DISSERTAÇÃO Anderson Wesley Alves Bezerra

82 Pages·2017·1.89 MB·Portuguese

Pós-Graduação em Ciências da Computação

ANDERSON WESLEY ALVES BEZERRA

UM ESTUDO DE VIABILIDADE DA UTILIZAÇÃO DA
TECNOLOGIA VOIP EM DISPOSITIVOS MÓVEIS NO
IFMT - CAMPUS CÁCERES

Universidade Federal de Pernambuco
[email protected]
www.cin.ufpe.br/~posgraduacao

RECIFE
2017
ANDERSON WESLEY ALVES BEZERRA

UM ESTUDO DE VIABILIDADE DA UTILIZAÇÃO DA TECNOLOGIA VOIP
EM DISPOSITIVOS MÓVEIS NO IFMT - CAMPUS CÁCERES

Trabalho apresentado à Pós-Graduação em
Ciências da Computação do Centro de
Informática da Universidade Federal de
Pernambuco como requisito parcial para
obtenção do grau de Mestre Profissional em
Ciência da Computação.

ORIENTADOR: Prof. Dr. José Augusto
Suruagy Monteiro

RECIFE
2017
Catalogação na fonte
Bibliotecária Monick Raquel Silvestre da S. Portes, CRB4-1217

B574e Bezerra, Anderson Wesley Alves
Um estudo de viabilidade da utilização da tecnologia VoIP em dispositivos
móveis no IFMT - Campus Cáceres / Anderson Wesley Alves Bezerra. – 2017.
81 f.: il., fig., tab.

Orientador: José Augusto Suruagy Monteiro.
Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco. CIn,
Ciência da Computação, Recife, 2017.
Inclui referências e apêndices.

1. Redes de computadores. 2. VoIP. I. Monteiro, José Augusto Suruagy
(orientador). II. Título.

004.6 CDD (23. ed.) UFPE- MEI 2017-248
ANDERSON WESLEY ALVES BEZERRA

UM ESTUDO DE VIABILIDADE DA UTILIZAÇÃO DA TECNOLOGIA VOIP
EM DISPOSITIVOS MÓVEIS NO IFMT - CAMPUS CÁCERES

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Ciências da Computação do
Centro de Informática da Universidade Federal
de Pernambuco, como requisito parcial para a
obtenção do título de Mestre Profissional em
27 de junho de 2017.

Aprovado em: 27/06/2017.

BANCA EXAMINADORA

________________________________________________
Prof. José Augusto Suruagy Monteiro
Centro de Informática/UFPE

________________________________________________
Prof. Kelvin Lopes Dias
Centro de Informática/UFPE

________________________________________________
Prof. Obionor de Oliveira Nóbrega
Departamento de Ciência da Computação/UFRPE
Dedico esse trabalho a minha vó Helena,
por sempre ter acreditado que o ensino
me proporcionaria as realizações da
minha vida.
AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus!
A todas as pessoas que acreditaram e me ajudaram a chegar nessa
etapa da minha vida.
Agradeço, ao meu amigo Marcos Paulo, pela significante ajuda no início
desse trabalho, às senhoritas Iris Viana e Edna Pedro que providencialmente
colaboram por essa conquista. Não posso deixar de mencionar aos amigos de
turma: Eric Ribas, Jadson Fábio, Janderson Silva, Geovani Jahn e Marcelo
Mateus, que, juntos, nos ajudamos.
Também, ao nosso Taxista Titular, vulgo Seu Carlos, que sempre com
muita atenção estava pronto para nos atender e contar suas histórias vividas
em Pernambuco.
Com carinho, agradeço ao meu amigo Lincoln, que sempre me motivou
nos momentos de estresse.
Agradeço, com muito crédito, ao meu amigo Joeder Rodrigues, por sua
incondicional ajuda.
Agradeço a todos os professores do Centro de Informática da
Universidade Federal de Pernambuco (CIN), por compartilharem seus
conhecimentos.
Com todo crédito possível, ao meu orientador José Augusto Suruagy
Monteiro, pela oportunidade dada, por todas nossas conversas, por me ensinar
o caminho a ser seguido e me fazer crescer como pesquisador.
Ao Instituto Federal de Mato Grosso por me conceder essa
oportunidade.
Quero agradecer, em especial, à minha maior motivadora nessa reta
final, Patrícia Magalhães.
E, finalmente, quero a agradecer a todos que direta e indiretamente
contribuíram por essa conquista.

Obrigado a todos!
RESUMO

Em um contexto onde os serviços de rede de dados nas organizações
requerem melhor aproveitamento dos recursos disponíveis, essa pesquisa
consiste em um estudo voltado a determinar a viabilidade da utilização da
tecnologia VoIP em dispositivos móveis utilizando o padrão IEEE 802.11, no
âmbito do IFMT - Campus Cáceres - Prof. Olegário Baldo. Este Campus possui
dois links de dados (4 e 20Mbps) considerados pelo Departamento de
Informática insuficientes para atender à demanda dos usuários. Além disto, a
rede sem fio apresenta pontos críticos de sinal em função de obstáculos e/ou
por interferência. Num primeiro momento foram realizadas enquetes entre os
usuários, que permitiram verificar o grau de satisfação com os serviços
providos pelo Campus e o interesse na utilização de aplicações com recurso de
tecnologia VoIP. O resultado das enquetes revelou a insatisfação dos usuários
com a qualidade do acesso à Internet, a necessidade de mobilidade no interior
do Campus e a utilização de aplicativos VoIP em dispositivos móveis, com
preferência aos aplicativos WhatsApp e Messenger. Em seguida, foram
realizados experimentos com o objetivo de avaliar subjetivamente e
objetivamente a qualidade das chamadas de voz destas aplicações em três
cenários: comunicação local com baixa carga; handover com carga média; e
handover no Campus e comunicações externas. Para estas avaliações foram
utilizadas duas bandas de dados para cada comunicação, 15 e 30 kbps, que
foram escolhidas a partir de testes preliminares em ambiente indoor. Os
dispositivos utilizados no ambiente de teste foram configurados com
parâmetros de qualidade de serviço (QoS) para o protocolo de voz e com
redução da área de alcance para obter maior vazão e qualidade de sinal. As
avaliações subjetivas foram realizadas com usuários do próprio Campus e
alcançaram resultados no mínimo razoáveis. As avaliações objetivas foram
realizadas utilizando os softwares Wireshark e um emulador Android (Nox) para
captura dos pacotes e cálculo das métricas: atraso, variação de atraso, perda
de pacotes e o handover, cujos resultados estiveram dentro dos limites
estabelecidos na literatura. Também, através de um computador, com sistema
operacional pfSense, foi possível gerenciar o controle de banda de dados e o
acesso à Internet, bem como determinar o consumo da banda de dados
utilizado pelas aplicações. Os resultados obtidos revelam que a viabilidade do
uso de aplicações VoIP em dispositivos móveis depende da readequação da
infraestrutura da rede sem fio, devendo-se atentar para o distanciamento entre
os pontos de acesso, obstáculos, sobreposição de canais e potência do sinal.
Apesar da insatisfação dos usuários com os serviços da Internet no Campus,
de modo a satisfazer o desejo deles de utilizar aplicações VoIP móveis,
recomenda-se reservar 500 kbps para atender no mínimo 35 usuários
simultâneos, considerando que o ideal seria aumentar a banda do link de
dados e não piorar ainda mais a qualidade percebida dos serviços atuais.

Palavras-chave: VoIP. Redes Wi-fi. Aplicações Móveis. Qualidade de Serviço.
Limitação de Banda de Dados.
ABSTRACT
In a context where data network services in organizations require a better
use of available resources, this research consists of a study aimed at
determining the feasibility of using VoIP technology on mobile devices using the
IEEE 802.11 standard, at IFMT - Campus Cáceres - Prof. Olegário Baldo, which
has two data links (20 and 4 Mbps) considered insufficient by the IT department
to meet the current number of users, it also presents critical points of signal due
to obstacles and/or by interference. Initially it was carried out surveys among
the users, which allowed us to verify the degree of satisfaction with the services
provided by the Campus and the interest in the use of applications with VoIP
technology. The result of the survey revealed the dissatisfaction of the users
with the quality of Internet access, the desire for mobility within the Campus and
the use of VoIP applications on mobile devices, with WhatsApp and Messenger
applications as a preference. Afterwards, it was performed several experiments
aiming at evaluating subjectively and objectively the quality of the voice calls of
these applications in three scenarios: local communication with low load;
handover with medium load and handover at the Campus and external
communications. The evaluations were divided into two data bands, 15 and 30
kbps, which were chosen from preliminary indoor tests. The devices used in the
test environment were set up with QoS parameters for the speech protocol and
with reduction of the reach area to obtain higher throughput and signal quality.
Subjective evaluations were carried out with real Campus users, which
achieved at least reasonable results. The objective evaluations were carried out
by using the Wireshark software and an Android (Nox) emulator for the capture
of the packets and subsequent metrics computation: delay, delay variation,
packet loss and handover time, which were within the limits established in the
literature. Also, through a computer with pfSense operating system, it was
possible to manage data band control and Internet access, as well as to
determine the bandwidth consumption used by the applications. The obtained
results show that the feasibility of using VoIP applications in mobile devices
depends on the adjustment of the infrastructure of the wireless network, and
attention must be paid to the distance between the access points, obstacles,
overlapping channels and signal strength. Although the uses are dissatisfied
with the Campus Internet services, in order to meet their desire in using mobile
VoIP application on Campus, it should be reserved 500 kbps to meet at least 35
simultaneous users, considering that it would be ideal to increase the data link
and not to aggravate the current services quality even more.

Keywords: VoIP. Wi-Fi Networks. Mobile Applications. Quality of Service.
Bandwidth Limitation.
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1: Valores limites para a garantia de QoS ......................................... 26
Tabela 4.1: Levantamento de potência de sinal e bandwidth. (Fonte: Autor) ... 45
Tabela 4.2:Escala de qualificação perceptiva de áudio (Fonte: Autor) ............. 51
Tabela 4.3: Avaliação feita das chamadas de voz para predizer a satisfação
dos usuários associado a largura de banda disponível. (Fonte: Autor) ............ 53
Tabela 4.4: Avaliação feita das chamadas de voz para predizer a satisfação
dos usuários associado a largura de banda disponível. (Fonte: Autor) ............ 54
Tabela 4.5: Dispositivos utilizados nos experimentos ...................................... 55
Tabela 4.6: Avaliação de satisfação, referente às chamadas de voz, entre os
usuários no cenário: Comunicação local com baixa carga. (Fonte: Autor) ....... 62
Tabela 4.7: Métricas coletadas entre os Disp-1 e Disp-2 durante a chamadas
de voz no cenário: Comunicação local com baixa carga. (Fonte: Autor) .......... 63
Tabela 4.8: Avaliação de satisfação, referente às chamadas de voz, entre os
usuários no cenário: Handover com carga média. (Fonte: Autor) .................... 64
Tabela 4.9: Métricas coletadas entre os Disp-1 e Disp-2 durante a chamadas
de voz no cenário: Handover com carga média. (Fonte: Autor) ....................... 65
Tabela 4.10: Avaliação de satisfação, referente as chamadas de voz, entre os
usuários no cenário: Handover no campus e comunicações externas. (Fonte:
Autor) ............................................................................................................... 66
Tabela 4.11: Métricas coletadas entre os Disp-1 e Disp-2 durante a chamadas
de voz no cenário: Handover no campus e comunicações externas. (Fonte:
Autor) ............................................................................................................... 67
LISTA DE ACRÔNIMOS

AES Advanced Encryption Standard
AKM Authentication and Key Management
AKMP AKM Protocol
AP Access Point
BSS Basic Service Set
CCMP Counter Mode Cipher Block Chaining Message
Authentication Code Protocol
DFS Dynamic Frequency Selection
EAPOL Extensible Authentication Protocol over LAN
ESS Extended Service Set
FT Fast BSS Transition
FTIE FT Information Element
IAPP Inter Access Point Protocol
IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers
ITU International Telecommunication Union
ITU-T ITU Telecommunications Standardization Sector
LAN Local Area Networks
MAC Media Access Control
MD Mobility Domain
MDIE MD Information Element
MIC Message Integrity Code
MIMO-OFDM Multiple-input and multiple-output - Orthogonal
Frequency Division Multiplexing
MSK Master Session Key
NAT Network AddressTranslation
PCM Pulse Code Modulation
PMK Pairwise Master Key
PSK Pre-Shared Key
QoS Qualityof Service
RC4 Ronald Rivest 4
RRM Radio Resource Management
RSN Robust Security Network
RSNIE RSN Information Element
SOHO Small Office - Home Office