Delay de Processamento:
Este delay é causado pelo processo de codificação e coleção das amos-
tras dentro de um pacote para transmissão na rede de pacotes. O delay de
codificação é uma função do tempo de execução do processador e do tipo
de algoritmo usado.
Delay de Rede:
Este delay é causado pelo meio físico e protocolos usados para transmitir
dados e pelos buffers usados para remover o jitter de pacote no lado da re-
cepção. O delay de rede é uma função da capacidade dos links em uma
rede e o processamento que ocorre quando os pacotes transitam pela rede.
Esse delay pode ser uma parte significante do delay total quando as varia-
ções de delay são superiores à faixa de 70 a 100 milissegundos em algu-
mas redes IP e frame-relay.
Jitter
Este problema de delay é composto pela necessidade de remover o jitter
que é a variação de tempo entre os pacotes causada pela rede por onde o
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pacote está passando. Remover o jitter requer colecionar pacotes e guar-
dá-los o tempo suficiente para permitir que o pacote mais lento chegue no
tempo de ser colocado na seqüência correta. E isso causa delay adicional.
As duas metas conflitantes, que são minimizar o delay e remover o jitter,
fizeram com que se configurassem vários esquemas de adaptar o tamanho
do buffer de jitter que atendesse os requisitos de variação de tempo acei-
tável para remoção do jitter. Essa adaptação tem uma meta explícita de
minimizar o tamanho e delay do buffer de jitter, enquanto que, ao mesmo
tempo, se previna contra a sobrecarga do buffer causado pelo jitter. Duas
abordagens podem ser usadas para adaptar o tamanho do buffer de jitter.
A abordagem dependerá do tipo de rede por onde os pacotes transitarão.
A primeira abordagem é medir a variação do nível de pacote no buffer de
jitter por dado período de tempo e de forma incremental adaptar o tamanho
do buffer para atender ao valor de jitter calculado. Essa abordagem funcio-
na melhor com redes que oferecem uma performance consistente de jitter
em função do tempo, como redes ATM.
A segunda abordagem é contar o número de pacotes que chegam atrasa-
dos e criar uma relação entre esses pacotes e o número de pacotes que
foram processados com sucesso. Essa relação é então usada para ajustar
o buffer de jitter para a relação predeterminada. Essa abordagem é usada
em redes onde ocorrem grandes variações nos intervalos de chegada dos
pacotes como é o caso de redes IP.
Em adição a essas técnicas mencionadas, a rede deve ser configurada e
gerenciada de forma a prover o mínimo de delay e de jitter.
Compensação de Perda de Pacote
Pacotes perdidos podem ser o mais sério dos problemas, dependendo do
tipo de pacote que está sendo usado. Pelo fato das redes IP não garanti-
rem o serviço de entrega, poderá ocorrer grande incidência de perdas de
pacotes e certamente bem superiores do que em redes ATM. Nas atuais
redes IP, todos os frames de voz são tratados como dados comuns. Dessa
forma, nas horas de pico, os frames podem ser "dropados" em igualdade
de condições com os dados comuns. Esses últimos, no entanto, não são
sensíveis ao aspecto tempo e à seqüência, fazendo com que essas perdas
possam ser corrigidas através de processo de retransmissão. Já os paco-
tes de voz não podem ser tratados da mesma maneira.
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Compensação de Eco
O eco em uma rede telefônica é causado por reflexões de sinal que são
geradas pelo circuito híbrido que faz a conversão de circuito a 4 fios
(transmissão e recepção) para circuito a 2 fios (transmissão e recepção no
mesmo par). Segundo pesquisas realizadas, o eco se torna inconveniente
quando os delays de ida-e-volta são superiores a 50 milissegundos, acar-
retando na necessidade de fazer uso de técnicas de cancelamento de eco.
O eco é gerado sobre a rede de pacotes proveniente da rede telefônica. O
cancelador compara os dados recebidos da rede de pacotes com os dados
de voz transmitidos para a rede de pacotes. O eco proveniente das híbri-
das da rede telefônica é então removido por um filtro digital sobre a via de
transmissão dentro da rede de pacotes.
VoIP \u2013 A Arquitetura de Software
Os dois principais tipos de informação que devem ser manipulados pelo
equipamento de interface telefonia-pacote são voz e sinalização. Conforme
mostrado na figura 4.5, o software de VoIP interfaceia os dois streams de
informação provenientes da rede telefônica convertendo para um único
stream de pacotes a serem transmitidos para a rede de pacotes. As fun-
ções do software são divididas em quatro áreas gerais, chamadas de mó-
dulos:
! Módulo de Processamento de Voz (Voice Packet Software Module)
! Módulo de Sinalização (Telephony-Signaling Gateway Software Module)
! Módulo de Protocolo (Packet Protocol Module)
! Módulo de Gerenciamento da Rede (Network-Management Module)
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Figura 4.5
Módulo de Processamento de Voz (Voice Packet Software Module):
Este software, que tipicamente roda sobre um processador de sinal digital
(Digital-Signal Processor (DSP)), prepara as amostras de voz para trans-
missão pela rede de pacotes. Seus componentes fazem cancelamento de
eco, compressão de voz, detecção de atividade de voz, remoção de jitter,
sincronização de clock e empacotamento de voz.
Módulo de Sinalização (Telephony-Signaling Gateway Software Module):
Este software interage com o equipamento telefônico, translada a sinaliza-
ção para mudanças de estado que são usadas pelo módulo de protocolo
para estabelecimento de conexões. Essas mudanças de estado são on-hook
(telefone no gancho), off-hook (telefone fora do gancho), trunk seizure (ocupa-
ção de