El Estándar VoIP – Redes y servicios de banda ancha

Enviado por MARCO AURELIO ROSARIO VILLARREAL.

Partes: 1, 2

INTRODUCCION

En la década pasada, las industrias de
telecomunicaciones han presenciado cambios
rápidos en las comunicaciones
de las organizaciones y
personas. Muchos de estos cambios surgieron desde el crecimiento
explosivo de la Internet y de aplicaciones
basadas en el protocolo
Internet (IP). La
Internet ha llegado ser un significado omnipresente de la
comunicación, y la cantidad total de tráfico de
red basado en
paquetes ha superado rápidamente al tráfico de red
de voz tradicional (PSTN).

En el despertar de estos adelantos tecnológicos,
es claro para los portadores de telecomunicaciones,
compañías y vendedores que los servicios y
tráfico de voz será uno de las mayores aplicaciones
para tomar ventaja completa de IP. Esta esperanza esta basada en
el impacto de un nuevo grupo de
tecnologías generalmente referidas como Voz sobre IP
(VoIP) o
Telefonía IP.

VoIP suministra muchas capacidades únicas a los
portadores y clientes quienes
dependen en IP o en otra red basada en paquetes. Los beneficios
más importantes incluyen lo siguientes:

Ahorros de costos:
moviendo tráfico de voz sobre redes IP, las
compañías pueden reducir o eliminar los cargos
asociados con el transporte
de llamadas sobre la red telefónica publica conmutada
(PSTN). Los proveedores
de servicios y los usuarios finales pueden aun conservar ancho
de banda invirtiendo una capacidad adicional solo cuando es
necesario. Esto es posible por la naturaleza
distribuida de VoIP y por los costos de operación
reducida según las compañías combinen
tráficos de voz y datos dentro de
una
red.
Estándares abiertos e Interoperabilidad:
adoptando estándares abiertos, ambos los negocios y
proveedores de servicios pueden comprar equipos de
múltiples fabricantes y eliminar su dependencia en
soluciones
propietarias.
Redes integradas de voz y datos: haciendo la voz como
otra aplicación IP, las compañías pueden
construir verdaderamente redes integradas para voz y datos.
Estas redes integradas no solo proveen la calidad y
confianza de las actuales PSTN’s, también estas
redes habilitan a las compañías para tomar
rápidamente ventaja de nuevas oportunidades dentro del
mundo cambiante de las comunicaciones.

En 1995, el primer producto VoIP
comercial comenzó a acertar en el mercado. Estos
productos
fueron el blanco de las compañías que buscaban
reducir las pérdidas de telecomunicaciones moviendo el
tráfico de voz a redes de paquetes. Mientras estas redes
de telefonía de paquetes y las dependencias de
interconexión aparecían, llego a ser claro que la
industria
necesitaba protocolos VoIP
estándares. Muchos grupos tomaron el
reto, resultando en estándares independientes, cada una
con sus propias características únicas. En
particular, los suministradores de equipos de red y sus clientes
pueden escoger entre 4 diferentes protocolos de control de
llamadas y señalización para VoIP:

H.323
Protocolo de control Gateway Media
(MGCP).
Protocolo de iniciación de sesión
(SIP).
Control Gateway Media / H.248 (MEGACO).

En el proceso de
implementación de soluciones VoIP factibles, los
ingenieros de red han de determinar como cada uno de estos
protocolos trabajaran y cual de ellos funcionaran mejor para las
aplicaciones y redes particulares.

Las Empresas, las
ISP’s, las ITSP’s (Proveedores de servicios de
telefonía Internet), y los portadores ven a VoIP un camino
viable para implementar la voz empaquetada. Razones para
implementar VoIP típicamente incluyen:

Toll – Bypass: permite llamadas de larga
distancia sin incurrir en los cargos asociados
usuales.
Consolidación de Red: voz, video y datos
pueden ser transportados sobre una misma red, de este modo se
simplifica la
administración de red y se reduce los costos por uso
de equipamiento común.
Convergencia de servicios: la funcionalidad realzada
puede ser implementada a través de la unión de
servicios multimedia.

Esta integración completa permite nuevas
aplicaciones, tales como mensajería unificada, Web Center
Call, Telefonía multimedia sobre IP, Servicios de
FreePhone. Sin embargo diseñando una red VoIP requiere
cuidadosa planificación para asegurar que la
calidad de voz pueda ser mantenida correctamente. Este trabajo
provee alguna guía y entendimiento de estos protocolos
VoIP y examina los factores que afectan la calidad de
voz.

CAPITULO I

Componentes y funcionamiento de una
Red VoIP

DEFINICION DE VoIP:

VoIP viene de las palabras en ingles Voice Over
Internet Protocol. Como dice el término, VoIP intenta
permitir que la voz viaje en paquetes IP y obviamente a
través de Internet.

La telefonía IP conjuga dos mundos
históricamente separados: la transmisión de voz y
la de datos. Se trata de transportar la voz previamente
convertida a datos, entre dos puntos distantes. Esto
posibilitaría utilizar las redes de datos para efectuar
las llamadas telefónicas, y por ende desarrollar una
única red convergente que se encargue de cursar todo
tipo de comunicación, ya sea voz, datos, video o
cualquier tipo de información.

La VoIP por lo tanto, no es en sí mismo un
servicio
sino una tecnología que permite encapsular la voz
en paquetes para poder ser
transportados sobre redes de datos sin necesidad de disponer de
los circuitos
conmutados convencionales conocida como la PSTN, que son redes
desarrolladas a lo largo de los años para transmitir las
señales vocales. La PSTN se basaba en el
concepto de
conmutación de circuitos, es decir, la
realización de una comunicación requería
el establecimiento de un circuito físico durante el
tiempo que
dura ésta, lo que significa que los recursos que
intervienen en la realización de una llamada no pueden
ser utilizados en otra hasta que la primera no finalice,
incluso durante los silencios que se suceden dentro de una
conversación típica.

En cambio, la
telefonía IP no utiliza circuitos físicos para la
conversación, sino que envía múltiples
conversaciones a través del mismo canal (circuito
virtual) codificadas en paquetes y en flujos independientes.
Cuando se produce un silencio en una conversación, los
paquetes de datos de otras conversaciones pueden ser
transmitidos por la red, lo que implica un uso más
eficiente de la misma.

Según esto son evidentes las ventajas que
proporciona las redes VoIP, ya que con la misma infraestructura
podrían prestar mas servicios y además la
calidad de
servicio y la velocidad
serian mayores; pero por otro lado también existe la
gran desventaja de la seguridad,
ya que no es posible determinar la duración del paquete
dentro de la red hasta que este llegue a su destino y
además existe la posibilidad de perdida de paquetes, ya
que el protocolo IP no cuenta con esta herramienta.

La figura Nº 1-01, muestra
los principales componentes de una red VoIP. El Gateway
convierte las señales desde las interfaces de
telefonía tradicional (POTS, T1/E1, ISDN, E&M
trunks) a VoIP. Un teléfono IP es un terminal que tiene
soporte VoIP nativo y puede conectarse directamente a una
red IP. En este trabajo de investigación, el término
TERMINAL será usado para referirse a un Gateway, un
teléfono IP, o una PC con una Interface
VoIP.
El servidor
provee el manejo y funciones
administrativas para soportar el enrutamiento de
llamadas a través de la red. En un sistema
basado en H.323, el servidor es conocido como un
Gatekeeper. En un sistema SIP, el servidor es un servidor
SIP. En un sistema basado en MGCP o MEGACO, el servidor es
un Call Agent (Agente de llamadas). Finalmente, la red IP
provee conectividad entre todos los terminales. La red IP
puede ser una red IP privada, una Intranet
o el Internet.
FIGURA Nº 1-01
COMPONENTES PRINCIPALES DE VoIP:
Una vez que la llamada ha sido establecida, la voz
será digitalizada y entonces transmitida a
través de la red en tramas IP. Las muestras de voz
son primero encapsuladas en RTP (protocolo de transporte en
tiempo real) y luego en UDP (protocolo de datagrama de
usuario) antes de ser transmitidas en una trama IP. La
figura Nº 1-02 muestra un ejemplo de una trama VoIP
sobre una red LAN
y WAN.
FIGURA Nº 1-02
Por ejemplo, si el CODEC usado es G.711 y el
periodo de paquetización es 20 ms, la carga
útil será de 160 bytes. Esto resultara en una
trama total de 206 bytes en una red WAN y en 218 bytes en
una red LAN.
ENCAPSULAMIENTO DE UNA TRAMA
VoIP:
FUNCIONAMIENTO DE UNA RED
VoIP:

Años atrás, se descubrió que
enviar una señal a un destino remoto también se
podría enviar de manera digital es decir, antes de
enviar la señal se debía digitalizar con un
dispositivo ADC (analog to digital converter), transmitirla y
en el extremo de destino transformarla de nuevo a formato
análogo con un dispositivo DAC (digital to analog
converter).

VoIP funciona de esa manera, digitalizando la voz en
paquetes de datos, enviándola a través de la red
y reconvirtiéndola a voz en el destino.
Básicamente el proceso comienza con la señal
análoga del teléfono que es digitalizada en
señales PCM (pulse code modulación) por medio del
codificador/decodificador de voz (codec). Las muestras PCM son
pasadas al algoritmo de
compresión, el cual comprime la voz y la fracciona en
paquetes (Encapsulamiento) que pueden ser transmitidos para
este caso a través de una red privada WAN. En el otro
extremo de la nube se realizan exactamente las mismas funciones en un
orden inverso. El flujo de un circuito de voz comprimido es el
mostrado en la figura Nº 1-03.

FIGURA Nº 1-03

Dependiendo de la forma en la que la red este
configurada, el Router o el
gateway pueden realizar la labor de codificación, decodificación y/o
compresión. Por ejemplo, si el sistema usado es un
sistema análogo de voz, entonces el router o el gateway
realizan todas las funciones mencionadas anteriormente como
muestra la figura Nº 1-04.

FIGURA Nº 1-04

En cambio, como muestra la figura Nº 1-05, si el
dispositivo utilizado es un PBX digital, entonces es este el
que realiza la función
de codificación y decodificación, y el router
solo se dedica a procesar y a encapsular las muestras PCM de
los paquetes de voz que le ha enviado el PBX

FIGURA Nº 1-05

Para el caso de transportar voz sobre la red
pública Internet, se necesita una interfaz entre la red
telefónica y la red IP, el cual se denomina gateway y es
el encargado en el lado del emisor de convertir la señal
analógica de voz en paquetes comprimidos IP para ser
transportados a través de la red. Del lado del receptor
su labor es inversa, dado que descomprime los paquetes IP que
recibe de la red de datos, y recompone el mensaje a su forma
análoga original conduciéndolo de nuevo a la red
telefónica convencional en el sector de la última
milla para ser transportado al destinatario final y ser
reproducido por el parlante del receptor.

Es importante tener en cuenta también que todas
las redes deben tener de alguna forma las
características de direccionamiento, enrutamiento y
señalización.

El direccionamiento es requerido para identificar el
origen y destino de las llamadas, también es usado para
asociar las clases de servicio a cada una de las llamadas
dependiendo de la prioridad. El enrutamiento por su parte
encuentra el mejor camino a seguir por el paquete desde la
fuente hasta el destino y transporta la información a
través de la red de la manera más eficiente, la
cual ha sido determinada por el diseñador. La
señalización alerta a las estaciones terminales y
a los elementos de la red su estado y la
responsabilidad inmediata que tienen al
establecer una conexión.

CAPITULO II

Estándares VoIP y Tipos de
Arquitecturas

TIPOS DE PROTOCOLOS
VoIP:

VoIP comprende muchos estándares y protocolos.
La terminología básica debe ser entendida para
comprender las aplicaciones y usos de VoIP. Las siguientes
definiciones sirven como un punto de partida:

H.323: es una recomendación ITU que define
los Sistemas
de Comunicaciones Multimedia basados en paquetes. En otras
palabras, H.323 define una arquitectura
distribuida para crear aplicaciones multimedia, incluyendo
VoIP.
H.248: es una recomendación ITU que define
el protocolo de Control Gateway. H.248 es el resultado de una
colaboración conjunta entre la ITU y la IETF. Es
también referido como IETF RFC 2885 (MEGACO), el cual
define una arquitectura centralizada para crear aplicaciones
multimedia, incluyendo VoIP.
La IETF se refiere a la Fuerza de
Trabajo de la Ingeniería de Internet que intentan
determinar como la Internet y los protocolos de Internet
trabajan, así como definir los estándares
prominentes.
La ITU es la Unión Internacional de
Telecomunicaciones, una organización internacional dentro del
sistema de las Naciones
Unidas donde los gobiernos y el sector privado coordinan
las redes y servicios de telecomunicaciones
globales.
MEGACO, también conocido como la IETF RFC
2885 y recomendación ITU H.248, define una
arquitectura centralizada para crear aplicaciones multimedia,
incluyendo VoIP.
MGCP, también conocido como la IETF 2705,
define una arquitectura centralizada para crear aplicaciones
multimedia, incluyendo VoIP.
El Protocolo de Transporte en Tiempo Real (RTP),
también conocido como la IETF RFC 1889, define un
protocolo de transporte para aplicaciones en tiempo real.
Específicamente, RTP provee el transporte para llevar
la porción audio/media de la comunicación VoIP.
RTP es usado por todos los protocolos de
señalización VoIP.
SIP: también conocido como la IETF RFC 2543,
define una arquitectura distribuida para crear aplicaciones
multimedia, incluyendo VoIP.

TIPOS DE ARQUITECTURAS:

En el pasado, todas las redes de voz fueron
construidas usando una arquitectura centralizada en la cual los
Dumb Endpoints (teléfonos) fueron controlados por los
conmutadores centralizados. Sin embargo este modelo
trabajo bien para los servicios de telefonía
básica.

Uno de los beneficios de la tecnología VoIP, es
que permite a las redes ser construidas usando una arquitectura
centralizada o bien distribuida. Esta flexibilidad permite a
las compañías construir redes caracterizadas por
una administración simplificada e innovación de Endpoints
(teléfonos), dependiendo del protocolo usado.

En general, la arquitectura centralizada esta
asociada con los protocolos MGCP y MEGACO. Estos protocolos
fueron diseñados para un dispositivo centralizado
llamado Controlador Media Gateway o Call Agent, que maneja
la lógica de conmutación y
control de llamadas. El dispositivo centralizado comunica
al Media Gateways, el cual enruta y transmite la
porción audio/media de las llamadas (la
información de voz actual).
En la arquitectura centralizada, la inteligencia de la red es centralizada y los
dispositivos finales de usuario (endpoints) son
relativamente mudos (con características limitadas).
Sin embargo, muchas arquitecturas VoIP centralizadas usan
protocolos MGCP o MEGACO.
Los defensores de la arquitectura VoIP
centralizada, apoyan este modelo porque centraliza la
administración, el provisionamiento y
el control de llamadas. Simplifica el flujo de llamadas
repitiendo las características de voz. Es
fácil para los ingenieros de voz entenderlo. Los
críticos de la arquitectura VoIP centralizada
demandan que se suprimen las innovaciones de las
características de los teléfonos (endponits)
y que llegara a ser un problema cuando se construyan
servicios VoIP que muevan mas allá de
características de voz.
La figura Nº 2-01, muestra la arquitectura
centralizada VoIP con protocolo MEGACO.

FIGURA Nº 2-01

ARQUITECTURA
DISTRIBUIDA:

La arquitectura distribuida esta asociada con
los protocolos H.323 y SIP. Estos protocolos permiten que
la inteligencia de la red se distribuida entre
dispositivos de control de llamadas y endpoints. La
inteligencia en esta instancia se refiere a establecer
las llamadas, características de llamadas,
enrutamiento de llamadas, provisionamiento,
facturación o cualquier otro aspecto de manejo de
llamadas. Los Endpoints pueden ser Gateways VoIP,
teléfonos IP, servidores media, o cualquier dispositivo
que pueda iniciar y terminar una llamada VoIP. Los
dispositivos de control de llamadas son llamados
Gatekeepers en una red H.323, y servidores Proxy
o servidores Redirect en una red SIP.
Los defensores de la arquitectura VoIP
distribuida apoyan este modelo por su flexibilidad.
Permite que las aplicaciones VoIP sean tratadas como
cualquier otra aplicación IP distribuida, y
permite la flexibilidad para añadir inteligencia a
cualquier dispositivo de control de llamadas o Endpoints,
dependiendo de los requerimientos tecnológicos y
comerciales de la red VoIP. La arquitectura distribuida
son usualmente bien entendida por los ingenieros que
manejan redes de datos IP. Los críticos de la
arquitectura distribuida comúnmente apuntan a la
existencia de la Infraestructura PSTN como el
único modelo de referencia que debiera ser usado
cuando intentamos repetir los servicios de voz. Ellos
también notan que las redes distribuidas tienden a
ser más complejas.
La figura Nº 2-02, muestra las
arquitecturas de control VoIP distribuida y centralizada
con protocolo SIP.

FIGURA Nº 2-02

CAPITULO III

Factores que afectan la Calidad de
Voz

Diseñando una red VoIP, es importante
considerar todos los factores que afectaran la calidad de
voz. Se presenta un resumen de los factores más
importantes.

Antes de que la voz sea transmitida sobre una
red IP, primero debe ser digitalizada. Los
códigos estándares comunes son listados
en la figura Nº 3-01:
FIGURA Nº 3-01
Hay una correlación general entre la
calidad de voz y la velocidad de datos: la velocidad de
datos más alta, la calidad de voz más
alto.
CODEC:
Las tramas VoIP tienen que atravesar una red
IP, el cual no es del todo cierto. Las tramas se pueden
perder como resultado de una congestión de red o
corrupción de datos.
Además, para tráfico de tiempo real como
la voz, la retransmisión de tramas perdidas en
la capa de transporte no es práctico por
ocasionar retardos adicionales. Por consiguiente, los
terminales de voz tienen que retransmitir con muestras
de voz perdidas, también llamada como Frame
Erasures. El efecto de las tramas perdidas en la
calidad de voz depende en como los terminales manejan
las Frame Erasures.
En el caso más simple, el terminal deja
un intervalo en el flujo de voz, si una muestra de voz
es perdida. Si muchas tramas son perdidas, sonara
grietoso con silabas o palabras perdidas. Una posible
estrategia de recuperación es
reproducir las muestras de voz previas. Esto trabaja
bien si unas cuantas muestras son perdidas. Para
combatir mejor las ráfagas de errores, la
interpolación es usualmente usada. Basadas en
las muestras de voz previas, el decodificador
predecirá cuales tramas perdidas debieran ser.
Esta técnica es conocida como Packet Loss
Concealment (PLC).
Por ejemplo, la ITU-T G.711 apéndice I
describe un algoritmo PLC para PCM. Un buffer
histórico circular consistiendo de 48.75 ms de
muestras de voz previa es guardado. Una vez que la
Frame Erasure es detectada, el contenido del buffer
histórico será usado para estimar el
periodo de caída corriente. Esta
información será entonces usada para
generar una señal sintetizada para llenar el
intervalo. Con el PLC en G.711, la salida de audio es
retardada por un adicional de 3.75 ms para proveer una
transición suave entre las señales real y
sintetizada. Los codecs de voz basados en CELP tales
como G.723.1, G.728 y G.729 también tienen
algoritmos PLC construidos dentro de sus
estándares. En general, si las pérdidas
no son demasiadas grandes, y la señal no es muy
cambiante las perdidas pueden ser inaudibles
después de aplicar el PLC.
La ITU-T G.113 apéndice I provee
algunas líneas de guía de
planificación provisional en el efecto de
perdida de tramas sobre la calidad de voz. El impacto
es medido en términos de Ie, el factor de
deterioro. Este es un numero en la cual 0 significa no
deterioro. El valor más grande de Ie significa
deterioro más severo. La siguiente tabla de la
figura Nº 3-02, es derivado de la G.113
apéndice Iy muestra el impacto de las tramas
perdidas en el factor Ie.
FIGURA Nº 3-02
Cuando la tasa de perdida de tramas es 2%, el
factor Ie es 35 para el estándar G.7
11. Sin embargo, con PLC el factor Ie es
reducido a 7. Note que con una velocidad baja los
codec’s tales como el G.729ª y G.723.1,
tienen un factor Ie de 11 y 15 respectivamente aun
cuando no existe perdida de tramas. Un 2% de perdida de
tramas incrementara el factor Ie de 19 a 24
respectivamente.
PERDIDA DE TRAMAS (FRAME
LOSS):
RETARDO (DELAY):

Otra consideración importante en el
diseño de una red VoIP es el efecto
de retardo. Los efectos causados por el retardo incluyen el
Eco y el Talker Overlap. El efecto de retardo en la
transmisión de voz es discutido en la ITU
G.114.

Retardo Algorítmico: este es el
retardo introducido por el CODEC y es inherente en el
algoritmo de codificación. La siguiente tabla de
la figura Nº 3-03, resume los retardos
algorítmicos de códigos
comunes.

FIGURA Nº 3-03

Los algoritmos de compresión usados en
los Codec’s analizan un bloque de muestras PCM
entregadas por el codificador de voz (voice codec).
Estos bloques tienen una longitud variable que depende
del codificador, por ejemplo el tamaño
básico de un bloque del algoritmo g.729 es 10
ms, mientras que el tamaño básico de un
bloque del algoritmo g.723.1 es 30ms. Se muestra un
ejemplo de cómo funciona el sistema de
compresión g.729 en la siguiente figura Nº
3-04.

La cadena de voz análoga es
digitalizada en muestras PCM, y así mismo
entregadas al algoritmo de compresión en
intervalos de 10 ms

FIGURA Nº
3-04

Retardo de Paquetización: es el
tiempo para llenar un paquete de información
(carga útil), de la conversación ya
codificada y comprimida. Este retardo es
función del tamaño de bloque requerido
por el codificador de voz y el número de
bloques de una sola trama. En RTP, las muestras de
voz con frecuencia son acumuladas antes de ponerlo en
una trama para trasmisión para reducir la
cantidad de cabeceras (overhead). La RFC 1890
especifica que el retardo de paquetización por
defecto debiera ser de 20 ms. Para G.711, esto
significa que 160 muestras serán acumuladas y
entonces transmitidas en una sola trama. En el otro
caso, G.723.1 genera una trama de voz cada 30 ms y
cada trama de voz es usualmente transmitida como un
simple paquete RTP. Los retardos de
paquetización mas comunes se muestran el la
figura Nº 3-05.

FIGURA Nº 3-05

Cuando cada muestra de voz experimenta, ambos
retardos, retardo algorítmico y retardo por
paquetización, en realidad los efectos se
superponen como se muestra en la figura Nº
3-06.

FIGURA Nº
3-06

Retardo de Serialización: es el
tiempo requerido para transmitir un paquete IP, es
decir esta relacionado directamente con la tasa del
reloj de la transmisión. Por ejemplo, si G.711
es usado y el periodo de paquetización es 20
ms, es decir hay 160 bytes de carga útil en
RTP, entonces el tamaño de la trama completa
será de 206 bytes asumiendo
encapsulación PPP. Para transmitir la trama,
requerirá 1.1 ms en una línea T1, 3.2
ms a 512 Kbps, 25.8 ms a 64 Kbps. Además, el
retardo de Serialización se presenta cuando
los paquetes pasan a través de otro
dispositivo de almacenamiento y retransmisión
tales como un Router o un Switch. Así, una trama que
atraviesa 10 Routers incurrirá en este retardo
10 veces. Los retardos de Serialización para
diferentes tamaños de tramas, se muestra en la
figura Nº 3-07.

FIGURA Nº 3-07

Retardo de Propagación: es el tiempo
requerido por la señal óptica o eléctrica para
viajar a través a lo largo de un medio de
transmisión y es una función de la
distancia geográfica. La velocidad de
propagación en el cable es aproximadamente de
4 a 6 ms/Km. Para transmisión satelital, el
retardo es 110 ms para un satélite con altitud
de 14000 km y 260 ms para un satélite con
altitud de 36000 km.
Retardo de Componente: estos retardos son
causados por varios componentes dentro del sistema de
transmisión. Por ejemplo, una trama que esta
pasando a través de un Router tiene que
moverlo desde el puerto de entrada al puerto de
salida a través del backplane. Hay algun
retardo minimo a la velocidad del backplane y algunos
retardos variables debido al encolamiento y
procesamiento en el router.

En general, las fuentes del retardo se clasifican en dos
tipos: retardo fijo que se adiciona directamente al
total del retardo de la conexión y retardo
variable que se adiciona por demoras en las colas de
los buffer. A continuación, en la figura Nº
3-08 se identifican todos los posibles retardos fijos y
variables en una red.

FIGURA Nº 3-08

El primer deterioro causado por el retardo
es el efecto de ECO. El Eco puede
presentarse
en una red de voz debido al pobre
acoplamiento entre el dispositivo de escucha
(earpiece) y el dispositivo de habla (mouthpiece) en
el microtelefono. Este es conocido como eco acustico.
Tambien puede presentarse cuando parte de la energia electrica es reflejada al
abonado llamante por el circuito hibrido en la PSTN.
Esto es conocido como Eco hibrido. Cuando el retardo
de extremo a extremo de una via es corto, cualquier
eco que es generado por el circuito de voz regresara
al abonado llamante muy rapidamente y no sera
percibido. De hecho, la cancelacion de eco no es
necesario si el retardo de una via es menor que 25
ms. En otras palabras, si el eco regresa dentro de
los 50 ms, no sera percibido. Sin embargo, el retardo
de una via en una red VoIP casi siempre excedera los
25 ms. Entonces la cancelacion de eco es siempre es
requerido.
CANCELACION DE ECO:
TALKER OVERLAP:

Aun con el metodo de cancelacion de eco
perfecto, transportando una conversacion de dos vias
llega a ser dificultoso cuando el retardo es demasiado
grande debido al talker overlap. Este es el problema
que ocurre cuando uno de los abonados se superpone a la
voz del otro abonado debido al retardo grande. G.114
provee las siguiente lineas con relacion al
límite de retardo de una via, y se muestra en la
figura Nº 3-09.

FIGURA Nº 3-09

Cuando las tramas son transmitidas a
traves de una red IP, la cantidad de retardo
experimentado por cada trama puede diferir. Esto es
causado por la cantidad de retardo de encolamiento
y tiempo de procesamiento que puede variar
dependiendo del tráfico cargado en la red.
Sin embargo el gateway fuente genera tramas de voz
a intervalos regulares (es decir, cada 20 ms), el
gateway destino tipicamente no recibira tramas de
voz en intervalos regulares debido al problema del
jitter. Esto es ilustrado en la figura Nº
3-10.
FIGURA Nº
3-10
En general, la estrategia en
comunicación con el problema de jitter es
almacenar las tramas recibidas en un buffer tan
grande que permita a las tramas mas lentas arrivar
a tiempo para ser ubicadas en la secuencia
correcta. El jitter mas grande debido a algunas
tramas de mayor tamaño, seran almacenadas en
el buffer lo cual introduce retardo adicional. Para
minimizar el retardo debido al buffering, muchas
aplicaciones usan un buffer jitter adaptivo. En
otras palabras, si la cantidad de jitter en la red
es pequeño, el tamaño del buffer sera
pequeño. Si el jitter se incrementa debido
al aumento del tráfico en la red, el
tamaño del buffer de destino se incrementara
automaticamente para compensarlo. Por consiguiente,
el jitter en la red empeorara la calidad de voz en
la magnitud que crece el retardo de extremo a
extremo debido al buffer de destino.
VARIACION DEL RETARDO
(JITTER):
RETARDO TOTAL (DELAY
BUDGET):

La figura Nº 3-11, muestra un ejemplo de
una red VoIP y las fuentes de retardo.

FIGURA Nº 3-11

El retardo total puede ser calculado, como
muestra la tabla de la figura Nº 3-12, asumiendo
un retardo de extremo a extremo deseado de 150 ms, se
tiene:

DISPOSITIVO	RETARDO (ms)
G.723.1 (retardo algorítmico)	37.5
G.723.1 (retardo de paquetización)	30
Retardo de Serialización (dos T1’s)	2
Retardo de propagación (5000 km de fibra)	25
Retardos de componentes	2
Total retardo fijo	96.5
Limite de retardo aceptable	150
Jitter (150 ms – 96.5 ms)	53.5

FIGURA Nº 3-12

En este ejemplo, el retardo total fijo
calculado es de 96.5 ms. La presencia de jitter
añadirá al retardo de extremo a extremo.
¿Hasta que valor de jitter el sistema puede
tolerar? Si el retardo deseado de extremo a extremo es
de 150 ms, el jitter máximo que puede tolerar el
sistema es de 53.5 ms. La suposición es que el
jitter será compensado por un buffer de destino
(playout buffer) el cual puede retardar las tramas
hasta 53.5 ms. Sin embargo, este ejemplo asume que se
conoce la topología exacta de la red, y
entonces se pudo calcular todos los componentes de
retardos. En el próximo ejemplo de la figura
Nº 3-13, asumimos que los gateway’s de voz
están conectados vía un servicio VPN
ofrecido por un ISP.

FIGURA Nº 3-13

El retardo limite de Internet puede ser
calculado, como muestra la tabla de la figura Nº
3-14, asumiendo un retardo de extremo a extremo deseado
de 150 ms, se tiene:

DISPOSITIVO	RETARDO (ms)
G.723.1 (retardo algorítmico)	37.5
G.723.1 (retardo de paquetización)	30
Retardo total en el gateway	67.5
Limite de retardo aceptable	150
Retardo limite de Internet (150 ms – 67.5 ms)	82.5

FIGURA Nº 3-14

En este ejemplo, podemos identificar solo los
retardos debido a los dos gateways. Para mantener el
retardo deseado de 150 ms, el retardo introducido por
el ISP no debe exceder los 82.5 ms. Notar que esto
representa ambos retardos fijos y variables. En otras
palabras, el retardo mínimo a lo largo de la
ruta VPN pudiera ser 50 ms. El jitter máximo que
el sistema puede tolerar será de 32.5 ms, el
cual será compensado por el buffer de destino
(playout buffer). Hoy, muchas ISP’s ofrecen el
servicio VPN con un SLA (Service Level Agreement). Un
SLA típicamente garantizara un cierto retardo
round-trip entre sitios.

FUENTES DE RETARDO:

ARQUITECTURA CENTRALIZADA:

Partes: 1, 2

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