Retardo en la Gateway

Para determinar el retardo originado en la Gateway es necesario examinar los procesos que se llevan a cabo dentro de ella, los cuales se muestran en la figura 2.1. Cada proceso introduce una cantidad de retardo que se adiciona al retardo total, como se explica a continuación:

Retardo en la interfaz de red: La interfaz de red en una Gateway comprende hardware o software que conecta la Gateway a la PSTN y convierte el flujo de datos de audio PCM (Pulse Code Modulation - Modulación por Codificación de Pulsos) digitalizados a un bus interno PCM para transportarlos al DSP (Digital Signal Processor- Procesador de Señal Digital). Este proceso introduce muy poco retardo, generalmente inferior a 1 ms.

Figura 2.1. Proceso dentro de la Gateway

Retardo en el procesamiento de señal digital: El procesamiento de señal digital es una de las funciones más complejas de la Gateway y es realizada a través de un DSP (hardware) dedicado, algoritmos (software) que comprimen y descomprimen la voz, detector de tonos, detector de silencios y cancelador de eco. Todos los procesos anteriores son conocidos como codificación de voz o “vocoding”. Dentro del proceso de compresión existen varios esquemas que tienen diferentes características de velocidad, calidad de voz y retardo como se muestra en la tabla 2.1

Procesamiento de señal digital Interfaz de Red Manejo de paquetes IP Tramas PCM Interfaz de Red T1,E1,PRI DSP Codificación Buffering y paquetización Buffer de Jitter Stack de Protocolos TCP/IP Interfaz de Red Ethernet T1

QoS y Tráfico en los componentes de una red VoIP Esquema de Compresión Velocidad de Compresión (Kbps) Calidad de voz resultante Retardo adicionado

G.711 PCM 64 (no-compresión) Excelente No asignado

G.723 MP-MLQ 6.4/5.3 Normal (5.3) Alto

G.726 ADPCM 40/32/24 Normal (24) Muy bajo

G.728 LD-CELP 16 Buena Bajo

G.729 CS-ACELP 8 Buena Bajo

Tabla 2.1. Esquemas de compresión

Retardo en la formación de tramas: Para un mejor desempeño del vocoding, el DSP toma los datos y los coloca dentro de tramas o lotes lo cual mejora la eficiencia en las aplicaciones de voz. El efecto negativo de procesar los datos en tramas es que ninguno de los datos puede ser procesados hasta que la trama esté completamente llena y entre mayor sea el tamaño de la trama, se va a presentar un mayor retardo, sin embargo, el tamaño de la trama está estandarizado de acuerdo al vocoder utilizado. Por ejemplo para G723.1 (6.4 kbps) el tamaño de la trama es de 24 bytes y para G723.1 (5.3 Kbps) es de 20 bytes.

Retardo en la paquetización: Una vez la voz es codificada debe ser empaquetada para ser transportada por la WAN, este proceso es realizado normalmente por el stack de protocolos TCP/IP usando UDP (User Datagram Protocol) y RTP (Real Time Protocol), los cuales mejoran la entrega oportuna de los paquetes que contienen datos de voz. Estos paquetes normalmente constan de una cabecera IP, UDP y RTP de 40 bytes en total como se muestra en la Figura 2.2; Dicha cabecera contiene la dirección IP de origen y destino, el número IP de puerto, el número de secuencia de paquete y otra información necesaria para realizar el transporte de los datos de manera apropiada. Después de la cabecera siguen una o más tramas de datos de voz codificada y la cantidad de tramas que deben ir en un paquete es una consideración importante en los sistemas de VoIP. Por ejemplo, en un sistema que usa un codificador G.723.1 el cual produce tramas de 24 bytes cada 30 milisegundos, cada paquete tendría 40 bytes de cabecera (overhead) y 24 bytes de datos lo que ocasionaría que su cabecera fuera el 167% de la carga útil de voz.

QoS y Tráfico en los componentes de una red VoIP

Figura 2.2. Estructura de un paquete de telefonía IP

La manera más común de reducir la ineficiencia del overhead del paquete IP es colocar más de una trama de voz en el paquete. Si en el ejemplo anterior se colocan dos tramas en el paquete, la cantidad de overhead se disminuye a un 83%, sin embargo, el efecto secundario de agregar una trama es que se introduce un retardo mayor, de ahí que es necesario tener en cuenta este aspecto en una red VoIP.

Un método para reducir el overhead sin incrementar el retardo es empaquetar tramas de voz de otros canales en un mismo paquete, esto siempre y cuando las tramas de voz del otro canal se dirijan hacia la misma Gateway de destino; Aunque este artificio no es soportado por el estándar H.323 puede utilizarse en soluciones propietarias para mejorar la eficiencia.

Retardo en el búfer de Jitter: Debido a que las redes IP no garantizan la entrega de los paquetes de datos a tiempo, estos datos llegan a una velocidad variable y a esta variabilidad en la velocidad de llegada se conoce como “Jitter”2_{. Durante el proceso de decodificación de voz todos los sistemas}

deben compensar el Jitter en los datos que llegan desde la red y para esto utilizan una memoria (búfer) donde mínimo un paquete de datos se almacenará antes de pasar al DSP, con este búfer de Jitter se puede reducir significantemente la falta de datos y asegurar la llegada de datos a tiempo al DSP. Si no existiera el búfer de Jitter se escucharían vacíos en la conversación.

Como es de esperarse, el efecto secundario del búfer de Jitter es un mayor retardo, el cual depende del tamaño del búfer ya que entre mayor sea introducirá más retardo.

2 _{Para mayor detalle ver página 26}

Cabecera IP 20 Bytes Cabecera RTP 12 Bytes Datos de voz Cabecera UDP 8 Bytes 40 Bytes

QoS y Tráfico en los componentes de una red VoIP