Aplicando QoS em comunicação VoIP em enlaces ADSL
Por: Adriano Uchoas Alessandro Leiva
Fabio Teodora de Jesus
Moacyr
Carlos Santos Filho
Resumo
A capacidade de comunicação de voz através da Internet atrai pela
crescente popularidade
da
Banda Larga. Este artigo apresenta
as limitações de qualidade existentes em enlaces do tipo ADSL e as exigências de aplicação dos mecanismos de
qualidade do serviço, que permitam
diferenciar os vários tipos de serviços que trafegam
no enlace ADSL, destacando as tecnologias existentes
e vantagens do sistema.
Palavras-chave: VoIP, ADSL, QoS,
Banda Larga.
Introdução
A abrangência da rede telefônica atualmente existente
no país retrata sua capacidade
e infraestrutura, que inicialmente usada somente para
tráfego de voz, ainda que
a capacidade de transmissão do par de fios fosse maior do que a demanda da
aplicação, a gama de funcionalidades não era explorada para outros serviços. A busca por maiores
taxas de transmissão cresce continuamente, sendo necessário o uso de novas
tecnologias para
melhorar o aproveitamento do par
metálico de fios, ou mesmo substituí-lo caso seja fator limitante para o aumento das taxas de transmissão.
Porém
apenas o aumento das taxas de transferência não é suficiente para garantir o perfeito funcionamento
do serviço. (ANSCHAU; MARQUES;
TEIXEIRA, 2010)
. O conceito de Qualidade de Serviço
(Quality of Service -
QoS), trata das técnicas para
prover o
melhor serviço para determinados tipos de tráfego, e neste sentido, a aplicação de políticas de QoS, deve ser implementado em
sistemas VoIP sob ADSL. (OLIVEIRA, 2005)
VoIP
O VoIP (Voice over IP), viabiliza
a comunicação telefônica utilizando a internet
como
meio de transmissão da voz, a
tecnologia VoIP converte sinal de
voz analógico através da quebra da conversação em pacotes de dados através do protocolo IP, e os transmite através da internet ou redes digitais privadas. E esses mesmos pacotes são utilizados com
vantagens sobre a
telefônia
convencional como, por exemplo,
possibilitar que diversas chamadas telefônicas
ocupem o espaço antes ocupado por somente
uma
chamada da rede convencional. (SOARES; FREIRE,
2002)
Um dos padrões mais conhecidos
para VoIP é o [H.323], definido pelo ITU
(International Telecommunication
Union) em 1996, que estabelece padrões para comunicações multimídia sobre redes locais
que não provêm funcionalidades de Qualidade de Serviço (QoS).
(OLIVEIRA, 2005)
Para efetuar a comunicação através de vos
sobre
IP
normalmente são necessários:
Gateway de Voz:
Dispositivo
responsável pela digitalização,
compressão, demodulação e funções
de empacotamento IP sobre o sinal de voz
recebido. Estes equipamentos também
possibilitam a interligação com
as redes telefônicas convencionais. (SOARES; FREIRE, 2002)
Agente de Chamada: Notificado
via sinalização enviada pelo
gateway de que
uma
chamada está sendo iniciada e analisa como a chamada
será gerenciada. (SOARES; FREIRE, 2002)
GateKeeper: Utilizados para as ligações em longa distância, que gerenciam uma série de
outros equipamentos e podem autorizar chamadas, fazer controle da largura de banda
utilizada, ou
seja,
ele
pode
ser
descrito como
uma
central telefônica
para
VoIP. (SOARES; FREIRE, 2002)
Equipamento de usuário: Dispositivo final usado pelo usuário que solicita o uso de
serviço de voz. Podendo ser este
analógico ou digital
A tecnologia ADSL, atualmente
é
uma das mais
populares,
principalmente no seguimento de usuários domésticos
e pequenas empresas. (SOARES;
FREIRE, 2002)
Enlaces ADSL
Nos anos 90, quase todos os usuários residenciais acessavam
a internet por meio
de linhas telefônicas analógicas utilizando um modem discado, e não se podia utilizar a
linha para voz no mesmo tempo. Quando os modens discados atingiram
o limite de
capacidade de transmissão de dados da Rede de Telefonia Pública Comutada (RTPC), as empresas de telefonia foram compelidas a desenvolver outras tecnologias que
permitissem acessar a internet
em altas velocidades (SAKURAY;
SADOYAMA,
2004).
Foi a partir dai que surgiu
a tecnologia ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber
Line), que
é uma
das
tecnologias
da família xDSL que utiliza
a infraestrutura da telefonia convencional, mas o faz sem deixar a linha ocupada, pois quando um
telefone esta sendo utilizado para
uma chamada de voz, este utiliza apenas uma pequena parte
da capacidade de transmissão da linha
que utilizam uma faixa de
frequência de onda muito
baixa, entre 300 e 4000 Hz. A tecnologia ADSL faz uso da faixa livre de frequência geralmente através da técnica FDM (Frequency Division Multiplexing-Multiplexação
por Divisão de Frequência ) ou com a técnica de Cancelamento de Eco. O FDM faz uso
de parte do espectro livre para envio de dados (lastreiam) e outra para o recebimento dos dados (downstream). (ALECRIM, 2012)
Figura
1:
Divisão
de frequências da
linha telefônica
no ADSL
Mas a tecnologia ADSL é limitada a localidades onde os usuários estejam
a uma distância entre 2,7 e 5,5 km
da central telefônica, ou seja, não se espera encontrar tal tecnologia
fora de centros urbanos. (KUROSE, ROSS, 2003)
Além disso, apesar de o ADSL ser capaz de atingir taxas de transferência
superiores às conexões
discadas, a tecnologia está sujeita a atenuação, em função das limitações físicas da linha telefônica, onde
a distância se torna o principal limitante. Baseado nisso, surgem
novas formas de se aproveitar
a
estrutura
física da rede telefônica, como o ADSL 2 ou ADSL+, que tem na forma de tratar o sinal ou modulá- lo, a tecnologia para
incremento da taxa de transmissão. Com
as
melhorias na tecnologia ADSL, tornou-se viável utilização deste tipo de enlace
para comunicação
de Voz sobre IP, mas para viabilizar o
uso de forma competitiva se comparado ao sistema tradicional de telefonia,
é necessário a adoção de políticas de qualidade. (KUROSE, ROSS, 2003).
Aplicando QoS em VoIP
A qualidade na comunicação
de voz sobre IP é muito subjetiva, mas devido as
próprias características do meio e as limitações
do protocolo TCP/IP, que não possui nenhum compromisso com QoS, a adoção de Técnicas de Qualidade de Serviço é
fundamental na medida em que se deseja
um melhor resultado na comunicação voz, principalmente
em enlaces ADSL.
Existem algumas técnicas básicas, como a adoção do protocolo RTP (Real Time Protocol), que faz com que os pacotes sejam
recebidos na mesma ordem de envio, uma vez
que os pacotes podem seguir caminhos diferentes, e não chegar exatamente na
mesma ordem. Para seu
funcionamento são necessários protocolos complementares como o protocolo RTCP (Real
Control Protocol), que realiza a
compressão e monitoramento, e o RSVP (Resource Reservation Protocol), que aloca parte da banda disponível exclusivamente para voz.
OS CODECs também exercem importante papel na
garantia de qualidade da comunicação, tais como: G.711, G722, G723, G727, entre
outros, diferenciados
basicamente
pelos
algoritmos usados, a média de atraso
e
qualidade de voz, sendo o G711 o
ideal para tratar deste último aspecto. (SILVA, 2010)
O Principal objetivo do QoS é priorizar o tráfego sensível ao retardo, como é o caso da voz, em
relação a transferência
dos demais dados, conforme demonstra a
figura 2.
Figura2
: Modelo para QoS
Segundo Hein (2011, p.17), para o funcionamento adequado do VoIP, devem ser
garantidos os seguintes parâmetros:
• Atraso fim-a-fim abaixo de 150ms, conforme ITU G.114: O atraso dos pacotes
numa comunicação fim-a-fim manifesta-se como o
eco, podendo ocorrer quando o atraso for superior a 50 ms, e a sobreposição de sinal (linha cruzada), podendo ocorrer quando
o atraso for superior a
250ms. (HEIN, 2011)
• Variação
do atraso (Jitter), inferior a 20ms: o efeito Jitter é a variação entre os tempos de chegada dos pacotes no destino
provocados pela rede. A remoção do
efeito Jitter requer que os pacotes sejam
armazenados por tempo suficiente em buffers, porém isso gera delay na transmissão que igualmente geram problemas
de qualidade de voz. Deve-se encontrar um ponto de equilíbrio na configuração. (HEIN, 2011)
• Perda de pacotes abaixo de 0,1%: Perda de pacote: As redes IP não podem assegurar que todos os pacotes serão entregues, muito menos na ordem correta de envio. Alguns pacotes podem ser
perdidos durantes
a transmissões quando a rede estiver congestionada, por exemplo. A interpolação entre pacotes é
uma solução encontrada para solucionar o problema de perda
de pacotes, uma vez
que a
qualidade de voz é sensível ao tempo de entrega dos pacotes. Perdas de
pacote maior que 10% geralmente
não são toleráveis. (HEIN, 2011)
Como implementar QoS em links ADSL?
A implementação de políticas de QoS links ADSL tradicionais, basicamente
pode ser implementada através dos recursos
das ferramentas disponíveis em
alguns modelos de roteadores
de mercado.
(FAGUNDES, 2011)
A manutenção de qualidade de voz aceitável apesar de variações inevitáveis em desempenho da rede, como congestionamento ou falhas na conexão, é alcançada
usando técnicas como compressão, supressão de silêncio, e
QoS nas redes de transporte. (FAGUNDES, 2011)
Alguns softwares pré-processam
as conversações de voz antes do envio, além de aplicar a técnica de
supressão de silêncio que suprime a transferência de pausas,
respirações e outros períodos de silêncio podendo chegar a 50-60% do
tempo de uma chamada, economizando largura de
banda de transmissão. Como a falta de pacotes é
considerada silêncio absoluto é necessário uma função para adicionar um
"barulho de conforto" na transmissão. (FAGUNDES, 2011)
Figura 3: Mecanismos de QoS.
Para a implementação de VoIP em
redes de longa distância (Wide
Área
Networks – WAN’s) duas abordagens de QoS podem ser
adotadas: Serviços
Diferenciados (DiffServ) e Serviços Integrados (IntServ). (SILVA,
2007)
A abordagem IntServ
procura garantir qualidade de serviço fim-a-fim, isto é,
negociando e reservando recursos exclusivos para tráfego priorizado por toda a rota entre transmissor e receptor. É baseado
no protocolo RSVP (Resource Reservation Protocol), e necessita que todos os roteadores nessa rota implementem esse protocolo.
A abordagem DiffServ baseia-se
na marcação de bits
TOS (Type of Service) no
cabeçalho do pacote
IP para atribuição de
diferentes níveis
de
prioridade para os pacotes.
Nas WAN’s privadas as empresas
têm a opção de adquirirem e instalarem
roteadores que
implementam DiffServ e/ou
IntServ e, dessa
forma, garantir
efetivamente uma excelente qualidade
para seus serviços VoIP.
(SILVA, 2007)
Na prática,
quando uma empresa deseja utilizar a Internet para serviços de VoIP, o máximo que se pode
fazer é garantir que
os dispositivos da rede interna implementem
DiffServ, (SILVA, 2007)
Conclusão
A implementação de VoIP, pode ser uma alternativa interessante ao
sistema tradicional de telefonia, onde a busca pela diminuição
do custo de comunicação seja
significativa, porém em enlaces ADSL, se não houver nenhuma preocupação com a adoção de técnicas básicas de QoS, o uso prático da Voz sobre
IP, pode ser inviável, pois não havendo garantia mínima de largura de banda disponível, e tratamento do
tráfego, a inteligibilidade
da conversação poderá ser totalmente prejudicada.
Entretanto nem
sempre tais práticas podem ser
adotadas, uma vez que a
implementação
de QoS representa custos,
podendo ser eliminada do orçamento, por em
alguns casos inviabilizar os
custos totais, frente ao
sistema tradicional de telefonia.
Há outros mecanismos para controle de
tráfego, inibição de congestionamento e
técnicas de enfileiramento para qualidade de
serviços, porém diminuir o custo da
implantação e oferecer
a melhor qualidade de voz é um dos desafios. Os equipamentos
de VoIP oferecem mecanismos para ajustar o ambiente
de transmissão e aperfeiçoar a
qualidade de voz dentro que custos aceitáveis, mas
nenhum mecanismo de QoS será eficiente se não houver disponibilidade e largura de banda suficientes, e neste quesito o método
DiffServ mostrou-se mais eficaz.
Apesar de a Internet não
prover QoS, e o ADSL não ser o sistema ideal, o que se
observa na prática é a obtenção de níveis aceitáveis de qualidade do VoIP através da Internet,
desde que adotando
um
bom
link e aplicando-se políticas
de
QoS
nos
roteadores e dispositivos, e com a constante redução
dos serviços de Internet,
disponibilidade cada vez maior de links em meios físicos
mais confiáveis e eficientes, redução nos custos de aquisição dos equipamentos necessários para implementação de QoS, o que se tem
hoje são mais e mais empresas adotando esse tipo de tecnologia.
Referências
ALECRIM, Emerson. O que é e como funciona ADSL. Disponível, com anotações
de
ANSCHAU, Querino Junior; MARQUES, Guilherme Geraldo de Freitas; TEIXEIRA, Damazio Pereira. ADSL e ADSL2: As Tecnologias
da Internet na Telefonia Fixa.
Disponível, com anotações de 2010, em:< www.teleco.com.br/tutoriais>.
FAGUNDES, Eduardo Mayer. A Convergência das Redes de Voz. Disponível, com anotações
de
2001, em :<efagundes.com>
HEIN,
Mathias. Qualidade em VoIP. Revista RTI. São Paulo:
Editora Aranda, 2011.
OLIVEIRA, Sergio
Ricardo de Freitas.
Solução Corporativa VoIP: Caso Prático. Disponível,
com
anotações de 2005, em: <www.teleco.com.br>
SILVA, Adailton J.J; Qualidade de Serviço em VoIP –
PARTE1. Rede Nacional de Ensino
e
Pesquisa, 2007.
SOARES,
Lilian
C.;
FREIRE,
Victor A..Redes Convergentes:
Estratégias para
transmissão de voz sobre Frame Realy,
ATM e IP. Rio de Janeiro:
Alta Books, 2002.
SAKURAY, F; SADOYAMA, N. N. Tecnologia xDSL, Universidade de Londrina,2004.
Geophoto
