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Provisionamento Em Infraestruturas de Voz Sobre IP
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INSTITUTO POLITCNICO DE LEIRIAESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA E GESTO
Departamento de Engenharia Informtica
Provisionamento em Infraestruturas de Voz Sobre IP
Paulo Alexandre Pereira Gomes
Fevereiro 2011
INSTITUTO POLITCNICO DE LEIRIAESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA E GESTO
Departamento de Engenharia Informtica
Provisionamento em Infraestruturas de Voz Sobre IP
Dissertao submetida ao Instituto Politcnico de Leiria para obteno do grau de Mestre em Engenharia Informtica e
Computao Mvel
Paulo Alexandre Pereira Gomes
Orientada pelo Professor Doutor Carlos Rabado
Fevereiro 2011
A Liberdade podermos traar o nosso prprio limite
Ricardo Esteves
Este documento foi elaborado em LibreOffice 3
Agradecimentos
Quero aqui expressar os meus sinceros agradecimentos s pessoas e instituies que,
directa e indirectamente, contriburam para a realizao deste trabalho.
Comeo com o meu imenso agradecimento ao Professor Doutor Carlos Rabado pela
sua enorme disponibilidade, pela sua orientao e pelo seu incentivo, prestados ao
longo das diversas fases deste trabalho, sem os quais teria sido impossvel conclu-lo
com sucesso.
Agradeo tambm aos Servios Informticos do Instituto Politcnico de Leiria pelos
meios e condies que colocaram ao meu dispor para a realizao deste trabalho.
Agradeo ainda ao Instituto Politcnico de Leiria e Escola Superior de Tecnologia e
Gesto de Leiria, pelas condies que colocaram ao meu dispor para a realizao
deste trabalho.
Por fim, quero expressar todo o meu agradecimento pelo apoio e compreenso que
recebi da minha esposa Rita, da minha famlia e amigos.
vii
viii
Resumo
Actualmente vive-se em plena era digital. Redes sociais, chamadas telefnicas pela
Internet, telefones com vdeo-chamada, telemveis e televises com acesso
Internet, so tecnologias que no se podem ignorar. Assumem-se hoje como novas
formas de comunicar, que aliam facilidade de utilizao, maior alcance e custos mais
reduzidos.
Esta dissertao foca-se na tecnologia de telefonia utilizando uma rede de comutao
de pacotes, como por exemplo, a Internet. Esta tecnologia denominada de voz sobre
protocolo de Internet (VoIP), est hoje em grande expanso nas empresas e
instituies devido, em parte, reduo de custos e aos novos servios suportados.
O aparecimento da telefonia IP trouxe inmeras vantagens para o utilizador.
Contudo, existe uma problemtica associada, que so os custos de suporte e
manuteno que esta tecnologia carece. Em tecnologias anteriores, os equipamentos
telefnicos no necessitavam de configuraes significativas, localmente em cada
dispositivo, sendo praticamente tudo parametrizado na central telefnica. O mesmo
no acontece em sistemas de VoIP.
O Instituto Politcnico de Leiria (IPL) conta j com cerca de 300 telefones IP em
produo e sempre que preciso fazer algum tipo de manuteno em massa esta
constitui-se uma actividade demorada, envolvendo muita mo-de-obra. Assim, neste
projecto proposta uma arquitectura que permita gerir todos estes equipamentos, em
simultneo, tendo em conta as funcionalidades de provisionamento suportadas por
cada um.
ix
A arquitectura proposta baseia-se essencialmente em cinco fases (i)
provisionamento de um novo terminal, (ii) verificao de terminais registados no
Asterisk, (iii) visualizao de terminais adicionados plataforma, (iv) alteraes de
configuraes em massa, (v) actualizao de firmware e (vi) tolerncia a falhas.
Para proceder validao desta arquitectura foi desenvolvido um prottipo, tendo-se
posteriormente efectuado a anlise e avaliao do modelo proposto. Com esta
respectiva anlise e avaliao foi possvel validar a arquitectura relativamente sua
utilidade para reduzir tempos em suporte e manuteno do sistema de telefonia IP do
IPL.
.
x
Abstract
Nowadays we are living in the digital age. Social networks, internet phone calls,
phones with video calling, mobile phones and televisions with internet access, are
technologies that cant be ignored. Today, those are assumed new forms of
communication, combining ease of use, greater reach and lower costs.
This dissertation focuses on telephony technology using a packet switching network,
such as, the internet.
This technology called Voice over Internet Protocol (VoIP) is now booming in enterprises and institutions, due in part to reduced costs and new services supported.
The emergence of IP telephony has brought many benefits for users. However, there
is an associated problem, which is the cost of maintenance and support that this
technology is needed. In previous technologies, telephone equipment didnt required significant configuration, locally on each device, being practically everything parameterized in the switchboard. The same dont happen in VoIP systems.
The Instituto Politcnico de Leiria (IPL) already has about 300 IP phones in production and whenever need to do some kind of mass maintenance this constitutes
a time consuming activity, involving a lot of manpower. Thus, in this project is
propose an architecture that allows manage all these equipments, simultaneously,
taking into account the provisioning features supported by each.
The proposed architecture is mainly based on five stages (i) provisioning of a new terminal, (ii) - verification of the registered terminals, (iii) visualization of the
xi
terminals added to the platform, (iv) changes of the configuration in mass, (v)
firmware update and (vi) - fault tolerance.
To proceed with the validation of this architecture a prototype was developed, and it
was subsequently performed the analysis and evaluation of the proposed model. With
this analysis and its evaluation was possible to validate the architecture relatively to
its effect to reduce time on support and maintenance of the IP telephony system of
IPL.
xii
ndice
AGRADECIMENTOS ......................................................................................................................... 7 RESUMO ...................................................................................................................................... VIII ABSTRACT ...................................................................................................................................... X NDICE ......................................................................................................................................... XIII LISTA DE FIGURAS ....................................................................................................................... XVI LISTA DE TABELAS ....................................................................................................................... XIX LISTA DE ACRNIMOS .................................................................................................................. XX 1 INTRODUO ................................................................................................................................ 1
1.1 O PROJECTO VOIP@RCTS ............................................................................................................ 4 1.2 MOTIVAO E OBJECTIVOS .............................................................................................................. 5 1.3 RESUMO DAS PRINCIPAIS CONTRIBUIES .......................................................................................... 6 1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAO ......................................................................................................... 6
2 ESTADO DA ARTE .......................................................................................................................... 9 2.1 VOZ SOBRE IP ............................................................................................................................. 9
2.1.1 Compresso e codificao ............................................................................................... 11 2.1.2 Protocolos de sinalizao ................................................................................................ 13
2.2 DISPOSITIVOS E EQUIPAMENTOS VOIP ............................................................................................. 18 2.2.1 Telefones IP (Hardphones) ............................................................................................... 18 2.2.2 Telefones virtuais (Softphones) ....................................................................................... 20 2.2.3 Adaptador ATA ................................................................................................................. 23 2.2.4 Telefones de conferncia ................................................................................................. 24
2.3 PROVISIONAMENTO ..................................................................................................................... 24 2.3.1 Asterisk ........................................................................................................................... 26 2.3.2 FreePBX ........................................................................................................................... 29 2.3.3 Voice Pulse Global Provisioning System (VGPS) ............................................................... 31 2.3.4 Solues comerciais ........................................................................................................ 31
2.4 TCNICAS DE PROVISIONAMENTO ................................................................................................... 33 2.4.1 TFTP ................................................................................................................................ 33 2.4.2 FTP .................................................................................................................................. 34 2.4.3 HTTP ............................................................................................................................... 35 2.4.4 DHCP ............................................................................................................................... 36
2.5 TR-069 CPE WAN MANAGEMENT PROTOCOL ................................................................................. 39 2.5.1 Sntese ............................................................................................................................ 42
3 TERMINAIS VOIP ......................................................................................................................... 44
3.1 POLYCOM SOUNDPOINT IP330 ...................................................................................................... 44 3.1.1 Personalizao do idioma ................................................................................................ 50 3.1.2 Personalizao do toque ................................................................................................. 51 3.1.3 Personalizao da imagem de logotipo ........................................................................... 52 3.1.4 Agenda de contactos ....................................................................................................... 53
3.2 SNOM 360 ............................................................................................................................... 54 3.2.1 Actualizao do firmware para verso 7 .......................................................................... 55 3.2.2 Correio de voz ................................................................................................................. 56 3.2.3 Personalizao das teclas de atalhos .............................................................................. 57 3.2.4 Personalizao da imagem/logotipo ................................................................................ 58 3.2.5 Carregar a agenda de contactos ..................................................................................... 59 3.2.6 Personalizao do toque ................................................................................................. 60 3.2.7 Personalizao do idioma ................................................................................................ 61
3.3 LINKSYS SPA942 ....................................................................................................................... 62 3.3.1 Personalizao do toque ................................................................................................. 64 3.3.2 Personalizao da imagem/logotipo ................................................................................ 65 3.3.3 Personalizao do idioma ................................................................................................ 66 3.3.4 Personalizao da agenda ............................................................................................... 67 3.3.5 Personalizao das teclas de marcao rpida ................................................................ 69
3.4 GRANDSTREAM BT200 ............................................................................................................... 70 3.4.1 Personalizao do toque ................................................................................................. 75
3.5 X-LITE ...................................................................................................................................... 76 3.5.1 Sntese ............................................................................................................................ 77
4 ARQUITECTURA .......................................................................................................................... 79 4.1 REQUISITOS .............................................................................................................................. 79 4.2 MODELO DE ARQUITECTURA .......................................................................................................... 81 4.3 FASES DE PROVISIONAMENTO ........................................................................................................ 82 4.4 PROVISIONAMENTO DE UM NOVO TERMINAL ...................................................................................... 84 4.5 TERMINAIS REGISTADOS NO ASTERISK ............................................................................................. 85 4.6 TERMINAIS ADICIONADOS PLATAFORMA ......................................................................................... 87 4.7 CONFIGURAES EM MASSA ......................................................................................................... 88 4.8 SINCRONIZAO DOS CONTACTOS COM A AD ................................................................................... 89 4.9 TOLERNCIA A FALHAS ................................................................................................................. 90
5 PROTTIPO ................................................................................................................................. 93 5.1 CENRIO .................................................................................................................................. 94 5.2 IDEALIZAO DA INTERFACE .......................................................................................................... 96 5.3 GRUPO PLATAFORMA ................................................................................................................ 98
5.3.1 Funo Estado .............................................................................................................. 98 5.3.2 Funo Configuraes .................................................................................................. 99 5.3.3 Funo Cpias de segurana ........................................................................................ 99 5.3.4 Funo Relatrios ....................................................................................................... 100 5.3.5 Funo Enviar Ficheiros .............................................................................................. 101
5.4 GRUPO TERMINAIS ................................................................................................................ 102 5.4.1 Funo Adicionar ........................................................................................................ 102 5.4.2 Funo Adicionar em massa ....................................................................................... 103 5.4.3 Funo Adicionados .................................................................................................... 104 5.4.4 Funo Registados ..................................................................................................... 104 5.4.5 Funo Softphones ..................................................................................................... 105 5.4.6 Funo Agenda ........................................................................................................... 105
5.5 GRUPO EXTENSES ............................................................................................................... 107 5.5.1 Funo Detalhes ........................................................................................................ 107 5.5.2 Funo Reiniciar ......................................................................................................... 108 5.5.3 Funo Monitor .......................................................................................................... 108
5.6 GRUPO CONFIGURAES EM MASSA ......................................................................................... 109 5.6.1 Funo Polycom 330 .................................................................................................. 109
5.7 PLANO DE TESTES .................................................................................................................... 110
5.7.1 Testes de carga ............................................................................................................. 112 5.7.2 Testes de Funcionamento .............................................................................................. 116
5.8 SNTESE ................................................................................................................................. 119 6 CONCLUSES ........................................................................................................................... 121
6.1 PRINCIPAIS CONTRIBUIES ....................................................................................................... 122 6.2 TPICOS PARA TRABALHO FUTURO .............................................................................................. 123
REFERNCIAS ............................................................................................................................. 125 ANEXOS ...................................................................................................................................... 129
Lista de Figuras
FIGURA 2.1 - CONVERSO VOZ/PACOTES DE DADOS.........................................................................10FIGURA 2.2 - EXEMPLO DE UMA LIGAO TRUNK..............................................................................17FIGURA 2.3 - EXEMPLO DE UM HARDPHONE......................................................................................20FIGURA 2.4 - TELEFONE VIRTUAL IP X-LITE........................................................................................21FIGURA 2.5 - SOFTPHONE OU TELEFONE VIRTUAL IP EKIGA...............................................................22FIGURA 2.6 - LIGAES DISPONVEIS NUM ADAPTADOR ATA.............................................................23FIGURA 2.7 - TELEFONE DE CONFERNCIA POLYCOM.........................................................................24FIGURA 2.8 - INTEROPERABILIDADE DO ASTERISK.............................................................................29FIGURA 2.9 - DIFERENA ENTRE TRIXBOX E FREEPBX.......................................................................29FIGURA 2.10 - FASES DO PROVISIONAMENTO....................................................................................37FIGURA 2.11 - EXEMPLO DE CONFIGURAO DE UM SERVIDOR DHCP...............................................38FIGURA 2.12 - AMBIENTE DE GESTO UTILIZANDO O PROTOCOLO CWMP.........................................40FIGURA 2.13 - ALGUNS PROTOCOLOS INCORPORADOS NO TR-069....................................................42FIGURA 3.1 - TERMINAL POLYCOM SOUNDPOINT IP330......................................................................45FIGURA 3.2 - RVORE DE DIRECTRIOS PARA O POLYCOM 330.........................................................46FIGURA 3.3 - FASE DE ARRANQUE DO POLYCOM 330.........................................................................47FIGURA 3.4 - CONTEDO DO FICHEIRO 000000000000.CFG.............................................................48FIGURA 3.5 - CONTEDO DO FICHEIRO 0004F200106C.CFG.............................................................48FIGURA 3.6 - FICHEIRO DE CONFIGURAO DA EXTENSO................................................................49FIGURA 3.7 - CONTEDO DO FICHEIRO APP_CONFIG_330.CFG..........................................................50FIGURA 3.8 - CONTEDO ACRESCENTADO AO FICHEIRO APP_CONFIG_330.CFG................................51FIGURA 3.9 - CONTEDO ACRESCENTADO AO FICHEIRO APP_CONFIG_330.CFG................................52FIGURA 3.10 - CONTEDO ACRESCENTADO AO FICHEIRO APP_CONFIG_330.CFG..............................52FIGURA 3.11 - FICHEIRO DA AGENDA DE CONTACTOS.......................................................................53FIGURA 3.12 - TELEFONE SNOM 360..................................................................................................54FIGURA 3.13 - FIRMWARE DO TELEFONE...........................................................................................56FIGURA 3.14 - PROGRAMAO DA TECLA DE CORREIO DE VOZ........................................................56
xvii
FIGURA 3.15 - CONFIGURAO DAS TECLAS DE ATALHO...................................................................57FIGURA 3.16 - TELEFONE SNOM 360 COM MDULO DE EXPANSO...................................................58FIGURA 3.17 - PERSONALIZAO DA IMAGEM DE LOGOTIPO.............................................................59FIGURA 3.18 - PERSONALIZAR A AGENDA DE CONTACTOS................................................................59FIGURA 3.19 - PERSONALIZAO DO TOQUE.....................................................................................60FIGURA 3.20 - PERSONALIZAO DO IDIOMA....................................................................................61FIGURA 3.21 - PERSONALIZAO DO IDIOMA PADRO.......................................................................62FIGURA 3.22 - TELEFONE IP LINKSYS SPA942.....................................................................................62FIGURA 3.23 - FICHEIRO INICIAL DE CONFIGURAO.........................................................................63FIGURA 3.24 - CONFIGURAES INDIVIDUAIS DE CADA TELEFONE...................................................64FIGURA 3.25 - PERSONALIZAO DO TOQUE DE CHAMADA..............................................................64FIGURA 3.26 - PERSONALIZAO DA IMAGEM DE LOGOTIPO.............................................................65FIGURA 3.27 - PERSONALIZAO DO IDIOMA....................................................................................66FIGURA 3.28 - AGENDA PESSOAL.......................................................................................................67FIGURA 3.29 - COMANDO PARA ENVIAR CONTACTOS PARA O SPA942................................................68FIGURA 3.30 - CDIGO FONTE...........................................................................................................68FIGURA 3.31 - SPA 942 PERSONAL DIRECTORY MANAGER.................................................................69FIGURA 3.32 - TECLAS DE MARCAO RPIDA...................................................................................70FIGURA 3.33 - CONFIGURAO DAS TECLAS DE MARCAO RPIDA.................................................70FIGURA 3.34 - TELEFONE IP GRANDSTREAM BT200...........................................................................71FIGURA 3.35 - DEFINIES INICIAIS...................................................................................................71FIGURA 3.36 - CONTEDO DO FICHEIRO DE DEFINIES INICIAIS.....................................................72FIGURA 3.37 - PARMETROS ADICIONAIS DO DEFINICOES_INICIAIS.CFG............................................73FIGURA 3.38 - CONFIGURAES DE REGISTO DE CADA TELEFONE....................................................74FIGURA 3.39 - COMANDO PARA CRIAR O FICHEIRO DE CONFIGURAO DO TELEFONE.....................74FIGURA 3.40 - COMANDO PARA TRANSFERIR O FICHEIRO DE CONFIGURAO PARA O TFTP..............75FIGURA 3.41 - CONVERSO DO FICHEIRO AUDIO PARA TOQUE DE CHAMADA...................................75FIGURA 3.42 - COMANDO PARA TRANSFERIR O FICHEIRO PARA O TFTP.............................................75FIGURA 4.1 - MODELO DE ARQUITECTURA.........................................................................................81FIGURA 4.2 - FASES DE ARRANQUE DE UM TERMINAL IP....................................................................83FIGURA 4.3 - PROVISIONAR UM NOVO TERMINAL...............................................................................85FIGURA 4.4 - DIAGRAMA DE INTEROPERABILIDADE USANDO SCP......................................................86FIGURA 4.5 - DIAGRAMA DE INTEROPERABILIDADE USANDO HTTP....................................................87FIGURA 4.6 - PROCESSO PARA LISTAR TERMINAIS..............................................................................88FIGURA 4.7 - PROCESSO PARA ALTERAO DE CONFIGURAES EM MASSA.....................................89FIGURA 4.8 - PROCESSO DE SINCRONIZAO DOS CONTACTOS COM A AD.......................................90FIGURA 4.9 - ESQUEMA DE TOLERNCIA A FALHAS............................................................................91
xviii
FIGURA 4.10 - REPLICAO DOS DADOS DE PROVISIONAMENTO......................................................92FIGURA 5.1 - CENRIO UTILIZADO EM LABORATRIO........................................................................95FIGURA 5.2 - ORGANIZAO DAS FUNCIONALIDADES NA INTERFACE WEB........................................97FIGURA 5.3 - PGINA INICIAL DA PLATAFORMA DE PROVISIONAMENTO.............................................97FIGURA 5.4 - FUNO ESTADO..........................................................................................................98FIGURA 5.5 - CONFIGURAES DA PLATAFORMA...............................................................................99FIGURA 5.6 - CPIAS DE SEGURANA DA PLATAFORMA...................................................................100FIGURA 5.7 - RELATRIOS DO SISTEMA...........................................................................................101FIGURA 5.8 - EXEMPLO DE UMA MENSAGEM DE ALERTA..................................................................101FIGURA 5.9 - FUNO "ENVIAR FICHEIROS".....................................................................................102FIGURA 5.10 - ADICIONAR UM TERMINAL IP PLATAFORMA............................................................103FIGURA 5.11 - ADICIONAR TERMINAIS EM MASSA............................................................................103FIGURA 5.12 - TERMINAIS ADICIONADOS PLATAFORMA................................................................104FIGURA 5.13 - TERMINAIS TELEFNICOS IP REGISTADOS.................................................................105FIGURA 5.14 - SOFTPHONES............................................................................................................105FIGURA 5.15 - SINCRONIZAO DA AGENDA DE CONTACTOS..........................................................106FIGURA 5.16 - DETALHES DE UMA EXTENSO..................................................................................107FIGURA 5.17 - REINICIAR TERMINAIS IP............................................................................................108FIGURA 5.18 - MONITOR DE EXTENSES.........................................................................................109FIGURA 5.19 - CONFIGURAES EM MASSA....................................................................................110FIGURA 5.20 - TESTE DE CARGA AO DHCP.......................................................................................113FIGURA 5.21 - DESEMPENHO DA INTERFACE DE REDE.....................................................................113FIGURA 5.22 - DESEMPENHO DO PROCESSADOR............................................................................114FIGURA 5.23 - DESEMPENHO DA MEMRIA......................................................................................114FIGURA 5.24 - SCRIPT UDP_STRESS_CLIENT.PY................................................................................115FIGURA 5.25 - DESEMPENHO DA INTERFACE DE REDE.....................................................................115FIGURA 5.26 - DESEMPENHO DO PROCESSADOR............................................................................116FIGURA 5.27 - DESEMPENHO DE MEMRIA......................................................................................116FIGURA 1 - GRANDSTREAM CONFIGURATION GENERATOR...............................................................130FIGURA 2 - RINGTOOL......................................................................................................................130FIGURA 3 - AUTOIT WINDOWS INFO.................................................................................................132FIGURA 4 - CDIGO PARA EXECUTAR O INSTALADOR......................................................................133FIGURA 5 - INTERACO DO "FINDER TOOL" COM UM RADIO BUTTON............................................133FIGURA 6 - ECR INICIAL..................................................................................................................134FIGURA 7 - SELECO DO ACORDO DE LICENA.............................................................................134FIGURA 8 - ACEITAO DO ACORDO DA LICENA............................................................................135FIGURA 9 - BOTO "NEXT" AT AO FINAL DA INSTALAO...............................................................135
xix
FIGURA 10 - JANELA DE CONFIGURAO DA CONTA SIP NO X-LITE..................................................136FIGURA 11 - CONFIGURAO DA CONTA SIP....................................................................................136FIGURA 12 - PROPRIEDADES DA CONTA SIP.....................................................................................136FIGURA 13 - INTRODUO DE DADOS DE AUTENTICAO DA CONTA SIP........................................137FIGURA 14 - ECR FINAL DA INSTALAO........................................................................................138FIGURA 15 - INTERFACE DO AUTOIT SCRIPT TO EXE CONVERTER....................................................138
xx
Lista de Tabelas
TABELA 2.1 - CODECS [SAHABUDIN09][MINOLI98][RODMAN08][MACIAN08][GIBSON05]..................12TABELA 2.2 - FUNO DOS ELEMENTOS DE REDE DO H.323.............................................................14TABELA 2.3 - FUNES DOS ELEMENTOS SIP....................................................................................16TABELA 2.4 - TELEFONES IP EXISTENTE NO IPL..................................................................................18TABELA 2.5 - ALGUMAS FUNCIONALIDADES DE UMA INTERFACE WEB DO ASTERISK.........................28TABELA 2.6 - SOLUES COMERCIAIS COM MDULO DE PROVISIONAMENTO...................................32TABELA 3.1 - FUNO DOS DIRECTRIOS CONTIDOS EM /HOME/POLYCOM.......................................46TABELA 3.2 - RESUMO DE FUNES DO POLYCOM 330......................................................................50TABELA 3.3 - ACES PARA BOTES DE ATALHO...............................................................................58TABELA 4.1 - REQUISITOS PARA SOLUO DE PROVISIONAMENTO....................................................80TABELA 5.1 - FUNCIONALIDADES DESENVOLVIDAS............................................................................94TABELA 5.2 - PLANO DE TESTES AOS VRIOS COMPONENTES DO SERVIDOR DE PROVISIONAMENTO........................................................................................................................................................ 111TABELA 5.3 - TESTES DE FUNCIONAMENTO.....................................................................................112
xxi
xxii
Lista de Acrnimos
PSTN Public Switched Telephone Network
LAN Local Area Network
WAN Wide Area Network
VoIP Voice Over IP
PBX Private Branch Exchange
IPPBX IP Private Branch Exchange
IP Internet Protocol
ATA Analog Telephone Adapter
IPL Instituto Politcnico de Leiria
FCCN Fundao para a Computao Cientfica Nacional
RCTS Rede Cincia, Tecnologia e Sociedade
TFTP Trivial File Transfer Protocol
FTP File Transfer Protocol
HTTP Hypertext Transfer Protocol
HTTPS Hypertext Transfer Protocol Secure
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line
TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol
CODEC Coder-Decoder
PDA Personal Digital Assistant
Wi-Fi Wireless Fidelity
ATM Asynchronous Transfer Mode
QoS Quality of Service
MOS Mean Opinion Score
xxiii
SIP Session Initiation Protocol
IAX Inter Asterisk eXchange
RDIS Rede Digital com Integrao de Servios
ITU-T International Telecommunication Union Telecommunication Standardization
MGC Media Gateway Controler
MG Media Gateway
MCU Multipoint Control Units
UDP User Datagrama Protocol
TCP Transmission Control Protocol
DNS Domain Name System
MMUSIC Multiparty Multimedia Session Control
IETF Internet Engineering Task Force
RFC Request For Comments
UA User Agent
NAT Network Address Translator
XML eXtensible Markup Language
GPL General Public License
ACD Automatic Call Distribution
IVR Interative Voice Response
API Application Programming Interface
TI Tecnologias de Informao
DDI/DID Direct Dial-In / Direct Inward Dialing
PC Personal Computer
POTS Plain Old Telephone Service
PHP Hypertext Preprocessor
MAC Media Access Control
VGPS Voice Pulse Global Provisioning System
NTP Network Time Protocol
CPE Customer Premises Equipment
CWMP CPE WAN Management Protocol
ACS Auto Configuration Servers
SOAP Simple Object Access Protocol
RPC Remote Procedure Call)
WWW World Wide Web
W3C World Wide Web Consortium
SSL Secure Sockets Layer
xxiv
TLS Transport Layer Security
WAV Waveform Audio File Format
BMP Bitmap
UARS Unidade de Administrao de Redes e Sistemas
SCP Security Copy Protocol
BD Base de Dados
SSH Secure Shell
XMPP Extensible Messaging and Presence Protocol
OU Organizational Unit
xxv
xxvi
1 Introduo
Nas duas ltimas dcadas a rede pblica de servio telefnico (PSTN) evoluiu de
uma estrutura totalmente analgica para a comutao digital de circuitos. O suporte
da transmisso do sinal analgico na rede digital tem de ser codificado ou convertido
em formato digital antes de entrar na rede pblica. Na outra extremidade o sinal
descodificado ou convertido novamente para a sua forma original, ou seja, em
formato analgico. [Chong04]
Uma infraestrutura de comutao de circuitos funciona como uma ligao dedicada,
isto , uma ligao entre dois ns que no partilhada com outras at a comunicao
ser terminada.
Nos ltimos anos, tem-se assistido a uma nova mudana de paradigma com o avano
da tecnologia de comutao de pacotes para transmitir voz e dados. Uma rede
telefnica de comutao de pacotes foi estruturada para o intercmbio de informao
em formato digital, entre computadores ou outros dispositivos. Esta rede pode
estender-se de uma rea geogrfica limitada (LAN), como um edifcio ou um
Campus, at pontos de acesso espalhados por vrias cidades, ou mesmo pases
(WAN).[Pires06]
As redes de comutao de pacotes funcionam segmentando a informao em
unidades mais pequenas (pacotes ou datagramas) de forma a serem enviadas e a
poderem viajar para o destino, as quais podem viajar por diferentes caminhos,
chegarem em diferentes ordens e tempos diferentes.[Pires06]
1
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
A Internet, um exemplo claro de uma rede WAN, um dos fenmenos de
globalizao mais marcantes dos ltimos tempos. Evoluo rpida, oferta de
aplicaes acessveis a nvel global, pesquisa e partilha de informao em reas de
interesse muito diversas, transaces comerciais, redes sociais ou mesmo
entretenimento, so alguns dos factores que tornam esta rede to difundida a nvel
mundial. A Internet evoluiu da partilha de pequenos contedos at difuso de
produtos multimdia em tempo real. [Florin10]
A telefonia IP, tambm conhecida por voz sobre IP (VoIP), surgiu aproveitando as
capacidades multimdia que a estrutura de uma rede de comutao de pacotes
oferece, tais como, partilha do meio de comunicao, mobilidade, reduo de custos,
dbitos de informao, partilha de recursos, entre outros.
Um dos factores que pode ter levado grande massificao desta tecnologia foi o
aparecimento de redes de banda larga, pois permitiu acessos com grandes dbitos de
informao face s linhas convencionais (analgicas). Este aumento de largura de
banda, de acesso Internet, tornaram possvel a utilizao de servios como a
comunicao de voz e vdeo at ao cliente final sem atrasos significativos. Hoje em
dia j possvel telefonar gratuitamente para diversos pontos do globo.[Robert08]
A par da telefonia IP surgiram tambm as Privates Branch Exchange (PBX) baseadas
em redes IP, que contriburam para uma significativa revoluo na rea das
telecomunicaes de voz. A telefonia IP levou, entre outros aspectos, a uma
considervel reduo de preos das comunicaes quer para o utilizador final quer
para operadores. J h muito que as chamadas telefnicas pela Internet so uma
realidade, podendo estas serem de PC-para-PC, PC-para-Telefone e mesmo Telefone-
para-PC.
O aparecimento do Asterisk, uma implementao livre de PBX baseado em IP
(IPPBX), permitiu uma massificao deste tipo de centrais telefnicas um pouco por
todo o mundo.
2
Captulo 1 | Introduo
Devido sua Licena Pblica de uso Geral e quantidade de servios que oferece a
custo zero, os IPPBX baseados em Asterisk, esto a ganhar mais terreno face aos
PBX tradicionais.
O mercado e os utilizadores exigem cada vez mais desta tecnologia, no sentido em
que reivindicam mais opes, personalizaes, funcionalidades e actualizaes.
Daqui resulta tambm a necessidade dos prprios administradores precisarem de
mais ferramentas para gerir todas estas infraestruturas de uma forma mais produtiva,
pois a tarefa de configurar/personalizar cada terminal individualmente consome
muito tempo de mo-de-obra.
A evoluo desta rea levou a que fabricantes de telefones IP tambm inovassem os
seus equipamentos e, portanto, actualmente os telefones IP so dotados de variadas
funcionalidades, no s para o utilizador mas tambm para os administradores de
sistemas de voz sobre IP, com a finalidade de auxiliar e optimizar a gesto dos
mesmos.
A gesto de um parque grande de telefones IP, adaptadores analgicos (ATA1) e
softphones, pode ser uma tarefa bastante complexa e exaustiva para o administrador,
imagine-se o seguinte cenrio: a necessidade de actualizar o firmware a 100
telefones. Se a actualizao de cada firmware demorar em mdia 15 minutos, e o
mesmo tempo para reconfigurar o telefone e fazer os respectivos testes, ento
ocuparemos cerca de 30 minutos por telefone. Portanto, considerando que um tcnico
ocupa 30 minutos em cada telefone, esta tarefa demoraria 3000 minutos, ou seja, 50
horas, logo a concluso da actualizao do firmware dos 100 telefones, seria
considerada impraticvel nos dias de hoje.
O Instituto Politcnico de Leiria (IPL) tem aproximadamente cerca de 500 telefones
IP, assim, pretende-se que esta dissertao apresente uma proposta de gesto global
para estes dispositivos, mais propriamente uma soluo de provisionamento para os
telefones IP. Quanto problemtica da segurana, j existe a preocupao por parte
dos servios informticos do IPL, tanto que a infra-estrutura ethernet que suporta
1Analog Terminal Adapter um adaptador de telefone analgico que permite ligar um telefone convencional a uma rede VoIP.
3
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
todos estes telefones IP j se encontra separada do resto da rede atravs de redes
lgicas independentes denominadas de Virtual LAN (VLAN) [Anderson06]. Apesar
de haver esta preocupao esta no far parte do mbito da presente dissertao.
1.1 O projecto VoIP@RCTS A Fundao para a Computao Cientifica Nacional (FCCN) uma instituio
Portuguesa privada sem fins lucrativos que tem como principal actividade o
planeamento, gesto e operao da Rede Cincia, Tecnologia e Sociedade (RCTS).
A FCCN tambm a entidade competente que gere o servio de registo do domnio
de Internet .pt.
A RCTS uma rede informtica de alto desempenho que usa protocolos da Internet
para garantir uma plataforma de comunicao e colaborao entre instituies do
sistema de ensino, cincia, tecnologia e cultura. utilizada tambm para que
organismos com requisitos avanados de comunicaes, efectuem testes em
aplicaes e servios avanados de comunicaes. A RCTS constitui no fundo uma
rede de investigao e ensino nacional, que disponibiliza uma infraestrutura de
comunicao para investigadores, professores e estudantes portugueses.
O projecto VoIP@RCTS tem a finalidade de equipar as instituies de ensino
superior pblico, com ligao RCTS, de infraestruturas necessrias ao transporte de
trfego de voz. Esta rede ser totalmente segura e convergente com a estrutura de
ligao RCTS j existente. No fundo, este projecto interliga todos os sistemas
telefnicos de todas as instituies aderentes, que ter como vantagem imediata, a
comunicao de voz, entre elas, ser gratuita.
A FCCN estima que a implementao deste projecto conduza a uma reduo de custo
de cerca de 30%, tanto em chamadas telefnicas como em custo com componentes
da prpria infraestrutura.
4
Captulo 1 | Introduo
1.2 Motivao e objectivosNo Instituto Politcnico de Leiria (IPL) encontra-se, data deste documento, a
decorrer a implementao de um projecto de voz para todo o Instituto. Este projecto
uma ramificao de um projecto ainda mais vasto, o VoIP@RCTS, promovido pela
FCCN, projecto este j apresentado na seco 1.1.
O projecto VoIP@RCTS prev a interligao das infraestruturas de voz, de
instituies publicas aderentes, atravs do backbone de alto desempenho da RCTS, j
existente nessas instituies.
No Instituto Politcnico de Leiria, o universo de telefones VoIP, poder chegar aos
1000, visto que esto previstos cerca de 500 hardphones em produo, e um nmero
ainda indefinido de softphones. De forma a se conseguir assegurar a manuteno de
toda esta nova infraestrutura, torna-se imprescindvel uma plataforma de gesto
inovadora para todo o parque VoIP, caso contrrio, e apesar dos custos com
chamadas baixarem significativamente, subiro os custos com a manuteno.
O elevado nmero de terminais VoIP e a falta de um mecanismo centralizado para os
administrar so a grande motivao deste trabalho. Para o efeito, prope-se a
definio e avaliao de solues existentes no mercado, capazes de cumprir com as
necessidades reais do parque VoIP do IPL. Pretende-se apresentar uma arquitectura,
que num patamar a alto nvel, descreva um modelo de plataforma ideal de gesto dos
telefones IP presentes na instituio. Por fim, importante planificar uma plataforma
de baixo custo, se possvel baseada em solues livres, com uma interface simples de
administrar.
5
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
1.3 Resumo das principais contribuiesEsta seco apresenta de forma abreviada as principais contribuies deste trabalho.
Tendo em considerao os objectivos definidos na seco 1.2, essas contribuies
podem ser resumidas da seguinte forma:
Pesquisa e anlise de plataformas de provisionamento j existentes, tanto
livres como comerciais.
Proposta de uma arquitectura de provisionamento de telefones IP com vrias
funcionalidades tais como: configuraes de registo da conta, actualizao de
firmware, alterao de toque, imagem de logotipo, idioma e agenda.
Desenvolvimento de um prottipo da arquitectura proposta, num cenrio
tpico de laboratrio.
1.4 Estrutura da DissertaoEsta dissertao est estruturada em cinco captulos que reflectem o trabalho
desenvolvido para atingir os objectivos definidos.
No presente captulo so apresentadas as motivaes desta dissertao e definidos os
principais objectivos do trabalho. So tambm apresentadas as principais
contribuies para a rea de investigao em que se enquadra este trabalho. ainda
includa a estrutura do relatrio para transmitir uma viso global da organizao e
contedo deste documento.
No captulo 2, efectuado um levantamento das tecnologias relacionadas com o
mbito da voz sobre IP, mais especificamente, as tecnologias ligadas ao
provisionamento de terminais telefnicos IP. Aps a caracterizao da voz sobre IP,
apresentaram-se os vrios dispositivos VoIP que iro fazer parte desta dissertao,
bem como algumas definies de nomenclaturas e termos usados. Posteriormente,
6
Captulo 1 | Introduo
definido o termo provisionamento e o seu enquadramento nesta dissertao.
apresentada a ferramenta Asterisk, o seu funcionamento e a integrao que tem com
interfaces web, para facilitar a sua gesto. tambm analisada a sua
interoperabilidade com equipamentos e vrias tecnologias.
Ainda no captulo 2, so apresentadas solues de provisionamento existentes, como
o End Point Manager, o Voice Pulse Global Provisioning System e tambm solues
comerciais. So igualmente abordadas vrias tcnicas utilizadas no provisionamento
de telefones IP que no so mais que a utilizao de protocolos to conhecidos como:
TFTP (Trivial File Transfer Protocol) [Sollins92] , FTP (File Transfer Prototocol)
[Postel85], HTTP (Hipertext Transfer Protocol) [Fielding99] e DHCP (Dynamic
Host Configuration Protocol) [Droms97]. Por fim ainda caracterizado um
protocolo de provisionamento utilizado em redes de banda larga como o ADSL
(Asymmetric Digital Subscriber Line ) [Bathrick99].
No captulo 3 caracterizado o funcionamento de cada modelo de telefone IP,
existente no Instituto Politcnico de Leiria, que ser alvo de provisionamento
centralizado. No fundo constitui um estudo de como se provisiona cada um destes
equipamentos.
Como resultado do conhecimento adquirido nos captulos 2 e 3, elaborou-se uma
arquitectura que ser o modelo de uma plataforma de provisionamento que servir as
necessidades do IPL, apresentada no captulo 4. De forma a realizar testes e
comprovar a arquitectura proposta nesta dissertao, ser apresentado, no captulo 5,
um prottipo que se desenvolveu j com algumas funcionalidades de
provisionamento. Este prottipo ter tambm uma interface web que facilita o
provisionamento dos dispositivos, evitando que se criem e editem manualmente
ficheiros de configurao.
A concluso de todo o trabalho realizado nesta dissertao concretizada no captulo
6 e por fim so apresentados alguns anexos que complementam os assuntos
abordados ao longo deste documento.
7
2 Estado da arte
Neste captulo sero abordadas as tecnologias que, directamente ou indirectamente,
so necessrias ao desenvolvimento do trabalho, sobre o tema, da presente
dissertao.
2.1 Voz sobre IPA voz sobre IP a unificao de duas formas de comunicao distintas (voz e dados),
numa s rede convergente. Esta tecnologia, tambm conhecida por VoIP - do Ingls
voice over IP, permite essencialmente, a comunicao de voz sobre uma rede de
dados, baseada no protocolo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet
Protocol).
uma tecnologia que est amplamente em grande utilizao nos dias de hoje, a nvel
domstico, educacional e empresarial. Esta tecnologia ganhou fora como
complemento PSTN e em alguns cenrios substituiu-a por completo. Esta forma de
comunicao permite a utilizao da mesma cablagem para ligao de computadores
e telefones, facilitando tanto o projecto de toda a estrutura de rede como a
manuteno da mesma. [Maximilian10]
A convergncia do trfego de voz nas comunicaes de dados consegue-se
normalmente custa de DSP (Digital Signal Processor), que so processadores que
incluem conversores analgicos/digitais. Estes conversores segmentam o sinal de voz
9
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
em quadros, armazenando-os em pacotes de dados. Esses pacotes, encontrando-se j
no domnio digital, so transportados atravs da rede IP at ao destinatrio (telefone
IP ou outro dispositivo de voz), onde consumada a operao contrria, ou seja, os
pacotes de voz na forma digital so convertidos em sinais analgicos. [Silva03]
[Fernandes03]
Figura 2.1 - Converso Voz/Pacotes de dados
Para se alcanar um bom funcionamento de um sistema VoIP, utilizado um
conjunto de protocolos de controlo de sesso, que estabelecem e finalizam uma
chamada. Este funcionamento no seria conseguido sem a utilizao de adequados
codificadores/descodificadores (codec) de udio. Os codecs so ferramentas
estabelecidas a partir de algoritmos de compresso/descompresso que permitem
codificar a voz em pacotes IP ou vice-versa. Existem vrios tipos de codecs, que
variam entre si, na intensidade e na qualidade da compresso. [Silva03]
Associado voz sobre IP esto os termos mobilidade, integrao e reduo de custos.
Em termos de mobilidade e integrao, o VoIP consegue congregar estes conceitos de
uma forma mais activa que os servios telefnicos convencionais, devido facilidade
de integrao com computadores, PDA (Personal Digital Assistants), telefones sem
fios Wi-Fi (Wireless Fidelity), domtica, entre outros. A reduo de custos uma
certeza, por um lado, porque os operadores oferecem um plano de tarifas mais
competitivo e, por outro, porque possvel tirar melhor partido das ligaes de dados
entre filiais, passando tambm comunicaes de voz.
10
Captulo 2 | Estado da arte
2.1.1 Compresso e codificao
Um sinal analgico um sinal continuo composto por variadas formas de ondas
viajando pelo ar em ciclos. So exemplos de sinais analgicos a voz humana, o vdeo
e a msica. [Tittel96]
A voz humana um conjunto de ondas mecnicas1 em que as frequncias principais
ento compreendidas na gama de 300 a 3400 Hz. Estas ondas tm alguns padres que
se repetem em funo do timbre de voz e dos fonemas emitidos durante uma
conversao. [Cardoso06]
Num ambiente totalmente analgico possvel assegurar uma boa qualidade, uma
vez que, a transmisso das ondas entre os interlocutores so efectuadas atravs de um
meio metlico, onde possvel usar amplificaes analgicas. Contudo, esta forma
de transmisso representa um custo muito elevado devido impossibilidade de se
utilizar o mesmo meio para transmitir mais de um canal, em simultneo. [Solari97]
Para transmitir udio sobre uma rede informtica necessrio converter as formas de
onda analgicas, que compem a voz, em formato digital. Para tal, a voz passa pelos
tradicionais processos de converso analgica-digital que so conhecidos por:
amostragem, quantificao e codificao. S depois de se ter a voz em formato
digital que se podem inserir estes pacotes no campo de dados do protocolo de
transporte. Aps os pacotes de dados/voz serem transportados na rede e chegarem ao
seu destino, efectuada a converso inversa, ou seja, converso digital-analgica,
para deste modo se tornar audvel ao ouvido humano.[Silva03]
O objectivo de qualquer mtodo de codificao de voz produzir um conjunto de
cdigos binrios que necessitem de uma taxa, o mais baixa possvel de transmisso,
de modo a que o destinatrio possa reconstituir o sinal de voz, mais prximo possvel
do original, assegurando assim uma boa qualidade.[Solari97]
A diversidade de codecs existente tem a ver com o mtodo de codificao utilizado.
A tabela 2.1 apresenta alguns dos codecs mais utilizados, onde se pode ver a largura
1Ondas mecnicas so ondas produzidas por uma vibrao num material, como por exemplo, uma onda na gua, a vibrao de uma corda de viola ou at mesmo a voz de uma pessoa.
11
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
de banda ocupada (kbps), o atraso do algoritmo de compresso de cada um e o Mean
Opinion Score (MOS).[Sahabudin09][Minoli98][Rodman08]
Codec Taxa de bits Unidades (kbps) Latncia (ms) MOS
G.711 64 0,125 4,1
G.726 32 0,125 3,85G.729 8 15 3,7
G.723.1 5,3 / 6,3 37,5 3,6
Tabela 2.1 - Codecs [Sahabudin09][Minoli98][Rodman08][Macian08][Gibson05]
O MOS define uma escala de 0 (mau) a 5 (excelente) com o objectivo de medir a
qualidade da voz. Este valor obtido fazendo a mdia de avaliaes efectuadas por
diversas pessoas sujeitas ao teste de qualidade. [Gonia10]
A latncia apresentada na tabela 2.1 um valor fixo visto ser um parmetro inerente
ao algoritmo de compresso do prprio codec. Este atraso na propagao do pacote
de voz normalmente superior devido introduo de latncia do tipo de
comunicao usada (Ethernet, WiFi, ATM, Frame Relay, etc).
Para uma boa qualidade e percepo da comunicao entre duas pessoas, o atraso
total (ponto-a-ponto) no dever ser superior a 150ms. Entre 150ms e 200ms,
pessoas mais sensveis j podero notar o atraso. A partir de 250ms j se tornar um
atraso bem perceptivo e a comunicao comear a fazer-se com deficincias. Um
caso bem prtico os intervenientes comearem a sobrepor as suas falas um ao
outro.[Gonia10]
Estes valores de Taxa de Bits, latncia e MOS podem auxiliar no dimensionamento e
implementao de sistemas de voz sobre IP onde a largura de banda limitada. Pode
mesmo auxiliar a resoluo de problemas, ajudando a parametrizar os dispositivos de
voz em certos segmentos da rede.[Gonia10]
essencial nos dias de hoje, quando se implementam sistemas de voz sobre IP,
assegurar a Qualidade de Servio (QoS) na estrutura da rede. A QoS permite, muito
12
Captulo 2 | Estado da arte
sucintamente, que se possa diferenciar trfego numa rede de IP, dando por exemplo
prioridade a pacotes do tipo VoIP face a outros dados.[Gonia10]
2.1.2 Protocolos de sinalizao
Conforme abordado no incio deste captulo, as chamadas de VoIP, usufruem da rede
IP para a transmisso de sinais de Voz, em tempo real, na forma de pacotes de dados.
Para isto ser possvel, foi necessrio desenvolver protocolos adicionais de sinalizao
de chamadas e transporte de voz que permitissem a comunicao com qualidade
aproximada fornecida pelas redes de voz convencionais. So exemplo destes
protocolos, o H.323, o SIP e o IAX, que sero abordados mais frente.
Nesta seco, iro abordar-se os protocolos de sinalizao mais importantes na
evoluo do VoIP: H.323, SIP e IAX. Esta abordagem ser algo superficial uma vez
que no objectivo desta dissertao conhecer os protocolos ao seu mais baixo nvel.
2.1.2.1 H.323
O H.323 um padro que rege uma srie de sub-sistemas, protocolos, e algoritmos
para comunicaes multimdia. Originalmente, este padro surgiu aproveitando
normas j existentes (H.3201 e H.3242) para comunicaes de vdeo atravs de redes
de comutao de circuito, como por exemplo a linha RDIS (Rede Digital com
Integrao de Servios).
uma recomendao que integra um grupo de recomendaes H.32x definida pela
International Telecommunication Union Telecommunication Standardization (ITU-T),
equipa responsvel pelo tratamento de Sistemas Audiovisuais e Multimdia. A
recomendao H.323 tem a finalidade de especificar as comunicaes multimdia
nas redes baseadas em pacotes que no sejam dotadas de Qualidade de Servio(QoS).
Especifica tambm, padres de codificao e descodificao dos pacotes de dados
1H.320 uma recomendao do ITU-T para transmisso de dados multimdia sobre linhas RDIS.2H.324 uma recomendao do ITU-T para transmisso de dados multimdia sobre linhas analgicas.
13
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
udio e vdeo, garantindo desta forma que produtos baseados no padro H.323 de um
fabricante comuniquem com produtos H.323 diferentes.[ITU10]
O H.323, foi criado tendo como linhas orientadoras o udio/videoconferncia e as
capacidades de processamento de dados, numa rede de comutao de pacotes.
De forma mais especifica, o H.323 define um conjunto de protocolos para
comunicaes de udio e vdeo composto pelos seguintes protocolos:
H.245 para controlo;
H.225.0 para a ligao e estabelecimento da comunicao;
H.332 para largas conferncias;
H.450.x para todos os servios adicionais disponibilizados pelo H.323.
Para um sistema H.323 funcionar na integra so necessrios alguns elementos de
rede, os quais so descritos na tabela 2.2.
Elemento Funo
TerminalSo os dispositivos de fim de linha (Endpoints) que providenciam comunicao bidireccional em tempo real com outro terminal H.323.
Gateway
Normalmente um Gateway composto por um Media Gateway Controler (MGC)e um Media Gateway (MG). Um MGC trata da parte de sinalizao da chamada e o MG trata de toda a parte de mdia (vdeo e udio).Os Gateway tambm podem fazer a interligao com outras redes (PSTN, Servidores H.323, Proxyz).
Gatekeeper
O Gatekeeper fornece servios de resoluo de endereos e controlo de acesso rede para terminais H.323, MCU e Gateways.Tem a capacidade de colocar chamadas directamente entre dois terminais, ou encaminha-la para si mesmo e aplicar funes como ocupado, correio de voz, etc...
Multipoint Control Units (MCU)
So responsveis por gerir conferncias multi-ponto entre dois ou mais terminais.
Tabela 2.2 - Funo dos elementos de rede do H.323
14
Captulo 2 | Estado da arte
2.1.2.2 SIP Session Initiation Protocol
O SIP um protocolo de sinalizao, presena1 e mensagens instantneas2
desenvolvido para estabelecer, modificar e terminar sesses multimdia. Este
protocolo acaba por usufruir da vantagem da arquitectura de Internet e do conjunto
de protocolos que a compem, como o caso do UDP (User Datagram Protocol),
TCP (Transmission Control Protocol), IP, DNS (Domain Name System), entre outros.
[Johnston04] A sua estrutura, como seria de esperar, baseada em elementos do
Hyper Text Transport Protocol HTTP [Fielding99] e, a sua codificao, efectuada
em texto. [Handley99]
Foi desenvolvido com o objectivo focado na comunicao entre dispositivos
multimdia em que a comunicao pode ser uma sesso interactiva entre dois ou
mais intervenientes, podendo envolver intercmbio de vdeo, voz, mensagens
instantneas, jogos e realidade virtual.
O SIP caracterizado pela sua principal funo de iniciao de sesso (session
initiation / setup) baseado no modelo cliente-servidor, onde os intervenientes durante
uma comunicao normalmente trocam de posies (cliente servidor).
[Sinnreich01]
Este protocolo foi criado pelo grupo de trabalho Multiparty Multimedia Session
Control (MMUSIC) do Internet Engineering Task Force (IETF3). A primeira verso
deste protocolo foi publicada em 1997 sob a forma de Internet-Draft4.
Depois de algumas alteraes significativas no protocolo, surgiu a segunda verso,
publicada como Internet-Draft, em 1998. Em Abril de 1999, o SIP foi tornado num
padro pela RFC 2543. Foram publicadas posteriormente correces que deram
origem a outras RFC, como o caso da obsoleta RFC 3261. [Johnston04]
[Handley99][Rosenberg02]
1Presena refere-se troca de informao em tempo real sobre o estado de um utilizador/contacto.2Mensagens instantneas refere-se trocas de mensagens, normalmente de texto em tempo real entre dois utilizadores.3http://www.ietf.org4Internet-Draft - So documentos publicados pelo IETF, considerados esboos, que podero dar origem a RFC (Request For Comments).
15
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
O protocolo SIP essencialmente constitudo pelos seguintes elementos: SIP User
Agent, SIP Server, SIP Redirect Server, SIP Registrar Server e SIP Location Server.
Estes elementos, em conjunto, permitem a entrega das mensagens entre os
intervenientes da comunicao e so brevemente descritos na tabela 2.3[Handley99].
Elemento SIP Funo
User AgentSo os dispositivos terminais, tais como, telefones mveis, auriculares (handsets), Pcs, PDAs, etc. So estes que estabelecem e gerem a sesso SIP.
Proxy Server
Aceita pedidos do User Agent (UA), e solicita ao SIP Registrar Server informao sobre o UA destinatrio. O Proxy Server, encaminha o convite da sesso para o destinatrio se estiver no mesmo domnio, caso contrrio, encaminha para o Proxy Server do destinatrio.
Redirect Server Possibilita aos SIP Proxy Servers direccionarem convites de sesses SIP para domnios externos.
Registrar Server Contm as base de dados com a localizao dos utilizadores de um determinado domnio.
Tabela 2.3 - Funes dos elementos SIP
2.1.2.3 IAX Inter Asterisk Exchange
Inicialmente, o protocolo IAX foi desenvolvido pela Digium1 para criar ligaes
entre servidores Asterisk. Estas ligaes denominadas por trunks interligam dois
PBX Asterisk de forma a encaminharem chamadas entre si, ou seja, pacotes de
sinalizao e tramas2 de voz. Na figura 2.2 possvel ver um exemplo de uma
ligao em trunk. Na figura esto representados dois planos de numerao, um que se
inicia por cinco (5xx3) e outro por seis (6xx). Com estes dois planos diferentes
consegue-se criar uma regra em cada Asterisk, que indique que todas as chamadas
comeadas por cinco (5xx) so encaminhadas pelo trunk e o mesmo acontece para o
plano de numerao iniciado por seis (6xx).1Http://www.digium.com2Trama uma poro de informao transmitida atravs de uma rede de dados. O mesmo que quadro de dados, stream ou frame.35xx no Asterisk indica todos os nmeros marcados que se iniciam por 5, sendo os dois seguintes constitudos por quaisquer outros algarismos.
16
Captulo 2 | Estado da arte
Figura 2.2 - Exemplo de uma ligao trunk
O IAX um protocolo baseado no SIP, logo, existe uma certa semelhana entre
ambos. o protocolo nativo do Asterisk que para alm de trunks suporta tambm
transporte de sinalizao e dados em UDP. Em cenrios com um IPPBX Asterisk e
terminais IP clientes com suporte para IAX, possvel substituir por completo os
protocolos SIP e H.323.[Spencer10]
Como actualmente o IAX se encontra na verso 2 com a RFC 5456, qualquer
referncia neste documento dir respeito a essa mesma verso.
Os principais objectivos que levaram criao deste protocolo foi a reduo de
largura de banda entre os dispositivos de comunicao VoIP, evitar problemas de
Network Address Translator (NAT) e suportar a troca de informao de planos de
extenses (dialplans).
A reduo de largura de banda por parte do IAX foi conseguida usando um protocolo
binrio, ao invs de mensagens de texto, como acontece no SIP.
De forma a evitar problemas de NAT, o IAX faz uso do protocolo de transporte UDP,
tipicamente na porta 45691, para transporte de sinalizao e dados, ou seja,
utilizado o mesmo protocolo na mesma porta para as duas situaes. Desta forma, o
IAX consegue, com menos probabilidade de falhas, passar por encaminhadores
(Routers) e firewalls, face ao SIP. [Abbassi06] [Chava08]
1A primeira verso do IAX, utilizava o porto 5036
17
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
2.2 Dispositivos e equipamentos VoIPNeste sub-capitulo, iro abordar-se alguns termos tcnicos utilizados em
equipamentos fsicos de voz sobre IP (VoIP), que podero encontrar-se nos campi do
Instituto Politcnico de Leiria.
2.2.1 Telefones IP (Hardphones)
Telefones IP so dispositivos que permitem efectuar comunicaes de voz ou vdeo
sobre uma rede IP (VoIP). O termo telefone IP pode ser um pouco mais abrangente
e referir-se tambm a telefones virtuais (ou softphones), no entanto, neste
documento, este termo referir-se- a um dispositivo telefnico fsico.
Tambm correcto e comum chamar terminal IP, a estes equipamentos, sendo neste
caso um termo mais genrico pois pode englobar outros dispositivos, que no sejam
telefones, como por exemplo um adaptador analgico-digital (ATA).
So diversos os fabricantes deste gnero de equipamentos. No IPL existem quatro
modelos de telefones IP que sero contemplados no modelo de provisionamento a
desenvolver. Estes telefones IP esto apresentados na tabela 2.4, onde esto
especificadas as unidades existentes no IPL de cada um dos modelos.
Marca Modelo Unidades
Polycom Soundpoint IP 330 320
Snom 360 50
Linksys SPA942 100
Grandstream BT200 20
Tabela 2.4 - Telefones IP existente no IPL
No parque VoIP do IPL fazem tambm parte outros equipamentos VoIP, como por
exemplo: interfaces ATA, IPPBX e Mdias Gateway1.
1Media Gateway normalmente um equipamento ou ferramenta que faz a interligao entre dois sistemas de comunicao, por exemplo, entre uma rede VoIP e a Rede Pblica de Telefonia Comutada (PSTN).
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Captulo 2 | Estado da arte
Nas seces que se seguem, ser apresentado o estudo aprofundado dos telefones IP
da instituio. Este estudo teve a finalidade de conhecer as caractersticas dos
terminais bem como a forma de os provisionar remotamente. Portanto, as solues
aqui apresentadas, so vocacionadas para provisionamento remoto, logo, o relatrio
no inclui outras formas de configurao em que o resultado seja idntico, por
exemplo, configurao manual no telefone ou configurao via servidor web do
terminal IP.
Existem diversos telefones IP disponveis no mercado com capacidade de
comunicarem atravs dos protocolos H.323, SIP, IAX ou outros, podendo incorporar
diversas funcionalidades e caractersticas, tais como:
Vdeo;
Registo de vrias linhas/extenses;
Codecs;
Toques polifnicos personalizveis;
Agenda (local e sincronizada com AD1);
Conferncia com trs ou mais intervenientes;
Mos livres;
Teclas programveis;
Configurao via web e XML;
Provisionamento centralizado;
Na figura 2.3 apresentado um exemplo de um telefone IP onde se pode confirmar,
as suas caractersticas mais evoludas face a um telefone analgico convencional,
como o caso do visor de grandes dimenses, as vrias teclas de atalho e de acesso
ao menu de configurao.1Active Directory Servio de directrio para autenticao centralizada da Microsoft.
19
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
Figura 2.3 - Exemplo de um hardphone
2.2.2 Telefones virtuais (Softphones)
Um telefone virtual ou softphone uma aplicao informtica que corre num PC com
o objectivo de conjuntamente com uns auscultadores e microfone simular um
telefone fsico. Uma grande vantagem de um softphone a portabilidade, uma vez
que basta ter a aplicao em qualquer computador em qualquer local com acesso
rede, efectuar as configuraes necessrias, iniciar sesso com as credenciais
prprias e a extenso estar disponvel. Outra vantagem o custo, visto haverem
diversos de utilizao livre. Desta forma, com um computador porttil e com uma
ligao Internet possvel prolongar uma determinada extenso a qualquer
localizao, em qualquer pas do mundo.[Jason05]
Na figura 2.4, encontra-se representado um exemplo de um softphone, o X-lite1, um
dos mais conhecidos pelos utilizadores de sistemas VoIP.
1Http://www.counterpath.com
20
Captulo 2 | Estado da arte
Figura 2.4 - Telefone virtual IP X-lite
O X-lite um softphone do fabricante CounterPath e apesar de ser livre apenas para
utilizadores domsticos, importante apresent-lo neste documento por duas razes.
Uma delas deve-se ao facto de ser um dos mais utilizados por utilizadores de voz
sobre Internet a nvel mundial.[Farrell09]
A outra razo tem a ver com o projecto da FCCN, o ARARA1, que o IPL est a
aderir, em que o softphone fornecido ser deste fabricante.
O projecto ARARA tem como funcionalidades permitir atravs de um nico terminal
aplicacional disponibilizar voz, vdeo-chamada, audioconferncia, videoconferncia
e mensagens instantneas sobre protocolos universais como o SIP e o XMPP
(Extensible Messaging and Presence Protocol)2[Andre04].
Outro exemplo de um softphone est apresentado na figura 2.5 - Ekiga3. Este
softphone distribudo sob uma Licena Pblica de Utilizao (GPL) e tem verses
tanto para Windows como para Linux. As suas funcionalidades so semelhantes ao
X-lite.[Yang09]
1Projecto ARARA, www.fccn.pt/arara2XMPP, uma arquitectura livre, segura e descentralizada para comunicao em tempo real sobre a Internet.3Http://ekiga.org
21
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
A vantagem que mais se destaca no Ekiga em relao ao X-lite realmente a sua
licena - GPL, podendo ser utilizado para fins domsticos e comerciais ao contrrio
do X-lite que livre apenas para utilizadores domsticos.[EK10]
Figura 2.5 - Softphone ou Telefone virtual IP Ekiga
Um softphone pode ter todas as funcionalidades de um telefone convencional,
nomeadamente: encaminhamento de chamadas, chamada em espera, marcao rpida
e tele-conferncia. Tipicamente, os softphones esto dotados de muitas outras
funcionalidades como: vdeo, vrias linhas e protocolos de comunicao, compresso
e codificao, mensagens instantneas e alguns at permitem envio de SMS (Short
Message Service).[EK10]
Estas aplicaes VoIP seguem o modelo de arquitectura Cliente-Servidor para a parte
de autenticao e alguns processos secundrios. J os pacotes de voz so
encaminhados directamente para o destinatrio, ou seja, usando a arquitectura peer-
to-peer. Sendo assim, o funcionamento desta aplicao semelhante a um telefone
22
Captulo 2 | Estado da arte
IP, precisando de se registar num servidor (IPPBX Asterisk ou outro) para conseguir
comunicar com outro dispositivo. Existem diversas empresas na Internet que
disponibilizam servios para comunicao onde possvel utilizar softphones
proprietrios. De qualquer forma, se estes servios utilizarem protocolos padro
possvel usar softphones como o X-lite e o Ekiga. Alguns destes servios at
oferecem chamadas gratuitas, normalmente, com uma durao de tempo limitado.
[Robert08]
2.2.3 Adaptador ATA
Um adaptador ATA um dispositivo que permite utilizar um telefone convencional
(POTS Plain Old Telephone Service) numa rede de voz sobre IP. O ATA faz a
converso dos sinais de voz analgicos para o domnio digital, enviando-os para o
destinatrio, atravs da rede IP.
Na sua essncia, o ATA incorpora as funcionalidades de um telefone IP numa
pequena caixa onde se liga o telefone analgico e a ligao Ethernet (ou outra).
As ligaes ao meio de comunicao mais usadas so via interface Ethernet, USB ou
xDSL. Na figura 2.6 possvel visualizar as ligaes normalmente disponveis num
adaptador ATA.
Este conceito de dispositivo ATA pode vir incorporado em equipamentos como
routers, modems, entre outros.
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Figura 2.6 - Ligaes disponveis num adaptador ATA
Provisionamento em infraestruturas de voz sobre IP
2.2.4 Telefones de conferncia
Os telefones de conferncia, que normalmente renem as mesmas funcionalidades
que os telefones IP, so dispositivos mais direccionados para serem utilizados em
salas de reunies pois possibilitam a vrios intervenientes comunicarem em udio-
conferncia. Tipicamente, estes telefones prescindem de auscultadores, esto
equipados com mais que um microfone e funcionam em alta-voz. As restantes
caractersticas, em termos de interfaces de comunicao, configurao e
manuseamento assemelham-se aos telefones IP tpicos.
Na figura 2.7 apresentado um telefone de conferncia da marca Polycom, cujo
formato foi desenhado para estar no centro de vrias pessoas. caracterizado pelo
seu formato em tringulo que ajuda a direccionar os microfones para os
intervenientes.
Figura 2.7 - Telefone de conferncia Polycom
2.3 ProvisionamentoProvisionamento define um processo de preparao, configurao e/ou
personalizao de um ou mais dispositivos, de forma centralizada, atravs de um
servidor, via navegador web ou mesmo via scripts. O termo provisionamento pode
referir-se a configuraes efectuadas no servidor web do equipamento, sendo desta
forma feitas uma a uma.
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Captulo 2 | Estado da arte
No mbito desta dissertao, interessa o provisionamento centralizado e automtico,
ou seja, aquele em que as configuraes ou personalizaes podem ser feitas em
massa a todos os equipamentos, atravs de um ponto central - servidor. Para este
ltimo caso, usualmente utilizada a designao auto-provisionamento em vrias
webgrafias1.
Na rea das telecomunicaes comum definir provisionamento quando se
disponibilizam dispositivos, servios ou mesmo produtos ao utilizador final, sem que
este tenha que intervir, uma vez que tudo feito remotamente.
Tambm designado de provisionamento o processo que providncia, aos
utilizadores e dispositivos, o acesso a dados ou a tecnologias a eles inerentes. Pode
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