Telefonia IP

Introdução, principais componentes, termos, e objetos de um sistema de

telefonia IP

Histórico

• Criado por volta de 1870, o telefone foi idealizado por alguns desenvolvedores.

• Invenção é atribuída a Meucci, porém foi Alexander Graham Bell quem primeiro patenteou.

• Thomas Edson criou um microfone de carbono e Graham Bell o receptor.

• Em 1889 Almon B. Strowger desenvolveu o primeiro PBX automático

Primórdios

• A manivela dos primeiros telefones tinha a função de gerar corrente a fim de sinalizar o Operador de telefonia que havia uma chamada.

• O operador plugava manualmente um conector do chamador ao conector correspondente ao destinatário, em um quadro de telefonia. Assim começava a Companhia Telefônica.

• Antes da Telefonia IP, vários princípios da Telefonia vigoravam por mais de 100 anos...

O que é a Voz ?• O som da voz provém da vibração das cordas

vocais, produzindo sons na faixa de 50-500Hertz.

• A voz resulta do mix das alterações provocadas no fluxo de ar dos pulmões que atravessa as cavidades sino-nasais, da estrutura do trato de voz e da forma como reverberam.

• A forma como a combinação de frequências ocorre em cada estrutura vocal determinam a assinatura única de voz de cada pessoa

Faixa de Frequências

• O ouvido humano em geral é capaz de detectar sons na faixa de 20 a 20kHz, com a maior sensibilidade na faixa de 300Hz a 10kHz, e que é reduzida progressivamente com a idade.

• A voz vocalizada e audível está bastante concentrada na faixa de 300Hz a 3.4KHz, e a expansão desta faixa não incrementa substancialmente a qualidade, porém a redução desta faixa degrada o entendimento

O que é Telefonia IP

• A telefonia IP é a emulação da telefonia tradicional através da comunicação por meio de pacotes de rede de dados.

• Emprega dispositivos que são capazes de transmitir uma conversação de voz por meio de uma rede de dados.

• Possibilita a interação, controle e gerência da comunicação de voz por meio de aplicações que usam a rede de dados para transporte.

Operação Básica do Telefone

• A telefonia doméstica é quase sempre analógica

• A telefonia empresarial é quase sempre analógica em pequenas empresas e digital, ou um mix das duas, em médias e grandes empresas.

• O tronco analógico, que vem da Operadora funciona quase sempre através do método “loop start”.

Funcionamento Básico

• A voz é convertida em sinais elétricos, os quais são transmitidos para o outro lado.

• Os sinais elétricos recebidos são convertidos mecanicamente em voz, ou são interpretados por processadores, no caso de telefones mais modernos e finalmente convertidos em som.

• Os telefones sem fio são ligados na tomada porque a energia que vem da operadora não é suficiente para alimentá-los, mas o princípio geral é sempre o mesmo.

Discagem

• Inicialmente a informação de dígitos era codificada mecanicamente pelo fechamento e abertura de relés.

• Mais recentemente foi criado um outro método de discagem, que permite adicionar inteligência do lado PBX receptor (em geral nos call centers).

• A discagem mais adotada atualmente é o DTMF

Funcionamento Básico

• A Operadora coloca uma voltagem de 48 Volts sobre o par de fios para alimentar o telefone e monitorar o “off-hook” – fora do gancho, e a atividade dos pulsos de discagem.

• Quando se tira o telefone do gancho, esta ação leva ao fechamento de um relé, que faz com que a corrente flua em um loop, e por isto chamamos este método de loop start.

DTMF

• Neste tipo de discagem, cada dígito é representado por dois tons;

• Por exemplo, o dígito 1 é representado pelas frequências 1209Hz e 697Hz, ao passo que o dígito 9 é representado pelas frequências 1477Hz e 852Hz.

• Este tipo de discagem é que permite hoje utilizar serviços bancários, call centers, e outros serviços acionados por teclas.

O que é Telefonia Tradicional

• É o sistema de comunicação de voz que permite a interação entre vários usuários utilizando a tecnologia tradicional, seja ela analógica ou digital, externamente, com a Operadora, ou internamente, em seus ramais.

• É o sistema que utiliza telefonia analógica, digital, e diferentes tipos de tronco: analógico, ISDN, E1/R2, outras sinalizações digitais.

O que é Telefonia Híbrida

• É o sistema de telefonia que agrega o parque legado, como antigos aparelhos analógicos, e permite a interação deste parque com os novos dispositivos IP.

• É o sistema de telefonia que suporta troncos tradicionais de PSTN (no Brasil, E1/R2, ISDN ou analógicos), em conjunto com troncos IP (em geral SIP).

Telefonia Tradicional (Origens)

• A telefonia tradicional remonta ao século XIX e seu mais famoso difusor/inventor foi Alexander Graham Bell.

• A telefonia foi simultaneamente desenvolvida por vários inventores e foi resultado direto do desenvolvimento científico e industrial tecnológico do final observado na segunda metade do Século XIX.

• O princípio da Telefonia tem se mantido basicamente o mesmo desde a sua invenção.

Princípios da Telefonia Tradicional

• Na telefonia tradicional, sobretudo no Brasil, os componentes principais de uma telefonia são:– Telefones analógicos– Telefones digitais– Troncos analógicos– Troncos Digitais– Aplicações: correio de voz, IVR, URA, Tarifador

Funcionamento do Analógico

• Tecnologia primária de comunicação, permite a comunicação de voz nos dois sentidos, início e término da ligação, e posteriormente o envio e recebimento de dígitos.

• Não ocorre troca de sinalização inteligente entre Central e Ramal ou Tronco.

• Quando se interliga um ramal interno, diz-se que a porta de conexão do equipamento de conexão (PBX ou Gateway) é FXS.

• Quando se interliga um tronco externo (operadora), diz-se que a porta de conexão externa (PBX ou Gateway) é FXO.

Introdução à Telefonia Digital

• A telefonia digital surgiu primeiramente para converter a informação analógica em digital e poder transmitir esta informação a grandes distâncias como sinal digital, sendo posteriormente reconvertida.

• Surgiu da necessidade de transportar a informação por grandes distâncias e melhor rotear os encaminhamentos de chamadas pela Operadora.

O que é Gateway

• Basicamente um Gateway é um conversor de um tipo de conexão/sinalização em outro. Diferentemente de um roteador, não processa ou sinaliza protocolo de comunicação, apenas converte uma forma de comunicação em outra.

• Especificamente no caso dos Gateways analógicos, o Gateway converte a sinalização analógica em sinalização SIP e vice-e-versa.

• Podem ser usados, por exemplo, para converter os troncos analógicos de um PBX tradicional em troncos IP (SIP ou H.323).

O que é E1/R2

• O protocolo E1/R2 é um forma de sinalização digital entre a Central PBX e a Operadora. Por ser digital, permite o trânsito de dados de sinalização entre o PBX e a Operadora, bem como o trânsito de vários canais sobre um único meio.

• Em geral, a Operadora fornece uma entrada coaxial (TX/RX) para ser conectada diretamente ao PBX.

O que é o Tronco Analógico

• O tronco analógico não encaminha qualquer sinalização ou inteligência. No entanto, graças ao DTMF é possível encaminhar dígitos, os quais podem ser processados por uma URA ou equipamento que disponha de inteligência para realizar este tipo de processamento. Ainda assim, não existe propriamente uma inteligência de conexão/desconexão ou troca de informações, o que torna a conversão desta forma de comunicação problemática em algumas situações.

O que é H.323• H.323 é um protocolo de comunicação para voz que funciona sobre

o IP. Desta forma, permite o trânsito de informações entre o PBX e a extensão, ou entre dois equipamentos distintos, com toda a sinalização necessária, usando o protocolo escrito sobre IP, empregando o UDP.

• O H.323 é um protocolo mais completo e complexo do que o SIP, permitindo implementar um sistema de telefonia com riqueza de recursos.

• Por outro lado, existem variações no H.323 entre diferentes fabricantes que afetam a compatibilidade entre equipamentos e dispositivos de fabricantes diferentes. Em geral, a não ser que seja explicitamente documentado, um telefone H.323 de um fabricante não terá qualquer garantia de compatibilidade com aparelhos e PBX de outro fabricante.

O que é SIP

• SIP é um protocolo leve de comunicação para iniciar, modificar e terminar sessões, onde o estado da ligação é mantido pelos endpoints.

• Idealizado para facilitar a mobilidade e interoperabilidade entre diferentes dispositivos, PBX´s e operadoras.

• O padrão dominante para tronco IP de PBX hoje é o SIP. A adoção como padrão para ramal vem crescendo, mas ainda compete com implementações H.323 dos fabricantes. Atualmente é comum a implementação tanto de ramais SIP como de ramais H.323

PBX IP Appliance

• PBX´s do tipo appliance (equipamento, hardware integrado) têm a sua implementação embutida em Hardware.

• PBX´s do tipo appliance incorporam os protocolos de sinalização (E1/R2, ISDN) bem como os protocolos de Telefonia IP no próprio Hardware, o que os torna menos propensos a problemas de compatibilidade com Operadoras.

• PBX´s do tipo appliance já resolvem as questões de compatibilidade, translação e transformação de sinalizações no próprio equipamento, dispensando gateways e bancos de ramais.

PBX´s do tipo Software

• PBX´s de software implementam em geral a sinalização SIP para tronco e ramal. São plenamente compatíveis com as operadoras IP e diversos modelos de telefones IP de diferentes fabricantes.

• PBX´s de software requerem gateways e placas que precisam ser compatibilizados com as sinalizações legadas.

• São mais complexos de configurar em ambiente híbrido.• PBX´s por software são voltados para instalações puramente

IP, com ramais IP e Troncos IP.• PBX´s por software requerem servidores (PC´s) para

funcionar. Em geral é mais adequado implementar em máquina virtual em máquinas de alto poder de processamento.

Componentes básicos de uma Telefonia IP

• PBX IP (Appliance ou Software)• Servidor de Aplicações• Enpoints (Telefones IP, Softphones)• Troncos IP (SIP)• Troncos Digitais (E1/R2)• Troncos Analógicos• Endpoints Legados (telefones analógicos, fax)

PBX IP por Software• É o processador de comunicações• Registra os usuários• Processa a comunicação entre os ramais e

enpoints• Controla os acessos por meio de regras

configuradas• Recebe o tronco IP (SIP)• Pode incorporar um servidor de aplicações• Realiza o chaveamento entre chamadas IP

PBX IP - Vantagens

• Permite o uso de aparelhos mais sofisticados de telefonia, tanto em recursos de display como de mensageria.

• Permite gerenciar a telefonia dentro de uma rede de dados, e consolidar a gerência e controle no Departamento de TI.

• Permite adotar o mesmo conceito de regras e políticas usados em rede de dados aplicados a uma rede de voz.

• Permite integrar todas as formas de comunicação na mesma rede dados e pode ser gerenciado como um equipamento de dados.

PBX IP Vantagens (cont.)

• Permite usar uma estrutura física unificada de dados para voz e aplicações.

• Permite integrar aplicações (application server) ao uso de telefonia e voz.

• Permite usar as Operadoras IP e as vantagens competitivas da rede WAN, bem como de segurança (VPN´s).

• Permite integrar voz, vídeo, chat e gerência em uma única estrutura.

Troncos

• Troncos são as saídas para as Operadoras• Troncos analógicos são as Linhas Analógicas

que as Operadoras disponibilizam. A porta do PBX que interliga-se ao Tronco Analógico é FXO, cujo meio físico é um par de cobre.

• Troncos Digitais em geral seguem uma sinalização denominada E1/R2. A operadora entrega um link SHDSL que permite entregar, por exemplo, 30 canais de Voz em um único link.

Tronco IP

• O tronco IP em geral é um link de dados, conectado à WAN, e emprega o protocolo SIP. Não existe limite para o número de canais em tronco SIP, a não ser aquele contratado junto à Operadora e o determinado pelo licenciamento e capacidade da Central.

• PBX´s IP por Software podem suportar 60 ligações simultâneas por tronco IP (SIP) sem necessidade de Hardware especial.

Endpoints

• São os ramais.• Endpoint IP é qualquer dispositivo que aceite um

software cliente SIP ou um aparelho desktop com cliente H.323.

• Aparelhos DECT sem fio que se comunicam via SIP com uma base IP são Enpoints IP.

• Aparelhos de celular com cliente SIP podem ser ramal SIP de Central, via Wi-Fi ou 3G.

• Qualquer Smartphone cujo sistema operacional suporte um client SIP pode ser ramal do PBX IP.

Enpoints Legados

• São telefones analógicos ou aparelhos de fax.• Requerem que o PBX possua porta do tipo

FXS.• Podem ser ligados diretamente ao PBX

híbrido, que é aquele que possui porta FXS nativa ou a gateways, em situações especias.

• PBX´s IP por software somente admitem Enpoints legados por meio de gateways FXS que sejam preparados para aquele tipo de PBX.

Introdução à Telefonia Digital

• Um outro motivo para as Operadoras digitalizarem a voz é a possibilidade de multiplexar voz e dados, e combinar vários canais de voz em uma única conexão física.

• Para digitalizar um canal de voz analógico é realizada uma amostragem do nível do sinal elétrico a uma taxa de 8000 vezes por segundo.

Digitalização

• A taxa de 8000 amostragens por segundo é derivada de uma teoria desenvolvida por Harry Nyquist, que estabelece ser necessário amostrar os sinais no dobro da taxa da maior frequência presente. Desta forma, como a maior frequência de sinal é 3.4KHz, teremos uma amostragem de pelo menos 6.8KHz.

• O padrão de bits que melhor acomoda esta taxa nos traz 800 amostragens por segundo.

PCM

• Existem dois tipos de PCM. No Brasil utilizamos aquele conhecido como A-Law.

• A interface digital que empregamos no Brasil é o E1 a 2.048Mbps

• O Codec empregado no E1 brasileiro é o G.711: “Pulse Code Modulation for Voice Frequencies”.

• A interface física que empregamos é o G.703.

E1/R2

• É a sinalização + interface física que empregamos no Brasil e é entregue pela Operadora ao cliente no lado tronco (Tronco E1).

• A quantidade de canais entregue varia entre 10, 15 e 30 em geral.

• A sinalização que carrega a informação referente aos canais de voz é digitalizada no assim chamado canal CAS.

• O CCS também um canal de sinalização do E1, porém é empregado em mensagens baseadas em HDLC.

Ramais Digitais

• Antes da introdução da telefonia IP existia uma necessidade de acrescentar inteligência aos aparelhos telefônicos e adotar uma forma de os aparelhos poderem trocar mensagens com o PBX em dois sentidos.

• Uma telefonia interna digital (ramais) foi desenvolvida, porém de forma proprietária, mas foi este processo que originou a base de funções que fomentou a necessidade de uma telefonia ainda mais sofisticada e métodos de controle e aplicações que somente poderiam ser resolvidos com o IP.

O Digital vira IP• A telefonia IP, em outras palavras, é uma telefonia

digital e pode ser confundida com esta última, porém há diferenças importantes.

• A telefonia digital transporta a informação como dados, mas no fundo faz apenas a conversão analógica-digital-analógica em um sistema físico próprio.

• A telefonia IP emula a analógica, a digital e também permite a integração com aplicações, por causa do protocolo padrão IP, além de permitir usar a mesma estrutura das Redes Ethernet – protocolo e meio físico. E isto muda completamente o paradigma.

Novo Paradigma• A telefonia agora é uma das aplicações, uma das

formas de comunicação que ocorre entre as pessoas, usando o mesmo meio físico e protocolo de uma rede de dados.

• A telefonia deixa de ser uma tecnologia à parte e passa a ser uma, dentre várias outras, formas de comunicação entre as pessoas.

• As funções e usos são preservados, mas tecnologia mudou completamente, pela primeira vez, desde a invenção do telefone.

• As companhias, usuários e fabricantes, se reinventam.