Codecs, softswitches e protocolos

Codecs
Um codec, ou codificador-decodificador, converte sinais de áudio para uma forma digital compactada para transmissão e depois para um sinal de áudio descompactado para retorno. Essa é a essência do VoIP. A conversão digital-analógica é vista em CD players, telefones celulares e até consoles de vídeo game.

Os codecs fazem a conversão por amostragem do sinal de áudio milhares de vezes por segundo. Por exemplo, um codec G.711 tira amostras do áudio 64 mil vezes por segundo. Ele converte cada pedacinho da amostra em dados digitalizados e comprime para transmissão. Quando as 64 mil amostras são reunidas, os pedaços de áudio que são perdidos entre cada tomada de amostra são tão pequenos que, ao ouvido humano, soam como um segundo contínuo de áudio digital. Há velocidades diferentes de amostragem em VoIP dependendo do codec em uso:

  • 64 mil vezes por segundo
  • 32 mil vezes por segundo
  • 8 mil vezes por segundo
Um codec G.729A tem a velocidade de amostragem de 8 mil vezes por segundo e é o codec mais usado em VoIP. É um equilíbrio entre qualidade de áudio e eficiência de banda larga.

Os codecs operam usando algoritmos avançados que ajudam a amostrar, selecionar, comprimir e montar os pacotes de dados de áudio. O algoritmo CS-ACELP (CS-ACELP = predição linear por excitação com código algébrico) é um dos algoritmos mais predominantes em VoIP. O CS-ACELP ajuda a organizar e aperfeiçoar a banda larga disponível. Annex B é um aspecto do CS-ACELP que cria a regra de transmissão, que basicamente é "se ninguém está falando, não envie dado algum". Como vimos antes, a eficiência gerada por esta regra é um dos motivos pelos quais a comutação de pacotes é superior à comutação de circuitos. O Annex B no algoritmo CS-ACELP é o responsável por este aspecto da ligação VoIP.

Então o codec trabalha com o algoritmo para converter e classificar tudo, mas nada disso interessa se não souber para onde enviar os dados. Em VoIP, essa tarefa é feita pelos softswitches.

Softswitches
E.164 é o nome dado ao padrão para o NANP, plano de numeração norte-americano (em inglês). Simplificando, é o sistema de numeração que as redes telefônicas usam para saber para onde direcionar uma ligação com base nos números teclados no aparelho telefônico. Desta maneira, um número de telefone é como um endereço:

    (313) 555-1212

    313 = Estado
    555 = Cidade
    1212 = Endereço

Em nosso exemplo, os switches sabem que devem usar "313" para direcionar a ligação para a região estipulada pelo código de área. O prefixo "555" envia a ligação para uma central telefônica e a rede direciona a chamada usando os quatro últimos dígitos, que estão associados a uma localidade específica. Com base nesse sistema, não importa onde você esteja, a combinação de números "(313) 555" coloca você sempre na mesma central, que tem o switch que sabe qual telefone está associado com "1212".

O desafio do VoIP é que as redes com base IP não lêem números telefônicos em NANP. Elas precisam de endereços IP, que são assim:

    192.158.10.7
Endereços IP correspondem a um lugar específico na rede. Pode ser um computador, um roteador, um switch, uma porta de comunicação ou, neste caso, um telefone. Para piorar, endereços IP nem sempre são estáticos. Eles são determinados por um servidor DHCP na rede de dados e geralmente mudam a cada nova conexão. Então, o desafio para o VoIP é descobrir uma maneira de traduzir números NANP para endereços IP e então descobrir o endereço IP atual do número pedido. Esse é o processo de mapeamento falado antes, que é feito por um processador na central telefônica usando um softswitch.

Mapeamento IP
O processador da central telefônica é um hardware que usa um programa de mapeamento de banco de dados especializado chamado softswitch. Pense no usuário e no telefone ou computador associado a este usuário como um pacote - homem e máquina. Esse pacote é chamado endpoint. O softswitch conecta endpoints.

Os softswitches sabem:

  • onde o endpoint está na rede;
  • que número de telefone está associado a este endpoint;
  • o endereço IP atualmente associado a este endpoint.
Então, quando uma chamada é feita usando VoIP, um pedido é enviado ao Softswitch perguntando qual endpoint está associado com o número discado e qual é o endereço IP atual deste endpoint. O Softswitch contém um banco de dados de usuários e números telefônicos. Se ele não tem a informação que precisa, envia o pedido para outros softswitches até descobrir um que atenda o pedido. Assim que acha o usuário, localiza o endereço IP associado ao usuário dentro de uma série de pedidos semelhantes. Ele envia de volta todas as informações relevantes para o softphone ou IP phone, permitindo a troca de dados entre os dois endpoints.

Softswitches trabalham em conjunto com os chips de dados da rede para possibilitar o uso da VoIP. Para todos esses chips trabalharem juntos, eles precisam de algum tipo de comunicação. Esta comunicação é um dos aspectos mais importantes que precisam ser aprimorados para o VoIP realmente decolar. Atualmente, há três protocolos usados para esta comunicação. Na próxima seção veremos mais sobre eles.

Protocolos
Como vimos, em cada ponta de uma chamada VoIP podemos ter qualquer combinação entre telefone analógico, soft ou IP atuando como uma interface de usuário, ATAs ou software do cliente trabalhando com um codec para fazer a conversão digital para analógico, e soft switches mapeando as chamadas. Mas como você consegue fazer todas estas peças de hardware e software se comunicarem de maneira eficiente? A resposta está nos protocolos.

Há vários protocolos sendo usados atualmente para VoIP. Estes protocolos definem os caminhos pelos quais chips como os codecs conectam-se um com o outro e com a rede usando o VoIP. Eles também incluem especificações para codecs de áudio. O protocolo mais usado é o H.323, um padrão criado pela ITU, International Telecommunication Union (em inglês). O H.323 é um protocolo abrangente e muito complexo que foi originalmente feito para vídeo conferências. Ele fornece especificações para vídeo conferências, compartilhamento de dados ou aplicativos de voz como o VoIP, de maneira interativa e em tempo real. Na verdade, o H.323 é conjunto de protocolos que incorporam muitos protocolos individuais que foram desenvolvidos para usos específicos.

Conjunto de protocolos H.323
Vídeo
Áudio
Dados
Transporte
H.261
H.263
G.711
G.722
G.723.1
G.728
G.729
T.122
T.124
T.125
T.126
T.127
H.225
H.235
H.245
H.450.1
H.450.2
H.450.3
RTP
X.224.0

Como você pode ver, o H.323 é uma grande coleção de protocolos e especificações. É por isso que ele é usado para tantos aplicativos diferentes. O problema com o H.323 é que ele não foi desenvolvido especialmente para o VoIP.

Uma alternativa ao H.323 apareceu com o desenvolvimento do SIP, Protocolo de Iniciação de Sessão (em inglês). O SIP é um protocolo muito mais moderno, desenvolvido especialmente para aplicativos VoIP. Menor e mais eficiente que o H.323, o SIP tem mais vantagens que os outros protocolos existentes para lidar com certas partes do processo. MGCP, Media Gateway Control Protocol (em inglês) é um terceiro protocolo comumente usado com VoIP que evidencia o controle do endpoint. O MGCP é adequado a funções como a chamada em espera. Você pode saber mais sobre a estrutura destes protocolos em Protocols.com: Voice Over IP (em inglês).

Um dos desafios do uso mundial do VoIP é que estes três protocolos nem sempre são compatíveis. As chamadas VoIP entre as diferentes redes podem ter problemas inesperados se houver conflito de protocolos. Como o VoIP é uma tecnologia relativamente nova, esse problema de incompatibilidade continuará sendo problema até que os governos criem um protocolo padrão universal para VoIP.

O maior problema do VoIP é que atualmente não existem padrões predominantes. Isto inclui hardware, protocolos e virtualmente cada aspecto do sistema. No final, o VoIP é um grande avanço do sistema de telefonia atual em termos de eficiência, custo e flexibilidade. Como qualquer tecnologia emergente, alguns desafios precisam ser vencidos, mas está claro que sua tecnologia será aprimorada a cada dia até que, futuramente, substitua o sistema de telefonia atual.

Para mais informações sobre VoIP e tópicos relacionados, veja os links na próxima página.