Mudança entre redes WiFi-GSM baseada em SIP

Paulo Cesar Siécolasiecola@ime.usp.br

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Introdução:Muitos dispositivos móveis, como telefones celulares e PDA, estão sendo equipados com outras interfaces sem fio, como WiFi, além de GSM ou CDMA

Em locais com cobertura WiFi, estes dispositivos podem utilizar um software de telefonia com SIP (Protocolo de Inicialização de Sessão) para VOIP (Voz Sobre IP)

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Introdução:A economia em ligações por VOIP motiva o crescimento da tecnologia nestes aparelhos

Surge a tecnologia de fazer com que estes dispositivos de dupla modalidade (GSM e WiFi) mantenham a sessão de voz para permitir a troca entre as duas redes

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Motivações:Há cada vez mais aparelhos com interface para redes WiFi

O número de locais com cobertura destas redes está crescendo junto com os serviços disponíveis

Aparelhos celulares têm maior processamento e memória, sendo capazes de possuírem outros algoritmos e protocolos para telefonia móvel

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Motivações:A evolução dos codificadores e decodificadores (codecs) de áudio para VOIP tem permitido uma qualidade de voz satisfatória mesmo em redes com atrasos e perda de pacotes

Codecs abertos como iLBC (Codec de baixa taxa de transmissão de bits para internet) é um exemplo que garante qualidade de voz com perdas de até 15% de pacotes

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Desafios:O dispositivo deve ser capaz de decidir pela troca entre as redes de forma automática durante uma ligação, sem a interferência do usuário

O fluxo de voz em ambos os sentidos não deve ser prejudicado durante o processo de troca

O usuário não deve perceber a mudança de redirecionamento do dos pacotes de áudio

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Desafios:A operadora de telefonia deve possuir tanto a infra-estrutura convencional de redes celulares quanto a de telefonia IP

Os servidores SIP de registro, redirecionamento e encaminhamento devem estar sempre conectados a infraestrutura de telefonia celular

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Benefícios:Redução dos custos em ligações e permitir que o usuário tenha apenas um número público para receber chamadas

Mudanças de rede sem que o usuário tenha que interromper a ligação

Não há necessidade de ter que se registrar em uma outra operadora de telefonia VOIP para poder realizar ligações utilizando WiFi

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Cenário:

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O dispositivo de dupla modalidade:

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Capacidades do disposivito:Possuir codecs de áudio como GSM, G711, G729 e iLBC

Armazenar pacotes de áudio da rede WiFi, durante um tempo grande o suficiente para evitar picotes por atrasos de outros pacotes. O ideal é que o tempo de armazenamento seja variável de acordo com as condições da rede

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Capacidades do disposivito:Registrar na rede GSM e no provedor SIP ao mesmo tempo e com isso estar apto a receber ligações de qualquer uma das redes

Transmitir e receber pacotes simultaneamente da rede GSM e WiFi, para que a transição entre elas seja o mais suável possível

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Transição de WiFi para GSM:O móvel inicia uma chamada via WiFi com o auxílio do cliente SIP

Percebendo a queda do sinal WiFi ou uma perda de pacotes acima do aceitável, inicia-se o processo de transição para GSM

O rádio para rede GSM é ligado

A ligação via rede GSM é iniciada

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Transição de WiFi para GSM:É feito o registro e a autenticação na rede celular

É estabelecido o circuito de voz

A troca para GSM é feita

A transação SIP com o servidor é desfeita

O processo de transição é completado

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Transição de WiFi para GSM:

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Transição de WiFi para GSM:

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Transição de WiFi para GSM:

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Parâmetros de troca de rede:A troca da rede WiFi para GSM pode ser realizada baseada em parâmetros e condições que não levam diretamente em conta a qualidade da voz, como o percentual de perda de pacotes e relação sinal/ruído (SNR) do sinal recebido

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Parâmetros de troca de rede:Além disso, a qualidade da voz recebida depende da capacidade do codec de regenerar o áudio de acordo com as perdas e atrasos dos pacotes recebidos

Estes dados podem trazer uma estimativa da qualidade de voz e gerar um número que será um dos parâmetros na equação de decisão de troca para a rede GSM

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Parâmetros de troca de rede:O PESQ (Avaliação Percentual da qualidade da fala) é um número que pode ser gerado a partir destes parâmetros:

5 – Excelente 4 – Bom 3 – Razoável 2 – Ruim 1 – Péssimo

Um valor abaixo de 3,5 por alguns segundos pode ser considerado como um ponto de transição

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Parâmetros de troca de rede:

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Transição de WiFi para GSM:O simples fato da queda do nível de sinal recebido da rede WiFi não pode ser decisivo, assim como uma boa qualidade de sinal não garante banda suficiente para transmissão e recepção

O nível de sinal pode variar entre bom e ruim ao longo do tempo, dependendo da movimentação do usuário

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Transição de WiFi para GSM:O percentual de perda de pacotes pode variar por sobrecarga da rede no upload e/ou download

A combinação sucessiva entre os dois fatores é a mais segura para a transição entre as redes

A perda permanente e abrupta do sinal WiFi irá ocasionar queda da ligação ou silêncio por alguns segundos

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Transição de WiFi para GSM:

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Transição de WiFi para GSM:No gráfico anterior, o usuário se afasta do ponto central da rede WiFi e a linha horizontal em magenta é o limiar da relação sinal/ruído aceitável

A linha vertical azul é o momento que a transição deve ocorrer, pois a sucessiva combinação da queda de SNR abaixo do limiar e o aumento da perda de pacotes sugere que a situação só irá piorar

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Transição de WiFi para GSM:A figura (1) mostra a voz recebida pelo dispositivo a partir do início da transição. Neste caso o fluxo é interrompido por 10 segundos, que é o tempo gasto para inciar uma chamada GSM

Na figura (2) o fluxo é mantido até que a chamada se complete. A chamada SIP e o fluxo de voz permancem até que a chamada GSM se complete. Nenhum intervalo de voz acontece

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Transição de WiFi para GSM:

(1)

(2)

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Transição de GSM para WiFi:Muitos fatores devem ser levados em conta, como a estabilidade da rede WiFi, por isso neste caso deve-se manter ambas chamadas ativas por alguns segundos, até que se tenha certeza que a qualidade da voz será satisfatória

Não é possível prever as condições futuras de uma rede WiFi onde um móvel acaba de se conectar

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Transição de GSM para WiFi:Antes de iniciar a chamada, o cliente SIP deve-se registrar no servidor

Após o registro aceito, o cliente deve iniciar a transação de requisição de ligação

O tempo entre o início do processo de registro até o estabelecimento da chamada e o início do fluxo de voz leva cerca de 2 segundos

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Transição de GSM para WiFi:

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Conclusões:Existem algumas operadoras pelo mundo e telefones celulares que já implementam este tipo de facilidade

No Brasil ainda não há este tipo de serviço

Estudos encorajam desenvolvimento de novas técnicas no sentido de facilitar a implantação e garantir a estabilidade do serviço

Fim.

Obrigado!