INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA
UNIDAD CULHUACAN
PROYECTO DE TITULACIÓN
“MIGRACIÓN DE VOZ TRADICIONAL A VoIP PARA LA EMPRESA SOLUCIONES INTEGRALES, SA DE CV”
PARA OBTENER EL TITULO DE:
ING. EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA ING. EN COMPUTACIÓN
POR LA OPCION DE SEMINARIO DE TITULACIÓN:
INTERCONECTIVIDAD Y SEGMENTACIÓN DE REDES DE ALTA VELOCIDAD
PRESENTAN
JOSÉ MANUEL ANTONIO ALMAZÁN HUGO EDY HERNÁNDEZ BAUTISTA GUSTAVO NOÉ LÓPEZ GALLEGOS MIGUEL ANGEL REGALADO VASQUEZ
ASESOR:
M. EN C. RAYMUNDO SANTANA ALQUICIRA
TESINA QUE PRESENTAN:
JOSÉ MANUEL ANTONIO ALMAZÁN HUGO EDY HERNÁNDEZ BAUTISTA GUSTAVO NOÉ LÓPEZ GALLEGOS MIGUEL ANGEL REGALADO VASQUEZ
PARA OBTENER EL TITULO DE:
ING. EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA ING. EN COMPUTACIÓN
POR LA OPCION DE SEMINARIO DE TITULACIÓN:
INTERCONECTIVIDAD Y SEGMENTACIÓN DE REDES DE ALTA VELOCIDAD: FNS5052005/11/2007
“MIGRACIÓN DE VOZ TRADICIONAL A VoIP PARA LA EMPRESA SOLUCIONES INTEGRALES,
SA DE CV”
TEMAS:
INTRODUCCIÓN A LAS REDES TELEFONIA
TRANSPORTE DE VOZ EN REDES DE DATOS VOZ SOBRE IP
MIGRACIÓN DE VOZ TRADICIONAL A VoIP PARA LA EMPRESA SOLUCIONES INTEGRALES, SA DE CV
MEXICO, DF ABRIL DEL 2008
_____________________________ _________________________
M en C Raymundo Santana Alquicira M en C Luis Carlos Castro Madrid
Objetivo
1. Implementar voz sobre IP.
Problemática
2. Altos costos en llamadas de larga distancia.
Justificación
3. Reducir costos de la comunicación de voz en llamadas de larga distancia.
Alcance
4. Configuración de equipos cisco para pasar tráfico de voz en la red Wan del cliente.
ÍNDICE
OBJETIVO……….………..………3
PROBLEMÁTICA………..………3
JUSTIFICACIÓN……….………..………3
ALCANCE………..………..…3
CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN A LAS REDES
1.1 Orígenes de las redes de datos………61.2 Ambiente multiusuario………6
1.3 El impacto de las PC´s nacen las redes LAN……….………7
1.4 Modelo de referencia ISO / OSI………7
1.5 Redes de área local (LAN)……….8
1.6 Redes de área amplia (WAN)………...……….9
1.7 Componentes de una red de datos……….10
CAPITULO 2 TELEFONIA
2.1 Red telefónica pública………..…………122.2 Funciones de una central telefónica………..……12
2.3 Evolución de la red telefónica……….………14
2.4 Red telefónica híbrida………..……15
2.5 Red digital integral………15
2.6 Evolución en la comunicación de datos………16
2.7 Requerimientos de una red de telecomunicaciones moderna………..……17
2.8 Sistemas de transmisión digital………..……18
2.9 Troncales y multiplexación………..………19
2.10 Modulación de pulsos codificados (PCM) ……….…20
2.11 Sistema de multicanalización por división de tiempo (TDM)….…….……20
2.12 Conmutación y la jerarquía telefónica……….…22
2.13 Señales telefónicas………25
2.13.1 Conceptos básicos de señalización……….………26
CAPITULO 3 TRANSPORTE DE VOZ EN REDES DE DATOS
3.1 Introducción………..…….…283.2 Frame relay……….…...…29
3.2.1 Características técnicas……….….….…31
3.3 El problema de la congestión………..……32
CAPITULO 4 VOZ SOBRE IP
4.1 Como funciona la voz sobre IP………34
4.2 Descripción técnica detallada sobre Voz sobre IP (VOIP)……….…………34
4.3 Parámetros de la VoIP……….………....35
4.3.1 Códecs……….…36
4.3.2 Calidad del servicio QoS………...………...37
4.3.3 Estándar G.729….……….39
4.4 El estándar VOIP – voz sobre IP………39
4.5 Protocolos de VoIP………43
4.6 Protocolo RTP (Real time Transport Protocol)……….…44
4.6.1 Funcionamiento de RTP………44
4.6.2 UDP protocolo de transporte de RTP……….……45
4.6.3 Control de paquetes perdidos y desordenados……….………46
4.6.4 Cabecera de información de control………...………...46
4.7 RTCP (RTP Control Protocol) ……….……47
4.7.1 Servicios de RTCP……….………48
4.8 Protocolo UDP (User Datagram Protocol) ………49
4.9 Protocolo IP (Internet Protocol) ………..………51
4.10 El Estándar VoIP (H323) ………...…………55
4.10.1 Que es H.323………55
4.10.2 El H.323 en perspectiva histórica……….………57
4.10.3 Componentes H.323………...…58
4.11 Requerimientos de una red para soportar VoIP………59
CAPITULO 5 MIGRACIÓN DE VOZ TRADICIONAL A VoIP PARA LA EMPRESA SOLUCIONES INTEGRALES, SA DE CV
5.1 Estado actual de la red……….……625.2 Análisis para la implementación de VoIP sobre red existente………..….…62
5.3 Cálculo de ancho de banda por llamada ……….……….63
5.4 Actualización de sistema operativo en equipo cisco………...…64
5.5 Selección de hardware para manejo de VoIP………..…64
5.6 Asignación de prefijo de marcación por sitio ………...……65
5.7 Configuración……….………65
5.8 Estado Final………..……….67
CONCLUSIONES…………..………..………..…67
ANEXOS………..………..………68
GLOSARIO………...………..…….….……77
BIBLIOGRÁFIA………...………80
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN A LAS REDES
1.1 Orígenes de las redes de datos
La comunicación ha sido siempre uno de los grandes retos de la humanidad. La necesidad de intercambiar ideas se ha dado desde tiempos remotos y más recientemente la necesidad de comunicarse a grandes distancias ha dado paso al nacimiento de las telecomunicaciones.
Desde el inicio del siglo XX la comunicación ha ido en constante evolución debido a lo que esto significa para el hombre. A partir de los años 50s, con la introducción de la computadora en el mundo de los negocios, ha habido grandes desarrollos en el campo de las telecomunicaciones.
1.2 Ambiente multiusuario
En los años 60s y principios de los 70s, el ambiente tradicional de comunicación entre computadoras, era centrado alrededor de una máquina principal (Host/Mainframe). Este ambiente requería líneas de acceso de baja velocidad que las denominadas Terminales Tontas usaban para comunicarse al Host. Actuaban como interfaces hombre – máquina a través para realizar peticiones y recibir información del Host. Con estas terminales nacen también los primeros protocolos para comunicaciones asíncronas.
Las computadoras IBM, en redes de Arquitectura de Red de Sistemas (SNA – Systems Network Architecture) y computadoras No IBM en redes públicas de datos X.25, son ejemplos típicos de este tipo de ambiente de comunicación basado en un Host central.
Fig. 1.1 Red de Área Local “Ambiente Distribuido”
1.3 El impacto de las PC´s nacen las redes LAN
En 1981 IBM presentó la Computadora Personal (PC) en el mercado.
Esto brindó a los usuarios la oportunidad de contar con la capacidad de proceso en un puesto individual de trabajo (Stand Alone). Y así lo concibió inicialmente IBM para los hogares, y desde su concepción se pensó en la posibilidad de conectarlas en Red.
La introducción de las PC´s revolucionó la comunicación tradicional. Las Redes de Computadoras de Área Local (LAN) evolucionaron primeramente para disminuir el costo de dispositivos tales como impresoras de alta velocidad o discos de duros de gran capacidad de almacenamiento.
Inmediatamente después se reconoció la importancia estratégica de interconectar estas redes, y las corporaciones empezaron a interconectar LAN´s antes aisladas. Esto les proporcionó bases para aplicaciones de empresa a escala nacional y mundial tales como correo electrónico (Email), transferencia de archivos y acceso remoto a redes corporativas, incrementando de esta manera su productividad y competitividad.
En esta época las minicomputadoras y las redes compartidas de área amplia (WAN) evolucionaron. Las minicomputadoras, generalmente localizadas fuera del centro de datos principal, facilitaron el surgimiento del Procesamiento Distribuido de Datos. Los sistemas VAX de Digital Equipment Corporation (DEC) y las Redes DECNet son típicos de esta época, en donde también se desarrollaron varios protocolos de comunicaciones.
1.4 Modelo de referencia ISO / OSI
En 1979, ISO definió su Modelo de Arquitectura de Red OSI (Open Systems Interconnection: Interconexión de Sistemas Abiertos). Este modelo fue adoptado en 1980 por la CCITT en su recomendación X.200.
La comunicación entre datos comprende 2 aspectos principales:
El Transporte: Involucra todas las funciones relacionadas con la transferencia de datos entre dos usuarios finales.
La Manipulación de Datos: Los datos deben ser liberados en una forma inteligible. En algunos casos los datos deben ser convertidos.
Estos aspectos se dividieron en sub-funciones denominadas capas.
Fig. 1.2 Capas del Modelo OSI
Las 7 Capas del Modelo OSI
El modelo OSI comprende 7 funciones, representadas por 7 capas o niveles en la arquitectura de la red (ver figura 1.2).
En la parte inferior se encuentra el enlace físico entre ambos usuarios y en la parte superior se encuentran los usuarios finales con sus peticiones de comunicación de datos y sus datos.
Cada capa cumple una función específica y para la ejecución de sus funciones asume que las capas inferiores o superiores, según sea el flujo de la información, han realizado su función correctamente.
1.5 Redes de área local (LAN)
Las Redes de Área Local, generalmente llamadas LAN (Local Area Network), son redes de propiedad privada dentro de un solo edificio o campus de hasta unos cuantos kilómetros de extensión.
Se usan ampliamente para conectar computadoras personales PC´s y estaciones de trabajo en oficinas de compañías y fábricas con el objeto de compartir recursos (por ejemplo: impresoras, capacidad de almacenamiento, dispositivos de comunicaciones) e intercambiar información entre usuarios. Las LAN se distinguen de otro tipo de redes por tres características:
1) Su tamaño
2) Su tecnología de transmisión 3) Su topología
Las LAN están restringidas en tamaño, lo cual significa que sus tiempos de retransmisión están limitados y son conocidos y por lo tanto pueden ser controlados en base a diseños adecuados de la red.
Las LAN a menudo usan una tecnología de transmisión que consiste en un cable sencillo, compartido al cual están conectadas todas las máquinas, con sistemas de difusión (Broadcasting).
Las LAN tradicionales operan a velocidades que van de los 10 a los 100 Mbps (Mega Bits por Segundo) y actualmente nuevas LAN ya se están implementando a velocidades del orden de los Gbps (Giga Bits por Segundo).
Fig. 1.3 Redes LAN
1.6 Redes de área amplia (WAN)
Una red de Área Amplia o WAN (Wide Area Network), se extiende sobre un área geográfica extensa, a veces un país o un continente, contiene una colección de máquinas dedicadas a ejecutar programas de aplicación de usuario (Host´s), también denominadas Sistema Terminal (End System).
Las Hosts están conectadas por una Subred de Comunicación o simplemente Subred. El trabajo de la Subred es conducir mensajes de una Host a otra. La separación entre los aspectos exclusivamente de comunicación de la red (la Subred) y los aspectos de las aplicaciones (las Hosts) simplifican enormemente el diseño total de la red.
En muchas redes de área amplia, la subred tiene dos componentes distintos: las líneas de transmisión y los Elementos de Conmutación.
Las Líneas de Transmisión, también llamadas: circuitos, canales o troncales, mueven bits de una máquina a otra.
Los Elementos de Conmutación son máquinas especializadas que conectan dos o más líneas de transmisión. Cuando los datos llegan por una línea de entrada, este elemento debe escoger una línea de salida para reenviarlos. Estas máquinas se pueden denominar: nodos conmutadores de paquetes, sistemas intermedios, centrales de conmutación de datos y Enrutadores (Router´s).
Fig 1.4 Redes de Área Amplia (WAN)
1.7 Componentes de una red de datos
Una red de datos es un conjunto de dispositivos tales como:
computadoras (personales, minicomputadoras, mainframes), terminales interactivas, elementos de memoria, impresoras, dispositivos de telecomunicaciones, etc., conectados entre sí, que permite a los usuarios tener transferencia de datos y compartir recursos de hardware y de software.
Fig. 1.5 Componentes de una RED
En términos generales el objetivo de una red de computadoras es compartir recursos y hacer que todos los programas, el equipo estén disponibles para cualquiera en la red, donde el recurso más importante es la Información.
Hardware
Se denomina así al conjunto FISICO de elementos que se pueden interconectar entre sí dentro de una red.
Dentro del hardware se encuentran:
SERVIDORES: Son equipos de computo que generalmente tienen la función de compartir recursos Físicos y/o lógicos, generalmente tienen cargado el sistema operativo de red y su plataforma tecnológica es de alto rendimiento, los hay de tipo DEDICADO y NO DEDICADO.
ESTACIONES DE TRABAJO: Son los equipos de computo con los cuales los usuarios de la red hacen sus tareas cotidianas como redactar documentos, enviar correos, diseño gráfico, etc.
PERIFERICOS: Dispositivos que se pueden integrar a la red y que tienen funciones particulares, como son las impresoras, plotters, scanners, servidores de impresión, torres de CD, unidades de respaldo etc.
CAPITULO 2 TELEFONIA
2.1 Red telefónica pública
La red telefónica es la de mayor cobertura geográfica, la que mayor número de usuarios tiene, y ocasionalmente se ha afirmado que es "el sistema más complejo del que dispone la humanidad". Permite establecer una llamada entre dos usuarios en cualquier parte del planeta de manera distribuida, automática, prácticamente instantánea. Este es el ejemplo más importante de una red con conmutación de circuitos.
Una llamada iniciada por el usuario origen llega a la red por medio de un canal de muy baja capacidad, el canal de acceso, dedicado precisamente a ese usuario denominado línea de abonado. En un extremo de la línea de abonado se encuentra el aparato terminal del usuario (teléfono o fax) y el otro está conectado al primer nodo de la red, que en este caso se llamó central local.
2.2 Funciones de una central telefónica
La función de una central consiste en identificar en el número seleccionado, la central a la cual está conectado el usuario destino y enrutar la llamada hacia dicha central, con el objeto que ésta le indique al usuario destino, por medio de una corriente de timbre, que tiene una llamada. Al identificar la ubicación del destino reserva una trayectoria entre ambos usuarios para poder iniciar la conversación.
Fig. 2.1 Central Telefónica
La trayectoria o ruta no siempre es la misma en llamadas consecutivas, ya que ésta depende de la disponibilidad instantánea de canales entre las distintas centrales.
Con esta arquitectura es muy probable que dos llamadas entre una pareja de usuarios ocupen diferentes rutas, lo cual frecuentemente se refleja también en la calidad de la llamada que los usuarios perciben.
Cada central realiza las siguientes funciones básicas:
1. Cuando un abonado levanta el auricular de su aparato telefónico, la central lo identifica y le envía una "invitación a marcar".
2. La central espera a recibir el número seleccionado, para, a su vez, escoger una ruta del usuario fuente al destino.
3. Si la línea de abonado del usuario destino está ocupada, la central lo detecta y le envía al usuario fuente una señal ("tono de ocupado").
4. Si la línea del usuario destino no está ocupada, la central a la cual está conectado genera una señal para indicarle al destino la presencia de una llamada.
5. Al contestar la llamada el usuario destino, se suspende la generación de dichas señales.
6. Al concluir la conversación, las centrales deben desconectar la llamada y poner los canales a la disposición de otro usuario, a partir de ese momento.
7. Al concluir la llamada se debe contabilizar su costo para su facturación, para ser cobrado al usuario que la inició.
El servicio ofrecido al público en general, por medio de la red pública telefónica, es el de comunicación de voz, es decir, la transmisión bidireccional de señales de voz, con el objeto de que dos usuarios puedan establecer y sostener una conversación. Este servicio, como ya se ha explicado, tiene básicamente dos componentes:
Etapa de señalización, que incluye la selección del número del destinatario, la identificación de una ruta por medio de la conmutación, la reservación de la misma y el timbrado.
Etapa de transmisión, que consiste en la conversión de las señales acústicas en señales eléctricas, su transporte a través de los medios de comunicación, y la conversión de señales eléctricas nuevamente en acústicas para ser entregadas al destinatario.
Utilizando la red telefónica, pueden ser transmitidos documentos impresos o escritos; esto es lo que se conoce como "facsímile" o "fax".
Fig. 2.2 Acceso a una Central Telefónica
2.3 Evolución de la red telefónica
Hasta cerca de 1970 las redes telefónicas utilizadas por todo el mundo se basaba en centrales analógicas conectadas por medio de equipo de transmisión analógico. A pesar de que, con la introducción de las redes de larga distancia, en la década de los 30s, aparece un nuevo problema en las redes telefónicas: El ruido de transmisión, el cual reduce la calidad las comunicaciones de larga distancia a niveles inaceptables. Como resultado las compañías telefónicas empezaron a buscar sistemas de transmisión que no introdujeran ruido.
Una solución a este problema fue encontrada en los 70's con la introducción de la transmisión digital en la red telefónica analógica. El primer sistema comercial de este tipo estuvo disponible hasta los finales de los 60's.
Fig 2.3 Estructura del Sistema Telefónico Analógico
2.4 Red telefónica híbrida
El sistema de transmisión digital tenia la habilidad de eliminar completamente el ruido de transmisión y era en si mismo una solución efectiva y rentable. El sobre costo del sistema era la implantación de convertidores A/D debido a la red híbrida que se tenía.
Con el propósito de incrementar la relación Beneficio - Costo, las administraciones telefónicas trataron de eliminar los convertidores A/D. Por lo que se tuvo que desarrollar la conmutación TDM (por ejemplo: S-12).
Fig. 2.4 Estructura del Sistema Telefónico Hibrido
2.5 Red digital integral
Con la comercialización de las centrales digitales en los 80's se abrió el camino a las redes telefónicas más eficientes, las cuales están compuestas de conmutación y transmisión digital. A este tipo de red se les conoce como "Red Digital Integral" (RDI).
Algunos de los puntos que contempla esta red es que las centrales a ser remplazadas lo serán con centrales digitales. Los centros zonales a ser extendidos se extenderán con secciones digitales. Todas las extensiones de equipos de transmisión se harán con equipo digital. Esta estrategia de reemplazos llevará a que la red cubra toda la zona geográfica de un país ofreciendo la posibilidad de una conectividad digital extremo a extremo.
La red telefónica analógica normalmente utiliza sistemas FDM en los niveles de troncales. Por esta razón la frecuencia máxima que puede transmitir esta red es de 3400 Hz. Las características de transmisión en la red híbrida están también limitadas en frecuencia a aproximadamente 4000 Hz (los convertidores A/D utilizan una frecuencia de muestreo de 8 kHz.
Como la red ahora es digital las características de la transmisión serán expresadas en bits/seg. Puesto que un canal TDM corresponde a 8 bits/125 μ seg. la velocidad de la RDI corresponde a 64 kbit/seg.
Fig. 2.5 Estructura del Sistema Telefónico en una Red Digital Integrada
2.6 Evolución en la comunicación de datos
Hasta aproximadamente 1975 se contaba con dos redes de telecomunicaciones a nivel público: La Red Telefónica y La Red de Telmex.
Ambas redes eran básicamente analógicas.
Sin embargo con la gran cantidad de computadoras introducida en el medio comercial surgió un nuevo grupo de usuarios. Hasta 1975, las redes de computadoras permanecían dentro de los edificios, en ese tiempo ciertos usuarios, por ejemplo los bancos, deseaban conectar las terminales ubicadas en sus sucursales a la computadora que se encontraba en su edificio principal.
Esto requería una red de larga distancia que permitiera la transmisión de datos.
La única red disponible a mediados de los 70's con un fácil acceso a todo el mundo era la red telefónica. Por lo que era lógico conectar las terminales a esta red. Ya que las características de la trama de bits de las terminales requerían altas frecuencias, esta conexión no podía hacerse directamente por lo que se requería un circuito adaptador entre la terminal y la red analógica: el Módem.
Esta solución tenía los siguientes inconvenientes:
La razón velocidad de transmisión de datos / costo es muy mala. La transmisión a más altas velocidades requiere de mayor inversión.
La red telefónica trabaja típicamente en modo conmutación de circuitos.
Un circuito se reserva para la comunicación a partir del momento del descuelgue hasta que la llamada se libera.
Por otra parte la naturaleza de los datos transmitidos no requieren este tipo de conexión ya que los datos se envían en forma de ráfagas y como resultado se tiene que el medio sólo se utiliza una fracción de tiempo entre la conexión y desconexión. En el modo conmutación de paquetes no se reservan los circuitos físicos durante toda la llamada. Se preparan mensajes que tienen la información de direccionamiento necesaria (destino) y cada mensaje se envía separadamente a la red. Después cada mensaje se entrega al destino utilizando la información de direccionamiento.
Las redes de conmutación de paquetes se han introducido por todo el mundo a fines de los 70's. Estas pueden utilizar los equipos de transmisión TDM ya instalados en las redes telefónicas modernas. Por otra parte se requieren centrales especiales para la conmutación de paquetes, las cuales almacenen y envíen paquetes completos de datos.
2.7 Requerimientos de una red de telecomunicaciones moderna
Una red de telecomunicaciones moderna debe proveer un amplio rango de servicios en el área de voz así como en el área de datos y tal vez quizá aplicaciones de vídeo.
Las aplicaciones de datos se proporcionarán con una velocidad aceptable, dependiendo de la aplicación, los costos totales para todos los servicios se deben minimizar, estos costos incluyen:
• Costo de cableado
• Costo de conmutación
• Costo de transmisión
• Costo del equipo de usuario
La red debe proveer tanto conmutación de circuitos como conmutación de paquetes. Con el propósito de minimizar la cantidad de equipo del usuario, la conversión y el servicio de emulación de terminal debe hacerse en alguna parte de la red. Como resultado, por ejemplo, una PC con una capacidad básica de transmisión podría utilizarse como cualquier tipo de terminal o como un sistema independiente. Esto reducirá el costo del HW y del cableado.
La red requerirá un plan internacional de numeración consistente y fácil de usar. Todos los equipos del usuario instalados en el mismo local deberán tener el mismo número.
Fig. 2.6 Transmisión Analógica y sus Ventajas
2.8 Sistemas de transmisión digital
Origen de la digitalización
Las señales digitales están frecuentemente representadas por dígitos binarios. Si la señal tiene únicamente 2 estados, entonces esto puede ser representado por un dígito binario. Si se requieren más niveles, se añaden más dígitos. Estos dígitos serán transmitidos en forma serial. Cada dígito tiene un cierto peso de acuerdo a las sucesivas potencias de 2 en el sistema decimal.
Usando 8 bits, se puede representar una señal de 256 niveles.
¿Por qué la transmisión digital?
Debido al reciente desarrollo de la tecnología digital, la transmisión digital ahora llega a ser usada mas frecuentemente. Cuando un ruido se suma a la señal analógica, es difícil de regenerar la señal original. Esto es diferente para el caso de señales digitales.
Como una señal digital, especialmente una señal digital de dos estados, tiene un número finito de niveles, podemos fácilmente regenerar la señal original enviada, sin pérdida de información u otros inconvenientes, tales como cruce de voz (diafonía), distorsión, etc. los cuales son típicamente para transmisión analógica.
Los problemas con la transmisión analógica se incrementan con la longitud de la línea. Los niveles de ruido se incrementan continuamente en proporción a la longitud de las líneas. La calidad de la transmisión digital es casi independiente de la longitud de las líneas, así que es posible regenerar la señal enviada completamente sin ruido. Removiendo en alguna regeneración los efectos de diafonía y distorsión, etc., como resultado se puede establecer
que la calidad de la voz es la misma al final de la trayectoria de transmisión como lo fue al principio.
2.9 Troncales y multiplexación
Troncal
El término troncal es utilizado dentro de una red telefónica para definir un canal de una vía PCM (E1) directa entre dos centrales distintas. Como se
muestra en la figura 2.9.
Fig. 2.7 Troncal
Multiplexación
La multiplexación es un proceso que se lleva a cabo en la transmisión y consiste en colocar varias comunicaciones en un mismo medio de transporte
Fig. 2.8 Multiplexación
¿Porqué multiplexación?
Al combinar nuevas técnicas de multiplexación, la multiplexación por división de tiempo y el uso de transmisión digital (en la cual cada muestra de voz fue representada por un código binario), nació la telefonía digital. La telefonía digital resultó en un bajo costo de sistemas de transmisión (multiplexación) mientras que al mismo tiempo se tiene la habilidad para eliminar el ruido de transmisión.
2.10 Modulación de pulsos codificados (PCM)
En los sistemas de transmisión de audio, una frecuencia de audio es transportada en forma continua a lo largo de una portadora. Sin embargo, la pregunta fue si esto es realmente necesario para transmitir una señal completa o si la transmisión del valor de la señal en intervalos regulares pudiese ser suficiente. Los científicos Nyquist y Shannon, examinaron el problema y probaron que muestras tomadas en intervalos regulares pueden ser usadas para transmitir una señal de audio.
La ventaja de enviar información con pulsos cortos, es que los tiempos entre dos pulsos sucesivos pueden ser usados para enviar información de pulsos de otras señales por el mismo canal de transmisión (multiplexación).
Otro problema de transmisión fue encontrado en los años 30s con la introducción de la comunicación a larga distancia. Aunque los amplificadores (repetidores analógicos) permitían a los sistemas de transmisión compensar la atenuación, las transmisiones a larga distancia eran aun de muy mala calidad.
Esta mala calidad fue causada por la transmisión de ruido adicionada en la comunicación. Esos cambios de amplitud son entonces amplificados en cada etapa de amplificación hasta que son claramente audibles. Las compañías de telecomunicaciones comenzaron a buscar un nuevo sistema de transmisión, el cual eliminara el ruido de transmisión.
2.11 Sistema de multicanalización por división de tiempo (TDM)
TDM es un sistema de transmición en donde un número de comunicaciones están multiplexadas en una portadora al asignar a cada comunicación un espacio específico de tiempo.
Cada señal analógica se prepara convirtiéndose a muestras generadas en intervalos regulares.
Fig. 2.9 Multiplexación por división de tiempo (TDM)
Un sistema TDM, es un sistema de transmisión, en el cual un número de comunicaciones están multiplexadas en una portadora al asignar a cada comunicación un espacio específico de tiempo. En el espacio de tiempo asignado, se transmite el “valor momentáneo” (fotografía) de la señal. Para usar un sistema TDM, cada señal analógica debe prepararse, convirtiendo la señal continua en muestras, generadas a intervalos regulares. Se usará un modulador para generar las muestras. En el lado de recepción de la portadora, la cadena de bits debe ser demultiplexada.
Esto generará una Trama ( Frame ) que es un conjunto de pulsos, bits o dígitos binarios que se originan tras un ciclo completo de muestreo y codificación de n canales telefónicos, aquí lo denominaremos una Trama PCM.
Estructura de TDM para 32 canales
Usando un sistema TDM, un número de comunicaciones puede ser combinado en una portadora. Cada comunicación está representada por una serie de muestras, cada una de las cuales se representa en forma de un código digital.
En Europa ha sido estandarizado y aceptado por la CCITT un sistema TDM de 32 canales.
Cada canal tiene 8 bits. Esta estructura se llama Trama (Frame) y tiene 256 bits. Una llamada es asignada a un canal en una trama semejante. Esto significa que se pueden enviar 8 bits en cada trama.
Como una señal de abonado es muestreada cada 125μseg. (fs=8kHz), un abonado debe ser capaz de enviar 8 bits cada 125μseg.
Por lo tanto la duración del canal es de: 125μseg. / 32=3.906μseg. La velocidad de transmisión (bit rate) de la cadena del PCM es de 256 bits en 125 μseg., Lo cual corresponde a 2.048 Mbits/seg.En la estructura de la trama, la asignación de los canales es de la siguiente manera:
Canal 0: sincronización de la trama (alineación) Canal 16: señalización
Canal 1-15 y 17-31: voz/datos
De un total de 32 canales, únicamente 30 pueden ser utilizados para señales de voz.
Esta es la razón por la que esta estructura es algunas veces llamada estructura de la trama de 30 canales. Cada canal usado para señales de voz contiene 8 bits, de los cuales el primero se usa como bit de signo y los otros siete son bits de magnitud codificados de acuerdo a la ley “A”. En cada trama el mismo número de canal será dado al mismo abonado.
Objetivo de TDM
El objetivo de TDM es multiplexar n canales PCM, según el Standard que se escoja, para lograr lo que se denomina un PCM de 1er. Orden ( E1 ó T1 ),para esto se genera un conjunto de 16 Tramas PCM numeradas de la 0 a la 15, que es el ciclo completo de TDM en donde además de la información de las muestras de voz, se inserta información de alarmas, señalización y palabras de alineamiento tanto de trama como de lo que de aquí en adelante denominaremos Multitrama.
2.12 Conmutación y la jerarquía telefónica
Conmutación
La conmutación es la acción de establecer conexiones temporales de “n”
entradas hacia “m” salidas. Durante la conversación la conmutación permanece inmóvil y la trayectoria permanece fija hasta liberarse.
Fig. 2.10 Conmutación
Es evidente que por la dispersión geográfica de la red telefónica y de sus usuarios existen varias centrales locales, las cuales están enlazadas entre sí por medio de canales de mayor capacidad, de manera que cuando ocurran situaciones de alto tráfico no haya un bloqueo entre las centrales. Existe una jerarquía entre las diferentes centrales que les permite a cada una de ellas enrutar las llamadas de acuerdo con los tráficos que se presenten.
Los enlaces entre los abonados y las centrales locales son normalmente cables de cobre, pero las centrales pueden comunicarse entre sí por medio de enlaces de cable coaxial, de fibras ópticas o de canales de microondas.
En caso de enlaces entre centrales ubicadas en diferentes ciudades se usan cables de fibras ópticas y enlaces satelitales, dependiendo de la distancia que se desee cubrir.
Fig. 2.11 Jerarquías
Jerarquías en la red telefónica
La red telefónica está organizada de manera jerárquica. El nivel más bajo (las centrales locales) está formado por el conjunto de nodos a los cuales están conectados los usuarios. Le siguen nodos o centrales en niveles superiores, enlazados de manera tal que entre mayor sea la jerarquía, de igual manera será la capacidad que los enlaza. Con esta arquitectura se proporcionan a los usuarios diferentes rutas para colocar sus llamadas, que son seleccionadas por los mismos nodos, de acuerdo con criterios preestablecidos, tratando de que una llamada no sea enrutada más que por aquellos nodos y canales estrictamente indispensables para completarla (se trata de minimizar el número de canales y nodos por los cuales pasa una llamada para mantenerlos desocupados en la medida de lo posible).
Asimismo existen nodos (centrales) que permiten enrutar una llamada hacia otra localidad, ya sea dentro o fuera del país. Este tipo de centrales se denominan centrales automáticas de larga distancia.
El inicio de una llamada de larga distancia es identificado por la central por medio del primer dígito (en México, un "0"), y el segundo dígito le indica el tipo de enlace (nacional o internacional; en este último caso, le indica también el país de que se trata). A pesar de que el acceso a las centrales de larga distancia se realiza en cada país por medio de un código propio, éste señala, sin lugar a dudas, cuál es el destino final de la llamada. El código de un país es independiente del que origina la llamada.
Fig. 2.12 Niveles Funcionales de Interconexión
CCA: Central de Conexión de Abonados; se utiliza para dar acceso a los usuarios y cuenta con una sola ruta hacia una central tipo CCE y dos rutas si sobrepasa las 4000 líneas.
CCE: Central con Capacidad de Enrutamiento; maneja tráfico originado y terminado en centrales CCA ó en el mismo CCE.
Son centrales maestras con capacidades mayores a 10000 líneas, regularmente cuentan con facturación detallada y con dos vías hacia los CTI y a un CCE alterno.
CTU: Centro de Tránsito Urbano; maneja el tráfico de tránsito urbano originado y terminado en centrales CCE.
Tiene nivel funcional de CCE.
CTI: Centro de Tránsito Interurbano; maneja el tráfico de larga distancia nacional, internacional (CI) y mundial (CM).
CI: Centro Internacional; se encarga de comunicar la red nacional de TELMEX con EUA, Canadá y algunas islas del caribe.
CM: Centro mundial; se encarga de comunicar la red nacional de Telmex con el resto de las naciones no manejadas por el CI.
Fig. 2.13 Transporte Conmutado de L.D
2.13 Señales telefónicas
Actualmente con la introducción de la tecnología de control digital en las centrales, se ha podido considerar un sistema de señalización mucho más eficiente que el convencional.
Normalmente, el propósito de la señalización es el de "señalizar" hacia otras centrales información tanto de línea (toma y liberación de troncales), como de registro. Ambas pueden ser manejadas como simples paquetes de información, especialmente cuando se trabaja en un ambiente digital computarizado.
La función de señalización se convierte entonces en un simple transporte de información entre centrales a través de una trayectoria física.
Después de ser recibidos, estos mensajes de señalización serán procesados en la central de destino.
Fig. 2.14 Señalización Telefónica
2.13.1 Conceptos básicos de señalización
En una red de telecomunicaciones, se pueden definir dos funciones básicas, a saber:
La información debe ser transportada de una manera eficiente y segura desde el origen hasta el destino a través de una trayectoria física, esto significa: TRANSMISION.
La trayectoria entre el origen y el destino debe ser establecida correctamente, esto es: CONMUTACION.
Fig. 2.15 Sistema de Señalización MFC
Fig. 2.16 Conexión entre dos centrales telefónicas
Para realizar la función de conmutación se requerirá una comunicación entre el suscriptor llamante y su unidad local de conmutación, y posteriormente entre cada una de las unidades de conmutación intermedias hasta llegar al suscriptor final.
Hay dos tipos de información que pueden ser "señalizadas" entre el origen y el destino:
5. SEÑALIZACION DE LINEA.- Este tipo de señalización contiene información tal como la intención de iniciar una llamada, o de ocupar un circuito de troncales, o bien de la liberación de una llamada.
6. SEÑALIZACION DE REGISTRO.- Se requiere de este tipo de señalización para que el destino de la llamada sea pasado del registro de la central anterior, al registro de la siguiente central.
Fig 2.17 Sistema de señalización por canal común
CAPITULO 3
TRANSPORTE DE VOZ EN REDES DE DATOS
3.1 Introducción
Los cambios en el diseño de redes integradas de voz y datos se basan en comprender como estos elementos son conciliados en una misma red. El retardo y las variaciones de retardo, implican una reducción en su impacto, es decir estudiar redes de voz sensitivas al retardo y redes con trafico de datos insensibles al mismo.
Un punto de peso para el diseño de redes, esta en que no todo el tráfico de voz es necesariamente sensitivo al retardo. Por ejemplo, el fax y el correo de voz, no tienen restricciones en tiempo real, como las conversaciones de voz.
Por lo que añadir servicios de correo de voz y fax puede ser una justificación, para soportar "voz" sobre redes de datos.
Todos los sistemas de voz empaquetados, siguen un modelo común.
Las redes de transporte de paquetes, las cuales pueden estar basadas en IP, Frame Relay o ATM forman la nube tradicional. En los límites de estas redes se encuentran dispositivos o componentes que pueden ser llamados agentes de voz. La misión principal de estos elementos es cambiar la información de voz desde la forma tradicional de telefonía a una forma mas fluida para la transmisión de paquetes. Por esto las redes tienden a pasar de paquetes de datos a un agente de voz sirviendo los destinos o llamadas.
Tradicionalmente el tráfico de voz y de datos ha sido soportado por redes distintas, diseñadas específicamente para proporcionar un servicio concreto. El primer tipo de redes, las de transporte de voz (telefonía) transportan un tráfico continuo en el tiempo. Se utilizan redes de conmutación de circuitos que asignan recursos a cada comunicación individual durante todo el tiempo para proporcionar un retardo constante. En el caso en el que no haya circuitos disponibles, la red rechaza la petición de un nuevo usuario.
El segundo tipo de redes, las de datos, proporciona servicio a un tráfico de naturaleza completamente distinta. Es un flujo de información intermitente por lo que la asignación de circuitos permanentes a lo largo de un periodo de tiempo supondría un desperdicio de recursos en los intervalos de inactividad.
Por este motivo las redes de datos son redes de conmutación de paquetes. En este caso la asignación de recursos es dinámica y sólo se consumen recursos cuando existe tráfico que transmitir. El retardo es variable debido a las fluctuaciones en el nivel de ocupación de las colas de paquetes.
Al utilizar dos redes separadas para el flujo de datos y de voz es posible optimizarlas por separado. Sin embargo, al integrar múltiples servicios sobre una red se consigue una reducción de costes y la utilización más eficiente de los recursos.
El primer intento de integración fue la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) que supone la transmisión de datos sobre redes de voz. El usuario accede a servicios en modo paquete o en modo circuito a través de una interfaz que le conecta a la red.
El segundo enfoque es Frame Relay, que es el intento en sentido contrario: utilizar una red de datos para transmitir voz.
El tercer intento es ATM (Modo de Transferencia Asíncrono), que transporta datos de forma eficiente pero permite asegurar calidad de servicio para la voz. En este caso, la integración de servicios se produce en toda la red y no en la interfaz como ocurre en RDSI.
En los últimos años el éxito de Internet ha llevado a tratar de integrar todos los servicios sobre una red basada en IP. Aunque el motivo inicial era la reducción en los costes de usuarios y operadores más adelante se dieron cuenta de los múltiples servicios que se pueden ofrecer (conferencias multimedia, mensajería unificada-voz, correo electrónico y fax-, servicios de teleoperador a través de la web, indicadores de presencia...).
En el caso del servicio de telefonía, además de solucionar los problemas técnicos derivados de la transmisión de voz sobre redes de conmutación de paquetes, es necesario cumplir unos requisitos de calidad de voz, disponibilidad del servicio, conectividad entre terminales de diferentes redes, seguridad,... es decir, el servicio de telefonía que se transmite a través de redes de conmutación de paquetes debe cumplir los requisitos exigidos a la telefonía convencional.
3.2 Frame relay
La tecnología frame relay se creó originalmente como una extensión de la tecnología ISDN. Fue diseñada para permitir que la tecnología de conmutación por circuitos viaje por redes conmutadas por paquetes. Frame relay se ha convertido en un esquema independiente y económico de crear WAN´s.
Los switches frame relay crean circuitos virtuales para la interconexión de lans remotas a wans. La red frame relay se establece entre un dispositivo de frontera de una lan, por lo general un router, y el switch del proveedor del servicio. La tecnología utilizada por el proveedor para transportar los datos entre los switches no es importante en el caso de frame relay.
La complejidad de la tecnología requiere una profunda comprensión de los términos utilizados para describir el funcionamiento de la tecnología frame relay. Sin una completa comprensión de la tecnología frame relay, es difícil diagnosticar las fallas de desempeño.
La tecnología frame relay se convirtió en uno de los protocolos wan más utilizados. Una de las razones de su popularidad es que resulta atractiva económicamente cuando se la compara con líneas arrendadas. Otra razón por la que es tan popular es que la configuración del equipo del usuario en las redes frame relay es muy sencilla.
Frame Relay constituye un método de comunicación orientado a paquetes para la conexión de sistemas informáticos, se utiliza principalmente para la interconexión de Redes de Area y Local y Redes de Area Extensa sobre redes públicas y privadas.
Fig. 3.1 Tecnologías de Interconexión WAN
Es una interfaz de usuario dentro de una red de conmutación de paquetes de área extensa, que típicamente ofrece un ancho de banda entre 64 Kbps y 2048 Kbps.
Frame Relay se origina a partir de las interfaces ISDN y se propuso como un estandar al CCITT en el año 1984. Las conexiones Frame Relay requieren un enrutador y una línea de llegada al usuario, la cual conecta al cliente con el puerto de entrada a la red Frame Relay. La línea es del tipo digital dedicada (arrendada), con velocidades de acceso desde los 64 Kbps a los 2 Mbps.
Los servicios requieren un solo acceso central, estableciéndose circuitos virtuales permanentes (PVC), por donde viaja el flujo de información a través de la red. Estos Circuitos Virtuales Permanentes consisten en un trayecto predefinido a través de la red Frame Relay que conecta dos puntos finales.
Normalmente el punto final es una sucursal con la casa matriz.
Estos canales permanecen activos permanentemente y están garantizados a través del CIR contratado. Dado que las redes locales generan flujos esporádicos, el consumo de ancho de banda debe adaptarse a sus necesidades particulares.
Un tiempo de tránsito muy corto en las redes de larga distancia, junto a la calidad de las estructuras digitales actuales, garantiza una alta velocidad de transferencia.
Sobre esto conviene no olvidar que el rendimiento final de una red también se determina por el tiempo de tránsito o tiempo empleado en la transferencia de datos entre dos nodos. Adicional a esto, las tramas no son reordenadas más que a la salida de la red. Esta adaptación a las necesidades de transmisión permite adecuarse perfectamente al tráfico intermitente o en ráfagas de las redes de area local, las cuales requieren de un gran ancho de banda en un instante dado.
3.2.1 Características técnicas
La norma Frame-Relay está definida sólo para las dos primeras capas del modelo OSI, a diferencia de otros protocolos que llegan hasta la capa 3 como el X.25.
Esto lo libera de las funciones de control de flujo e integridad de los datos, lo que lo hace un protocolo con una velocidad mucho mayor de transferencia de datos.
El avance tecnológico en las telecomunicaciones ha permitido redes con una baja probabilidad de errores debido a interferencias como era el caso de los sistemas análogos.
Esto permite obviar tareas tales como el control de errores a los pasos intermedios, dejándolas sólo para los dispositivos de los extremos, lo que permite un tiempo de transito bastante menor.
En estos aspectos reside la fuerza de Frame Relay, a lo que se suma el hecho de pagar sólo por el ancho de banda contratado, o lo que es igual, la velocidad mínima asegurada, CIR.
• CIR, Commited Information Rate, es un parámetro de dimensión de red especifico de Frame Relay que permite a cada usuario el elegir una velocidad media garantizada en ambos sentidos de la comunicación para cada circuito virtual VC. Como no todos los CV utilizan en un instante dado su ancho de banda reservado, un determinado CV puede emitir parte de su carga hacia los otros.
Esta función propia de Frame Relay es lo que lo diferencia de otras tecnologías, debido a que puede manejar el tráfico en forma estadística permitiendo de este modo una mejor optimización del ancho de banda.
Los beneficios de Frame Relay pueden ser visualizados bajo tres aspectos fundamentales de esta tecnología: Tarificación, Multiplexación, Tráfico en ráfagas.
TARIFICACION
Desde este punto de vista podemos decir que su costo es independiente de la distancia, o en algunos casos, mucho menor que el asociado a las líneas dedicadas como las del tipo TDM, en las cuales el costo es directamente proporcional a la distancia
MULTIPLEXACION
En una red Frame Relay, se pueden poner en servicio varios circuitos virtuales sobre una misma interfaz física.
Esta forma de Multiplexación permite realizar en mallado completo de una red sin necesidad de contratar múltiples líneas dedicadas para ello, y sin incurrir en los costos inherentes a esta malla bajo otras tecnologías.
TRAFICO EN RAFAGAS
Frame Relay se adapta perfectamente al tráfico en ráfagas generado por las aplicaciones cliente-servidor o de interconexión de redes locales.
Según algunos estudios realizados se ha obtenido como resultado que la razón de costo/beneficio ofrecido por esta tecnología resulta la más ventajosa con una optimización del ancho de banda en alrededor de un 35%.
SERVICIOS
Provisión de servicios extremo a extremo, es decir, el transporte de los datos queda asegurado. Esto incluye la incorporación de los router instalados en las oficinas del cliente.
Gestión y administración de la red, que incluye la opción de estadísticas de tráfico para maximizar el uso del ancho de banda.
Integración de servicios, tales como voz y datos.
3.3 El problema de la congestión
Como Frame Relay no posee mecanismos de control de flujo dentro de la red, cuando la congestión aumenta hasta alcanzar niveles considerables, el retraso de la red se incrementa en gran medida.
Este inconveniente con lleva sin embargo una ventaja propia de esta tecnología, ya que agiliza y simplifica la transferencia de las tramas de la siguiente manera: Las tramas desechables son descartadas y las válidas son procesadas de acuerdo a asegurar que lleguen a destino mediante un simple identificador DLCI (Data Link Connection Identifier).
Sin embargo el descarte de tramas genera un efecto perverso, ya que los extremos finales generaran retransmisiones aumentado la congestión de la red.
Por ello, Frame Relay ralentiza el tráfico informando en las cabeceras de ciertas tramas a los equipos de los extremos que deben asumir una condición de congestión.
Fig. 3.2 Frame Relay
CAPITULO 4 VOZ SOBRE IP
Voz sobre Protocolo de Internet, también llamado Voz sobre IP, VozIP, VoIP (por sus siglas en inglés), o Telefonía IP, es un grupo de recursos que hacen posible que la señal de voz viaje a través de Internet empleando un protocolo IP (Internet Protocol). Esto significa que se envía la señal de voz en forma digital en paquetes en lugar de enviarla (en forma digital o analógica) a través de circuitos utilizables solo para telefonía como una compañía telefónica convencional o PSTN (acrónimo de Public Switched Telephone Network, Red Telefónica Pública Conmutada).
Los Protocolos que son usados para llevar las señales de voz sobre la red IP son comúnmente referidos como protocolos de Voz sobre IP o protocolos IP. Pueden ser vistos como implementaciones comerciales de la
"Red experimental de Protocolo de Voz" (1973), inventada por ARPANET.
El tráfico de Voz sobre IP puede circular por cualquier red IP, incluyendo aquellas conectadas a Internet, como por ejemplo redes de área local (LAN).
4.1 Como funciona la voz sobre IP
La voz sobre IP convierte las señales de voz estándar en paquetes de datos comprimidos que son transportados a través de redes de datos en lugar de líneas telefónicas tradicionales. La evolución de la transmisión conmutada por circuitos a la transmisión basada en paquetes toma el tráfico de la red pública telefónica y lo coloca en redes IP bien aprovisionadas. Las señales de voz se encapsulan en paquetes IP que pueden transportarse como IP nativo o como IP por Ethernet, Frame Relay, ATM o SONET.
Hoy, las arquitecturas interoperables de voz sobre IP se basan en la especificación H.323 v2. La especificación H.323 define gateways (interfaces de telefonía con la red) y gatekeepers (componentes de conmutación interoficina) y sugiere la manera de establecer, enrutar y terminar llamadas telefónicas a través de Internet. En la actualidad, se están proponiendo otras especificaciones en los consorcios industriales tales como SIP, SGCP e IPDC, las cuales ofrecen ampliaciones en lo que respecta al control de llamadas y señalización dentro de arquitecturas de voz sobre IP.
4.2 Descripción técnica detallada sobre Voz sobre IP (VOIP)
El crecimiento y fuerte implantación de las redes IP, tanto en local como en remoto, el desarrollo de técnicas avanzadas de digitalización de voz, mecanismos de control y priorización de tráfico, protocolos de transmisión en tiempo real, asi como el estudio de nuevos estandares que permitan la calidad de servicio en redes IP, han creado un entorno donde es posible transmitir
telefonía sobre IP lo que no significará en modo alguno la desaparición de las redes telefónicas modo circuito, sino que habrá, al menos temporalmente, una fase de coexistencia entre ambas, y por supuesto la necesaria interconexión mediante pasarelas (gataways), denominadas genéricamente pasarelas VoIP.
Este aspecto ha sido abordado tanto por ITU como por el IETF.
Si a todo lo anterior, se le suma el fenomeno Internet, junto con el potencial ahorro economico que este tipo de tecnologias puede llevar acarreado, la conclusión es clara: El VoIP (Protocolo de Voz Sobre Internet - Voice Over Internet Protocol) es un tema "caliente" y estratégico para las empresas.
Hoy, desregulación mediante, la telefonía sobre IP empieza a ver su hora más gloriosa y es el fruto más legítimo de la convergencia tecnológica.
El concepto original es relativamente simple: se trata de transformar la voz en "paquetes de información" manejables por una red IP (con protocolo Internet, materia que también incluye a las intranets y extranets). Gracias a otros protocolos de comunicación, como el RSVP, es posible reservar cierto ancho de banda dentro de la red que garantice la calidad de la comunicación.
La voz puede ser obtenida desde un teléfono común: existen gateways (dispositivos de interconexión) que permiten intercomunicar las redes de telefonía tradicional con las redes de datos. De hecho, el sistema telefónico podría desviar sus llamadas a Internet para que, una vez alcanzado el servidor más próximo al destino, esa llamada vuelva a ser traducida como información analógica y sea transmitida hacia un teléfono común por la red telefónica tradicional. Vale decir, se pueden mantener conversaciones teléfono a teléfono.
"Los carriers son conscientes de que el tráfico de voz hasta el año 2002 crecerá apenas el 3%, mientras que el de datos estará en el orden del 30%, y las reglas del mercado indican que, cuando uno se resiste a vender un servicio, lo vende la competencia. Esto es bien sabido por los carriers." (Sergio Cusato, Marketing Manager de Nortel en el área de redes de datos para empresas).
4.3 Parámetros de la VoIP
Este es el principal problema que presenta hoy en día la penetración tanto de VoIP como de todas las aplicaciones de IP. Garantizar la calidad de servicio sobre una red IP, por medio de retardos y ancho de banda, actualmente no es posible; por eso, se presentan diversos problemas en cuanto a garantizar la calidad del servicio.
4.3.1 Códecs
La voz ha de codificarse para poder ser transmitida por la red IP. Para ello se hace uso de Códecs que garanticen la codificación y compresión del audio o del video para su posterior decodificación y descompresión antes de poder generar un sonido o imagen utilizable. Según el Códec utilizado en la transmisión, se utilizará más o menos ancho de banda. La cantidad de ancho de banda suele ser directamente proporcional a la calidad de los datos transmitidos.
Entre los codecs utilizados en VoIP encontramos los G.711, G.723.1 y el G.729 (especificados por la ITU-T)
Fig. 4.1 Codificación de la Voz
Latencia o retardo extremo a extremo o tiempo de transferencia en la red Una vez establecidos los retardos de tránsito y el retardo de procesado la conversación se considera aceptable por debajo de los 150 ms.
• Retardos menores de 150 mseg: No son percibidos por el ser humano.
• Retardos entre 150 y 400 mseg: Son aceptables pero no ideales.
• Retardos por encima de 400 mseg: Impide la interactividad en conversaciones de voz.
Compresión (codificación de la voz) Entre 20 ms y 45 ms Empaquetado en origen Entre 10 ms y 15 ms Acceso a la red en origen Entre 0,25 ms y 7 ms Retardo de transmisión en la red Entre 20 ms y 200 ms Salida de la red en el destino Entre 0,25 ms y 7 ms Desempaquetado en el destino Entre 10 ms y 20 ms Zona de almacenamiento para compensar
variaciones en el retardo Entre 10 ms y 20 ms
Descompresión 10 ms
Total Entre 80.5 ms y 314 ms
4.3.2 Calidad del servicio QoS
La calidad de servicio se está logrando en base a los siguientes criterios:
La supresión de silencios, otorga más eficiencia a la hora de realizar una transmisión de voz, ya que se aprovecha mejor el ancho de banda al transmitir menos información.
Compresión de cabeceras aplicando los estándares RTP/RTCP.
Priorización de los paquetes que requieran menor latencia. Las tendencias actuales son:
• CQ (Custom Queuing) Asigna un porcentaje del ancho de banda disponible.
• PQ (Priority Queuing) Establece prioridad en las colas.
• WFQ (Weight Fair Queuing) Se asigna la prioridad al tráfico de menos carga.
• DiffServ: Evita tablas de encaminados intermedios y establece decisiones de rutas por paquete.
La implantación de IPv6 que proporciona mayor espacio de direccionamiento y la posibilidad de tunneling.
La calidad de la voz extremo a extremo, determinada por los sucesivos procesos de codificación – decodificación, y las pérdidas de paquetes en la red.
La demora extremo a extremo, debido a las sucesivos procesos de codificación – decodificación, paquetización y "encolados". Afecta la interactividad en la conversación, y por tanto a la QoS.
Las redes IP son redes del tipo best-effort y por tanto no ofrecen garantía de QoS, pero las aplicaciones de telefonía IP si necesitan algún tipo de garantía de QoS en términos de demora, jitter y pérdida de paquetes. En tal sentido existen dos mecanismos se señalización para QoS , esto es, IntServ y DiffServ.
Ambos son "mecanismos" de cara a la red.
Por tanto, es necesario buscar QoS no solo en la red, sino también en los terminales, y en los procesos que en los mismos se desarrollan, de ahí que sea necesario también decir que la sensibilidad a la pérdida de paquetes, a las demoras y sus fluctuaciones, que experimentan los servicios de voz sobre IP, dependen en buena medida de los mecanismos implementados en los terminales.
La preparación de los medios en los terminales para ser enviados y transferidos por la red IP involucra varios procesos: digitalización, compresión y empaquetado en el extremo emisor, y los procesos inversos en el extremo receptor. Todo esto se lleva a cabo mediante un complejo procesamiento que sigue determinado algoritmo, lo cual a su vez se desarrolla en cierto intervalo
de tiempo, esto es, implica demora de procesamiento y demora de empaquetado:
• Demora de procesamiento: demora producida por la ejecución del algoritmo de codificación, que entrega un stream de bytes listos para ser empaquetados.
• Demora de paquetización: es el tiempo que se requiere para formar un paquete de voz a partir de los bytes codificados.
Debe señalarse que el resultado de esta codificación – paquetización incide directamente en la QoS, y también la forma en que se lleve a cabo. Así, cuando se reduce la velocidad de codificación los requerimientos de ancho de banda también se reducen, lo que posibilita de cara a la red poder manejar más conexiones simultáneas, pero se incrementa la demora y la distorsión de la señales de voz. Lo contrario ocurre al aumentar la velocidad de codificación.
Otro aspecto a tener en cuenta es el compromiso entre la demora de paquetización y la utilización del canal (relación entre bytes de información y bytes de cabecera en cada paquete de voz), es decir, la búsqueda de mayor utilización del canal conduce a mayor demora de paquetización para cierto estándar de codificación. Claro está, según el estándar de codificación que se utilice será la demora resultante en relación con la utilización del canal, diferencias que se acentúan cuando la utilización del canal está por encima del 50 % , con un crecimiento de la demora en forma exponencial en el caso de los codecs de baja velocidad como el G.723.1. La demora de paquetización también puede ser reducida mediante multiplexación de varias conexiones de voz en el mismo paquete IP.
A las demoras de procesamiento y empaquetado se suma también la demora que introduce el proceso de buffering en los terminales, y la demora de
"encolado" en la red. Todo esto da una demora extremo a extremo que percibe el usuario final en mayor o menor medida. Demoras extremo a extremo por debajo de 400 milisegundos no comprometen la interactividad en la conversación, pero ya por encima de 150 milisegundos se requiere control del eco.
Las demoras antes comentadas son resultado lógico de las
características y modo de operación de las redes IP, así como también de la naturaleza de las señales de voz.
4.3.3 Estándar G.729
Es un algoritmo de compresión de datos de audio para voz que comprime audio de voz en trozos de 10 milisegundos. La música o los tonos tales como los tonos de DTMF o de fax no pueden ser transportados confiablemente con este códec, y utilizar así G.711 o métodos de señalización fuera de banda para transportar esas señales.
G.729 se usa mayoritariamente en aplicaciones de Voz sobre IP VoIP por sus bajos requerimientos en ancho de banda. El estándar G.729 opera a una tasa de bits de 8 kbit/s, pero existen extensiones, las cuales suministran también tasas de 6.4 kbit/s y de 11.8 kbit/s para peor o mejor calidad en la conversación respectivamente. También es muy común G.729a el cual es compatible con G.729, pero requiere menos cómputo. Esta menor complejidad afecta en que la calidad de la conversación es empeorada marginalmente.
Recientemente, G.729 ha sido extendido para suministrar soporte para conversación de banda ancha y codificación de audio, por ejemplo, el rango de frecuencia acústica es extendido a 50Hz-7kHz. La extensión respectiva a G.729 es referida como G.729.1. El codificador G.729.1 está organizado
jerárquicamente: Su tasa de bits y la calidad obtenida es ajustable por un sincle truncado de la corriente de bits.
4.4 El estándar VOIP – voz sobre IP
Realmente la integración de la voz y los datos en una misma red es una idea antigua, pues desde hace tiempo han surgido soluciones desde distintos fabricantes que, mediante el uso de multiplexores, permiten utilizar las redes WAN de datos de las empresas (típicamente conexiones punto a punto y frame-relay) para la transmisión del tráfico de voz. La falta de estándares, así como el largo plazo de amortización de este tipo de soluciones no ha permitido una amplia implantación de las mismas.
Fig. 4.2 Implementación de VoIP
Es innegable la implantación definitiva del protocolo IP desde los ámbitos empresariales a los domésticos y la aparición de un estándar, el VoIP, no podía hacerse esperar. La aparición del VoIP junto con el abaratamiento de los DSP’s (Procesador Digital de Señal), los cuales son claves en la compresión y descompresión de la voz, son los elementos que han hecho posible el despegue de estas tecnologías. Para este auge existen otros factores, tales como la aparición de nuevas aplicaciones o la apuesta definitiva por VoIP de fabricantes como Cisco Systems o Nortel-Bay Networks. Por otro lado los operadores de telefonía están ofreciendo o piensan ofrecer en un futuro cercano, servicios IP de calidad a las empresas.
Por lo dicho hasta ahora, vemos que nos podemos encontrar con tres tipos de redes IP:
Internet. El estado actual de la red no permite un uso profesional para el tráfico de voz.
Red IP pública. Los operadores ofrecen a las empresas la conectividad necesaria para interconectar sus redes de área local en lo que al tráfico IP se refiere. Se puede considerar como algo similar a Internet, pero con una mayor calidad de servicio y con importantes mejoras en seguridad. Hay operadores que incluso ofrecen garantías de bajo retardo y/o ancho de banda, lo que las hace muy interesante para el tráfico de voz.
Intranet. La red IP implementada por la propia empresa. Suele constar de varias redes LAN (Ethernet conmutada, ATM, etc..) que se interconectan mediante redes WAN tipo Frame-Relay/ATM, líneas punto a punto, RDSI para el acceso remoto, etc. En este caso la empresa tiene bajo su control prácticamente todos los parámetros de la red, por lo que resulta ideal para su uso en el transporte de la voz.
Debido a la ya existencia del estándar H.323 del ITU-T, que cubría la mayor parte de las necesidades para la integración de la voz, se decidió que el H.323 fuera la base del VoIP. De este modo, el VoIP debe considerarse como una clarificación del H.323, de tal forma que en caso de conflicto, y a fin de evitar divergencias entre los estándares, se decidió que H.323 tendría prioridad sobre el VoIP. El VoIP tiene como principal objetivo asegurar la interoperabilidad entre equipos de diferentes fabricantes, fijando aspectos tales como la supresión de silencios, codificación de la voz y direccionamiento, y estableciendo nuevos elementos para permitir la conectividad con la infraestructura telefónica tradicional. Estos elementos se refieren básicamente a los servicios de directorio y a la transmisión de señalización por tonos multifrecuencia (DTMF).
Señalización:
• Q.931 Señalización inicial de llamada.
• H.225 Control de llamada: señalización, registro y admisión, y paquetización / sincronización del stream (flujo) de voz.
• H.245 Protocolo de control para especificar mensajes de apertura y cierre de canales para streams de voz.
Compresión de Voz:
• Requeridos: G.711 y G.723.
• Opcionales: G.728, G.729 y G.722.
Transmisión de Voz:
• UDP. La transmisión se realiza sobre paquetes UDP, pues aunque UDP no ofrece integridad en los datos, el aprovechamiento del ancho de banda es mayor que con TCP.
• RTP (Real Time Protocol). Maneja los aspectos relativos a la temporización, marcando los paquetes UDP con la información necesaria para la correcta entrega de los mismos en recepción.
Fig 4.3 Control de Transmisión
RTCP (Real Time Control Protocol). Se utiliza principalmente para detectar situaciones de congestión de la red y tomar, en su caso, acciones correctoras.
• FXO. Para conexión a extensiones de centralitas ó a la red telefónica básica.
• FXS. Para conexión a enlaces de centralitas o a teléfonos analógicos.
• E&M. Para conexión específica a centralitas.
• BRI. Acceso básico RDSI (2B+D).
• PRI. Acceso primario RDSI (30B+D).
G703/G.704. (E&M digital) Conexión especifica a centralitas a 2 Mbps.
Gateway de Voz sobre IP
El término pasarela de VoIP en ocasiones también se suele utilizar para hacer referencia a otros elementos funcionales, en tal caso se le suelen llamar pasarelas de VoIP especiales, en tanto que se posicionan entre redes IP para desarrollar determinadas funciones de mapping, por ejemplo en la capa IP.
Entidades específicas como proxies VoIP, transcodificadores VoIP, traductores de direcciones de red VoIP, etc., caen en esta categoría de pasarelas de VoIP.
Las pasarelas de interconexión en este contexto son básicamente dispositivos lógicos, aunque también pueden ser, y de hecho son, dispositivos físicos, como se verá posteriormente. Tienen una serie de atributos que caracterizan el volumen y tipos de servicios que pueden proveer, por ejemplo:
• Capacidad, expresa el volumen de servicio que puede brindar la pasarela, estando relacionado directamente con el número de puertos que tiene (igual al número máximo de llamadas simultáneas) y la velocidad del enlace de acceso.
• Protocolos de señalización soportados, tanto relativos a redes de VoIP como relativos a redes SCN.
• Codecs de voz utilizados.
• Algoritmos de encriptado que soporta.
• Rango de direccionado, que es el rango o abanico de números telefónicos que a su través se tiene acceso en la GSTN desde la red IP.
En relación con la tarificación, este rango de direccionado puede o no estar fraccionado.
• En general, las pasarelas de interconexión tienen que proporcionar los siguientes "mecanismos" o funciones.
• Adaptación de señalización, básicamente tiene que ver con las funciones de establecimiento y terminación de las llamadas, Control de los medios, se relaciona con la identificación, procesamiento e interpretación de eventos relacionados con el servicio generados por usuarios o terminales.
• Adaptación de medios, según requerimientos de las redes.
La pasarela o gateway de interconexión también desarrolla la función control de medios, que se ocupa de "manejar" toda la información de control generada por el terminal. Para el caso de comunicaciones de voz, la información de control del nivel de usuario más a destacar son los tonos multifrecuencia (DTMF) que produce un teclado telefónico convencional (por ejemplo, para interactuar con un servidor de voz). Ahora bien, dadas las características de estas señales, en el sentido que están en el rango audible pero no son señales de voz, sino tonos, es necesario prestar particular atención para su trasvase por la conexión híbrida que representa la pasarela de interconexión. Las técnicas de compresión de voz de baja velocidad introducen considerable distorsión en los tonos DTMF, provocando la recepción y correspondiente decodificación incorrecta en los receptores. Entonces, esto requiere que las señales de audio y los tonos DTMF sean separados en la pasarela (si no lo ha sido ya en el emisor) y conducidas de forma independiente al receptor.
Hay dos posibles soluciones para el transporte de los tonos DTMF:
Transporte "dentro de banda": consiste en transportar estos tonos, digitalizados y paquetizados, con los protocolos RTP/UDP, mediante un formato de carga
