Introducción a la tecnología y arquitecturas de VoIP

Introducción a la tecnología y arquitecturas de VoIP

Voz sobre IP es transmitir Voz utilizando IP. Si bien es una tecnología novedosa, tiene muchas características similares y otras diferentes a las de la telefonía tradicional.

Telefonía Tradicional.

El servicio telefónico es, junto con la red eléctrica, uno de los más confiables que conocemos y usamos, ya que todo es muy redundante y está pensado para funcionar siempre. Una central telefónica está diseñada para minimizar los tiempos de interrupción del servicio.

Es una tecnología en que la interfaz es muy importante, la gente la conoce, espera que cuando levanta el teléfono se escuche el tono, y si no es el mismo que el que esperaba escuchar, molesta; además es muy universal y difundida. Todo esto se tiene en cuenta a la hora de prestar el servicio telefónico.

Arquitectura de una central telefónica.

Todos tenemos un teléfono en nuestra casa. En general, sabemos que el cable del teléfono tiene un conector (RJ-11) parecida a la del cable de red, y que adentro tiene dos cables de cobre, al que se denomina par telefónico. Ese par telefónico es el que va hasta la central telefónica, a una placa que se la suele denominar placa de abonado. Es la placa que controla nuestra línea.

Puede controlar muchas líneas, no una sola, y tiene una densidad de puertos que depende del fabricante, ronda entre los 8 y 16 abonados (a veces más, a veces menos). El valor exacto depende del equipo en particular.

La central telefónica es un conjunto de equipos relacionados. Todo este conjunto forma un equipo muy grande que puede llegar a ocupar varias habitaciones.

Procesamiento de Llamadas

Hasta la central, la voz va en forma analógica. Actualmente ya no existen centrales analógicas, todo lo que hay desde que llega la señal a la central y sale de la otra central hacia el otro abonado, es digital.

La placa de abonado es la que se encarga de hacer la conversión de una señal analógica a una digital y viceversa. La señal se convierte a un PCM de 64kbps, que es una señal digital sin pérdida de información y sin compresión, es el formato que se está utilizando desde prácticamente sus comienzos. También es la placa de abonado la que decodifica los tonos de discado (DTMF).

Conexión entre centrales

La llamada que sale de nuestra central tiene que llegar hasta la central donde está la persona con la que queremos hablar. No hay doscientos millones de cables entre una y otra, sino que hay un enlace, el cual puede ser de diversos tipos. Este enlace se debe multiplexar para que todos los abonados de la central puedan hablar por teléfono.

Esta multiplexación es la que hace una diferencia a la hora de la calidad del servicio para el usuario. El sistema de multiplexación que utilizan las centrales telefónicas se llama TDM: Time Division Multiplex. Consiste en dividir el stream de datos en partes iguales de 64k (llamadas time-slots), de manera que los datos correspondientes al primer abonado van en el primer time-slot, los correspondientes al segundo en el segundo, y así sucesivamente.

Ruteo, señalización y protocolos.

Vamos a denominar señalización a la información relacionada con una llamada que se transmite entre dos equipos (la definición en sí es más amplia, pero esto es en particular lo más relevante para el caso).

A través de la señalización, la central puede ubicar a qué otra central tiene que llamar, a qué abonado dentro de esa central hay que llamar, saber que se cortó la comunicación, que dio ocupado, etc.

Las centrales entre sí se comunican utilizando diversos protocolos, los cuales generalmente son estándares públicos, aunque en muchos casos las especificaciones no son fáciles (o baratas) de conseguir. Los protocolos más comunes son tres: R2, PRI y SS7.

Telefonía IP

La telefonía IP, necesita un elemento que se encargue de transformar las ondas de voz en datos digitales y que además los divida en paquetes susceptibles de ser transmitidos haciendo uso del protocolo IP. Este elemento es conocido como Procesador de Señal Digital (DSP), el cual está ya disponible y utilizan los Teléfonos IP o las propias Gateways o Pasarelas encargadas de transmitir los paquetes IP una vez empaquetada la voz. Cuando los paquetes alcanzan el Gateway de destino se produce el mismo proceso a través del DSP pero a la inversa con lo cual el receptor podrá recibir la señal analógica correspondiente a la voz del emisor.

Ancho de Banda Necesario

Hasta hace muy poco tiempo el ancho de banda necesario para la transmisión de voz y vídeo en tiempo real era considerablemente elevado, lo que hacía imposible este tipo de comunicaciones sobre redes de datos que no garantizaran una calidad de servicio, como por ejemplo Internet o redes basadas en protocolo IP.

Actualmente la voz que recibe un gateway es digitalizada y comprimida según distintos algoritmos (GSM, G.723.1, G.711, G.729) los cuales se caracterizan por conseguir mayores ratios de compresión en detrimento del tiempo de latencia (tiempo necesario para descomprimir la voz para que pueda ser entendida de nuevo). Algunos de estos algoritmos consiguen comprimir los paquetes de voz en 8 Kbps aproximadamente. El protocolo IP añade al paquete de voz digitalizado y comprimido una serie de cabeceras para su correcto transporte a través de la red, lo que hace que el ancho de banda necesario se incremente hasta unos 16 Kbps.

Calidad en la Transmisión de La Voz

Codificadores de Voz: influyen en la digitalización de la voz en paquetes de datos que contienen voz y que serán transmitidos por la red IP, también influyen por el retardo necesario para la descompresión de esos paquetes voz, lo que imputa un retardo añadido a la comunicación.

Cancelación de Eco: requerimiento necesario para una comunicación a través de Telefonía IP, que elimina de forma automática y en tiempo real posibles ecos, ya que si no lo hiciera haría inteligible la comunicación.

Latencia: tiempo necesario para que la voz viaje de un extremo al otro, incluyen los tiempos necesarios para la compresión, transmisión y descompresión. Este tiempo tiende a minimizarse pero jamás podrá ser suprimido. Actualmente los tiempos que se están obteniendo de latencia giran alrededor de 120 ms.

Estándares

El estándar que regula este tipo de comunicaciones es el H.323 de la ITU. Esta norma realmente es una serie de normas para la transmisión de datos multimedia (audio, vídeo y datos) sobre redes que no garantizan una calidad de servicio (redes IP).

Funciones y componentes de VoIP.

Principales Protocolos de VoIP de acuerdo al Modelo OSI

Protocolo H: 323.

Es utilizado comúnmente para Voz sobre IP (VoIP, Telefonía de Internet o Telefonía IP) y para videoconferencia basada en IP. Es un conjunto de normas (recomendación paraguas) ITU para comunicaciones multimedia que hacen referencia a los terminales, equipos y servicios estableciendo una señalización en redes IP. No garantiza una calidad de servicio, y en el transporte de datos puede, o no, ser fiable; en el caso de voz o vídeo, nunca es fiable. Además, es independiente de la topología de la red y admite pasarelas, permitiendo usar más de un canal de cada tipo (voz, vídeo, datos) al mismo tiempo.

La topología clásica de una red basada en H-323.

Portero: realiza el control de llamada en una zona. Es opcional pero su uso está recomendado, de modo que si existe, su uso será obligatorio. Traduce direcciones, ofrece servicio de directorio, control de admisión de terminales, control de consumo de recursos y procesa la autorización de llamadas, así como también puede encaminar la señalización.

1. Pasarela: es el acceso a otras redes, de modo que realiza funciones de transcodificación y traducción de señalización.

2. MCU: soporte multiconferencia. Se encarga de la negociación de capacidades.

Protocolo SIP (Session Intation Protocol).

Es un protocolo desarrollado por el grupo de trabajo MMUSIC del IETF con la intención de ser el estándar para la iniciación, modificación y finalización de sesiones interactivas de usuario donde intervienen elementos multimedia como el video, voz, mensajería instantánea, juegos en línea y realidad virtual.

La sintaxis de sus operaciones se asemeja a las de HTTP y SMTP, los protocolos utilizados en los servicios de páginas Web y de distribución de e-mails respectivamente. Esta similitud es natural ya que SIP fue diseñado para que la telefonía se vuelva un servicio más en Internet.

En noviembre del año 2000, SIP fue aceptado como el protocolo de señalización de 3GPP y elemento permanente de la arquitectura IMS (IP Multimedia Subsystem). SIP es uno de los protocolos de señalización para voz sobre IP, los otros son H.323 e IAX2.

El protocolo SIP se concentra en el establecimiento, modificación y terminación de las sesiones, y se complementa entre otros con el SDP, que describe el contenido multimedia de la sesión, por ejemplo qué direcciones IP, puertos y códecs se usarán durante la comunicación. Es un protocolo de señalización. Se complementa con el RTP (Real-time Transport Protocol), portador del contenido de voz y vídeo que intercambian los participantes en una sesión establecida por SIP.

Las funciones básicas del protocolo incluyen:

1. Determinar la ubicación de los usuarios, aportando movilidad.

2. Establecer, modificar y terminar sesiones multipartitas entre usuarios.

El protocolo SIP adopta el modelo cliente-servidor y es transaccional. El

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