10/02 - Apresentação da Disciplina e discussão sobre o PI

• Apresentação da disciplina e plano de ensino;
• Remontando a história da Telefonia;

17/02 - ${\displaystyle \blacklozenge }$ Resgatando bases da Telefonia Analógica

Vamos dar uma situada sobre a Telefonia IP

Convergência

O processo de convergência das tecnologias de telecomunicações e processamento de informações, via sistemas computacionais, tem promovido profundas alterações no contexto das Telecomunicações. Exemplo: serviços multimídia, presentes em dispositivos móveis e celulares. Ademais, o acesso à informação tem se tornado cada vez mais rápido e ubíquo (independente de dispositivo ou localização) e a integração dos Sistemas Telefônicos às Redes de Computadores foi um passo natural. Desse modo, a convergência em telecomunicações é uma tendência representada pela fusão dos sistemas de informação e comunicação, resultando numa síntese de serviços, recursos e informações capazes de prover diversas utilidades à sociedade.

VoIP (Voz sobre IP)Tecnologia que permite a transmissão de voz por IP, ou seja, transforma sinais de áudio analógicos em dados digitais que podem ser transferidos através de protocolos da Internet. O método está cada vez mais presente com softwares que tem se baseado nessa tecnologia, como Skype, Facebook Messenger, Viber e WhatsApp, e claro, a Telefonia IP.

Para o caso da Telefonia IP, VoIP é o termo usado para se referir às técnicas de empacotamento e transmissão de amostras de voz sobre redes IP e aos mecanismos de sinalização necessários ao estabelecimento de chamadas telefônicas nessas redes.

OU para uma empresa:

Telefonia IP é empregado para se referir à aplicação de tecnologias de VoIP na transmissão e na sinalização, com oferecimento de um serviço de qualidade similar ao da telefonia convencional.

A telefonia IP é vista não só como capaz de estabelecer chamadas telefônicas e outras funcionalidades típicas de sistemas telefônicos (redirecionamento e retenção de chamadas), mas também como uma plataforma de integração de serviços típicos da internet (web, correio eletrônico, streaming de áudio e/ou vídeo).

TELEFONIA ANALÓGICA

Acompanhe as explicações complementares do professor dos

* slides introdutórios sobre Telefonia Analógica e responda as questões que serão colocadas durante essa exposição!

${\displaystyle \blacklozenge }$ Tarefa para próxima aula 02/03 (AE1). Cada dupla de alunos designada pelo professor, irá escrever um pequeno texto auxiliado com imagens (se for o caso), a explicação de duas funcionalidades (uma simples e outra complexa) presentes em centrais automáticas analógicas e digitais. É obrigatório fazer o registro aqui neste espaço, usando a linguagem da Wiki.

Funcionalidades de centrais automáticas

Simples:

• Estacionamento de chamadas (chamada em espera);

https://vocegestor.com/glossary/sistema-de-bilhetagem/
https://www.dicionarioinformal.com.br/significado/bilhetagem/8258/

• Caixa postal com envio do áudio por email.
  
  Um sistema de caixa posta é um sistema centralizado utilizado em negócios para enviar, guardar e recuperar mensagens de áudio, como uma secretaria eletrônica faria em casa.
  Cada ramal numa central telefônica é normalmente lincado a uma caixa postal, então quando o numero é chamado e não é atendido ou esta ocupado, a pessoa que chamou ouve uma mensagem previamente gravada pelo usuário. Esta mensagem pode dar instruções para a pessoa para deixar uma mensagem de voz ou dá outras opções disponíveis, como bipar o usuário ou ser transferido para outro ramal ou para a recepcionista e atá em envio de um
  voicemail até o usuário. Contribuição: PEDRO FAGUNDES e GUILHERME;

Complexas:

• Chamadas de vídeo e mensagens

http://sakber.com.br/tardesc.htm 
https://www.anatel.gov.br/Portal/verificaDocumentos/documento.asp?numeroPublicacao=139510&assuntoPublicacao=null&caminhoRel=null&filtro=1&documentoPath=biblioteca/releases/2007/release_28_02_2007ad.pdf

• Call center, PEDRO FAGUNDES, GUILHERME;

02/03 - O protocolo SIP e softphones

Listas de exercícios

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Lista 1

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Apresentação da ementa.
                                                                              • Revisão histórica. A PSTN.
                                                                              • A voz digitalizada.
                                                                              • Sinalização e transporte da mídia.
                                                                              • Telefonia clássica versus telefonia IP (comutação de circuitos versus comutação de pacotes).
                                                                              • Problemas associados a telefonia IP: tabela comparativa com PSTN.

Revisão histórica. A PSTN

Até 10 anos atrás a base da comunicação de voz através de rede de telecomunicações era a Rede Pública de Telefonia (PSTN). Esta rede ainda é amplamente usada mas está perdendo força para a (Ii)nternet.

São característiscas desta rede:

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • fios ou circuitos dedicados para a comunicação da voz;
                                                                                                        • permite a comunicação duplex;
                                                                                                        • proporciona qualidade para transmissão da voz (até 3400Hz)
                                                                                                        • é baseada em comutação de circuitos
                                                                                                        • hoje é baseada quase que totalmente na transmissão digital mas até pouco tempo usava a transmissão analógica.
                                                                                                        • Existe desde o século XIX

Transformação da voz em sinal elétrico e a transmissão

Através de um transdutor é possível converter o sinal sonoro (onda mecânica) em um sinal elétrico que varia no tempo.

Exemplo1: microfone de carvão

Usando uma fonte dc com este microfone é possível conceber um sistem em que o sinal elétrico gerado pelo microfone é amplificado e transmitido por fios (2 fios). O receptor pod aplicar o sinal em um alto-falante, que faz o reverso do microfone.

Um sistema duplex necessitaria neste caso de 4 fios mas é possível usar um dispositivo para mesclar os dois sinais (híbrida).

Desta forma, é pssível transmitir e receber voz com dois fios simultaneamente.
Os fios devem partir de um telefone associado a um usuário até o outro telefone.
NOTE que estes fios são dedicados a comunicação entre estes dois usuários! 

Chaveamento de circuito - o papel da operadora

No item acima observamos que é possível transmitir e receber voz entre dois usuários. Entretanto, logo após as invenções dests tecnologias, observou-se que, para fins de otimização, todos os telefones deveriam estar ligados a uma central.

O uso da central evita uma conexão permanente de todos para todos, o que
inviabilizaria o sistema.

Então, inventou-se as centrais telefônicas.

Inicialmente que operava a central era um ser humano. Logo a seguir, estes dispositivos foram automatizados.

Necessidade de um protocolo de sinalização

De alguma forma, o chamador do sistema de telefonia, deveria indicar com quem ele deseja se comunicar. O usuário chamado deve receber um sinal audível e proceder o atendimento. É um protocolo conhecido por todos nós. Mas uma série de eventos acontece na prática:

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1. o usuário retira o telefone do gancho e a central detecta este evento e põe-se a escutar a linha do chamador;
                                                                                                                                  2. o chamador disca o número desejado (interrupções de um sinal dc da linha);
                                                                                                                                  3. a central observa o número de interrupções e o associa a um circuito a ser chamado.
                                                                                                                                  4. a central coloca um sinal audível de chamada na linha do usuário chamado (e também uma pequeno sinal para o chamador);
                                                                                                                                  5. o usuário chamado atende e a central detecta o atendimento;
                                                                                                                                  6. a central interconecta o circuito do chamador com o circuito chamado. Pronto, a comunicação pode se dar entre os dois usuários.

Fica evidente a necessidade de duas componentes do sistema: a sinalização e o transporte da informação propriamente dita.

Exercício: Fazer um diagrama de troca de mensagens no tempo, composto pelos três elementos básicos de uma comunicação telefônica: chamador, chamado e a central telefônica.

Digitalização do sinal de voz e da sinalização

Você já deve saber que a tendência é a representação digital binária de qualquer 
informação. Isto facilita o seu processamento, transmissão e armazenamento 
(se necessário).

O sistema telefônico foi quase que completamente digitalizado. No caso particular do sinal da voz, procede-se um processo de amostragem e de quantização para a geração de uma sequência de bits associada ao sinal de voz. Trata-se da técnica chamada PCM.

Nesta técnica amostra-se o sinal analógica a uma frequência específica (sampling rate). No caso da telefonia esta frequência é de 8000 vezes por segundo (8khz). Cada amostra é transformada em um agrupamento de 8 bits (um byte). Por que 8000 khz. É uma limitação teórica descoberta por Nyquist que diz que a a frequência de amostragem deve ser duas vezes maior que a maior frequência que compõe o sinal. Para a transmissão da voz, a frequência limite é 4khz.

LEMBRE que um sinal no tempo pode ser descrito pela soma de senóides. Desta forma, um sinal pode
também ser descrito no domínio da frequência, ou seja pelas frequências e fases das senóides que
o compõem.

Ver a representação no domínio da frequência aqui.

NOTE que amostragem de 8Khz com 8 bits por amostragem leva a uma taxa de transmissão de 64kbps

Ou seja, se você digitalizar a voz e transmitir por um par de fios, a taxa de transmissão deverá ser de no mínimo 64kbps. Uma linha telefônica (fixa) que chega a sua casa via fios, possivelmente ainda é analógica (loop local, mas assim que ela chegar em uma central será digitalizada a esta frequência.

As centrais como chaveadoras de circuitos

Entre centrais telefônicas e entre centrais e PABXs normalmente os enlaces são realizados por troncos E1 (ou hierarquias destes troncos). Nestes sistemas os canais digitais são multiplexados no tempo (ver aqui).

Em uma ligação telefônica que passa por várias sinais, toda a sinalização é repassada de forma digitalizada por canais adicionais no E1 (ou uma variante disto). O chaveamento de circuito é espacial e temporal, ou seja um determinado slot de tempo de uma linha física é mapeado em outro slot de tempo em outra linha física. Com todo mapeamento realizado, a conexão entredois telefones interligados por várias centrais é se passa como se fossem dois fios.

Redes com chaveamento por pacotes versus chaveadas por circuitos

Um ponto chave da rede PSTN é que, sendo baseada em chaveamento de circuitos proporciona uma ligação permanente entre dois terminais telefônicos. Mesmo que um usuário não fale nada, os recursos estão alocados para a comunicação. Esta abordagem tem vantagem e desvantagem. A vantagem é a qualidade da comunicação: os recursos estão lá e não são disputados por ninguém. A desvantagem é o desperdício de recursos. Se o usuário não fala desperdiça um recurso valioso.

As redes de pacotes seguem uma abordagem diferente. A informação a ser transportada (qualquer que seja), é organizada na forma de pacotes de bits. Estes pacotes, pelo menos naquelas sem conexão, possuem endereço de destino e de fonte. Todas os enlaces de conexão entre "centrais" são multiplexados em termos de pacotes. Em uma mesma linha, podem seguir pacotes de diferentes origens/destinos. As centrais na realidade são chamadas de roteadores, que chaveiam pacotes para outros enlaces conforme o destino do pacote e a informação de uma tabela de roteamento.

Exemplo 1

Exemplo 2

Uso de redes de pacotes (Internet) para a transmissão de mídias diversas

Originalmente a Internet foi concebida para a transmissão de dados que não tinham requisitos fortes de tempo. Por exemplo, o envio de um email pode demorar alguns minutos até chegar no seu destino. Entretanto, com os avanços em todos os campos das telecomunicações e da computação, conseguiu-se meios de transmissão com altíssima capacidade de transmissão bem como roteadores com grande velocidade de chaveamento. Tudo isto possibilitou que se começasse a usar a Internet para o transporte para outras mídias, tal como a voz e vídeo em tempo real.

Surge uma nova área que é a telefonia IP. Todos os serviços até então construídos sobre as PSTNs começam a ser construídos sobre a Internet.

Um sério problema ainda não resolvido na transmissão de vozo edital para o pes em tempo real (e vídeo també) é a questão da qualidade de serviço. Pacotes podem sofrer atrasos, corrompidos, duplicados ou perdidos. Não é possível ainda garantir qualidade na transmissão. O que se faz é colocar recursos de sobra para não se ter problemas...

02/03 - O protocolo SIP e softphones

Objetivos

Ao final da aula o aluno deverá:

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • reconhecer a necessidade de um protocolo para sinalização para uso em aplicações de telefonia na Internet;
                                                                                                                                                            • se familiarizar com protocolo SIP como protocolo de sinalização na Internet;
                                                                                                                                                            • identificar as principais troca de mensagens do protocolo SIP utilizado entre dois terminais (softfones);
                                                                                                                                                            • ter uma visão geral do projeto a ser desenvolvido e estendido.

O que é preciso para voz sobre IP

Pelo menos um ou mais protocolos de sinalização e um ou mais protocolos para transportar a mídia. Em adição, é conveniente comprimir a voz para que ela use menos banda e e, se necessário, forneça algum sigilo na comunicação.

Para sinalização tem-se várias opções. A principal hoje é o protocolo SIP. Para o transporte da voz utiliza-se normalmente o RTP/UDP.

Além disto, é conveniente interconectar a PSTN com o sistema de voz sobre IP.

A sinalização na Internet

A sinalização na telefonia sobre IP é necessária para:

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • chamar um usuário com quem se deseja comunicar;
                                                                                                                                                                                      • negociar parâmetros de comunicação (para a sessão a ser estabelecida;
                                                                                                                                                                                      • renegociar parâmetros de comunicação durante uma sessão em andamento;
                                                                                                                                                                                      • finalizar uma sessão.

Outras funções avançadas são realizadas pelo protocolo de sinalização, mas por enquanto nos concentraremos nas funções acima.

Existem vários protocolos de sinalização, mas o SIP é um dos mais utilizados, sendo inclusive adotado nos sistemas celulares 3G e 4G.

O protocolo SIP

O SIP é um protocolo de sinalização para comunicação multimedia, que se utiliza de mensagens textos (similar ao http) e de endereços similares ao de um email. Como no http ele se utiliza de um modelo de transações do tipo requisição/resposta. Um cliente gera uma requisição a um servidor. O servidor recebe a requisição, invoca um determinado método, e responde ao cliente. A lista de métodos possíveis pode ser encontrada aqui.

Um cliente tipicamente gera uma requisição INVITE para solicitar uma sessão para um servidor. Se aceito, o servidor responde com 200 OK.

No vocabulário SIP, uma requisição é gerada por User Agent Client (UAC) e a resposta é dada por um User Agent Server (UAS).

NOTE que um telefone IP ou um softfone SIP funciona tanto como UAS como UAC pois ora 
gera requisições ora aceita requisições.

O endereço SIP ou SIP URI é utilizado como identificador único de um usuário, funcionando da mesma forma que um número telefônico. Como agora estamos falando de sinalização na Internet, este endereço se utiliza de conceitos associados a esta rede. Note também que a sinalização SIP pode seguir caminhos diferentes do transporte da mídia.

A forma mais simples de usar um SIP URI é simplesmente:

usuario@<endereço_ip>

ou

usuario@

Por exemplo, na figura abaixo joao chama maria que se encontra em PC de endereço IP 200.200.200.1 na rede 200.200.200.0/24. A URI usada é simplesmente maria@200.200.200.1. A mensagem de sinalização é enviada para o IP indicado usando o sistema de roteamento da Internet. Por default, as mensagens são transportadas pelo protocolo UDP e a porta de destino default é 5060.

joao INVITE maria@200.200.200.1 maria ----------------------------------> TRYING 
<---------------------------------- RINGING 
<---------------------------------- 200 OK 
<---------------------------------- ACK ----------------------------------> 

<----- conversação ---------------> 

BYE 
<---------------------------------- 200 OK ---------------------------------->

Experimento 1: Comunicação direta entre dois terminais (softphones)

Neste experimento faremos dois terminais (softphones) estabelecerem uma sessão de comunicação através de uma sinalização direta (sem servidores SIP intermediários). Isto nos permitirá analisar as mensagens báscias de estabelecimento de chamada (INVITE) e de finalização da sessão (BYE).

Recursos utilizados

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • softfone Twinkle instalado no Ubuntu. Ver aqui o manual do twinkle.
                                                                                                                                                                                                                • wireshark/tcpdump. Ver aqui o manual do Wireshark;

Softfone Twinkle

Neste experimento usaremos o softfone Twinkle como terminal de comunicação. O Twinkle é um softfone para VOIP e comunicações de messagens instantâneas usando o SIP. Ele permite a conexão direta fone-fone ou através do uso de uma rede de servidores SIP.

Roteiro PARTE 1 - Comunicação entre usando um hospedeiro e uma máquina virtual

Terminal chamador no hospedeiro

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1. Coloque o twinkle em execução. Abra um terminal e chame: twinkle &
                                                                                                                                                                                                                                          2. Quando executado pela primeira vez, o twinkle solicita a criação de um perfilde usuário. Ele suporta múltiplos perfis. Neste experimento vamos criar algo simples. Selecione a criação do perfil através do Wizard
                                                                                                                                                                                                                                          3. Entre com o nome do perfil (identificação do perfil)equipe1p1 OBS: ajuste o nome para sua equipe. O p1 é para identificar o perfil 1. Vários poderão ser criados.
                                                                                                                                                                                                                                          4. O twinkle abre o wizard que deve ser preenchido conforme o exemplo abaixo (adaptado a sua equipe):
                                                                                                                                                                                                                                          • 
                                                                                                                                                                                                                                          • em Sip server provider coloque NONE, pois faremos comunicação direta
                                                                                                                                                                                                                                          • em nome do usuário, coloque o nome completo
                                                                                                                                                                                                                                          • em user name coloque um identificador de usuário (sem espaço);
                                                                                                                                                                                                                                          • em domain coloque o endereço IP do seu computador (verifique com o comando ifconfig).

02/03 - O protocolo SIP e softphones

Objetivos

Experimento 2 - comunicação direta Telefone IP - Softfone

Recursos usados

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Telefone IP (ATA+telefone analógico);
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • PC com Linux e MV VirtualBox, ambos com twinkle;
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • acessórios: cabos ethernet, fonte de alimentação.

O Telefone IP

Neste experimento utilizaremos de um telefone IP formado a partir de um dispositivo ATA e um telefone analógico normal.

O dispositivo ATA é dotado de uma porta FXS normal e uma porta LAN (ethernet). Normalmente o dispositivo deve ser alimentado externamente. O ATA implementa pelo menos um protocolo de sinalização e um protocolo de comunicação de mídia. Ao ser conectado a uma LAN o ATA pode aquirir um número IP dinamicamente ou ser configurado estaticamente. A partir deste ponto ele está apto a receber ou realizar chamadas VOIP.

Serão utilizados os dispositivos ATA GKM1000 (manual) ou o GKM2000 (manual). Estes dispositivos implementam o protocolo SIP.

ETAPA 1 - Conexão física

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                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. Leia o manual e anote o IP do telefone.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    3. Faça um teste básico de conectividade para este endereço usando o comando ping.