Sistemas de telecomunicaciones. Concepto de IP en las nuevas redes Integradas (página 3)

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CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL
SIGTRAN.

Debido a los inconvenientes mencionados de TCP y UDP, el
SIGTRAN definió del protocolo SCTP,
cuyas principales características son las
siguientes:

• Es un protocolo punto a punto. Se establece
intercambio de datos entre dos
extremos conocidos.

• Define tiempos de reintento (time-outs) mucho
menores que los de TCP.

• Proporciona transporte
fiable de datos de usuario, detectando y reparando los datos
erróneos o fuera de secuencia. • Se adapta a la tasa
de transferencia, disminuyendo la velocidad de
envío de datos en caso de congestión en la red.

• Permite definir en un mismo extremo SCTP en
varios servidores
físicos (multihoming). Un único extremo SCTP se
puede definir en varias direcciones IP.Hacia cada
una de ellas se encaminan los mensajes de forma independiente, de
manera que si uno de los nodos físicos queda fuera de
servicio, el
resto de comunicaciones
no se ven afectadas.

2.13.1. FUNCIONES DE
SCTP.

2.13.2 ESTABLECIMIENTO Y LIBERACIÓN DE
ASOCIACIONES

Una asociación SCTP es una relación de
comunicación de mensajes entre dos
entidades SCTP (comunicación orientada a conexión).
Las asociaciones SCTP se establecen a petición del usuario
de nivel superior de este protocolo. Para proporcionar
protección frente a ataques de denegación de
servicio, se emplea un protocolo de establecimiento de
asociaciones en cuatro pasos, basado en cookies
[RFC2522].

2.13.3. ENTREGA ORDENADA DENTRO DEL STREAM DENTRO DEL
SCTP.

Dentro del protocolo SCTP, se utiliza el término
stream para referirse a una secuencia de mensajes de usuario que
debe entregarse al nivel superior de forma ordenada. El
número de streams que se enviarán a través
de una asociación se define en el establecimiento de la
misma, de forma negociada entre ambos extremos de la
comunicación. Los streams son unidireccionales, de
forma que para una comunicación bidireccional se
deberán definir al menos dos streams en una
asociación SCTP.

Los mensajes de usuario se asocian a streams
determinados, de forma que el extremo receptor SCTP entrega al
nivel superior todos los mensajes de un mismostream en el mismo
orden en que se enviaron. Sin embargo, no existen restricciones
de entrega ordenada entre mensajes de distintos streams de la
misma asociación. De esta forma, los mensajes de un stream
se pueden seguir entregando aunque otro esté bloqueado
esperando el siguiente mensaje. Adicionalmente, SCTP proporciona
un mecanismo para no utilizar el servicio de entrega ordenada de
mensajes, de forma que los mensajes enviados mediante dicho
mecanismo se entregan al nivel superior del destino SCTP tan
pronto como se reciben.

2.13.4. FORMATO DE PAQUETES SCTP.

Un paquete SCTP se compone de una cabecera de 24 octetos
y una serie de unidades de información, denominadas chunks. Estas
unidades de información pueden contener datos de usuario,
o instrucciones de control del
propio protocolo SCTP (establecimiento y liberación de
asociaciones, control de flujo, retransmisiones, etc). Los chunks
tienen estructura
propia, y presentan una serie de campos, dependiendo del tipo de
chunk que sean.

En el ámbito de la planificación de una red SS7 sobre IP, el
dato más relevante es el tamaño de las cabeceras de
los datos de usuario. La cabecera de un chunk de datos de usuario
mide 16 octetos, y pueden contener hasta 65520 octetos de
información del nivel superior. Esto significa que, en
principio, cualquier mensaje de cualquier operación MAP,
ISUP o CAMEL cabe en un chunk de datos SCTP, incluyendo las
cabeceras de los protocolos de
adaptación intermedios.

Además, SCTP permite transportar varios mensajes
de usuario en un único mensaje SCTP, mediante el uso de
distintos chunks de datos dentro del mismo mensaje.

2.13.5. VALIDACIÓN DE PAQUETES.

Dentro de la cabecera común de SCTP se incluye un
campo de verificación obligatorio, aparte de otro campo de
32 bits con una suma de comprobación (checksum) frente a
errores. El valor del
campo de verificación obligatorio lo decide el extremo de
la comunicación SCTP en el establecimiento de la
asociación. De esta forma se consigue más
protección frente a comunicaciones con suplantación
de identidad. La
suma de comprobación se calcula a partir de los datos de
la propia cabecera SCTP y la protege frente a errores en la
comunicación.

2.13.6. GESTIÓN DE CONEXIONES

El usuario del nivel SCTP puede manipular el conjunto de
direcciones de transporte destino de los mensajes. La función de
gestión
de conexiones de SCTP escoge la dirección de transporte destino para cada
paquete SCTP que se envía, basándose en las
instrucciones del usuario de SCTP y en las direcciones
disponibles alcanzables para ese destino SCTP.

En periodos de inactividad, la función de
gestión de conexiones monitoriza la disponibilidad de los
extremos de la comunicación mediante mensajes de
comprobación (heartbeats). Si SCTP percibe algún
extremo como inalcanzable informa a su usuario de nivel
superior.En el establecimiento de la asociación, se define
un camino primario para cada extremo SCTP, que es el que se usa
en el envío normal de paquetes.

En el extremo receptor, la gestión de conexiones
se encarga de comprobar la existencia de una asociación
SCTP válida a la que pertenece cada paquete SCTP
recibido.

2.13.7. FRAGMENTACIÓN DE LOS DATOS DE
USUARIO

SCTP posee mecanismos de fragmentación y
re-ensamblado de mensajes de usuario para adecuarlos al
tamaño requerido por el nivel inferior (IP en el caso de
SS7 sobre IP).

2.13.8 CONTROL DE ENTREGA DE MENSAJES.

SCTP asigna un número de secuencia de
transmisión (TSN) a cada mensaje de datos de usuario,
fragmentado o no. El TSN es independiente del stream por el que
se envía el mensaje. El extremo receptor envía
acuses de recibo (ACK) de todos los TSNs recibidos, aunque no
lleguen de forma ordenada. De esta forma, la fiabilidad en la
entrega de los mensajes se mantiene funcionalmente separada de la
entrega ordenada dentro del stream.

CAPITULO 3

VOZ EN
CONMUTACIÒN DE PAQUETES CxP

¿QUÉ ES VOIP
?.

VoIP o Voz sobre IP,
es una red de paquetes de datos para transportar tráfico
de voz en tiempo
real. Esta consiste de hardware y software y permite a las
compañías y a las personas realizar conversaciones
telefónicas sobre la red de datos. También puede
ser definida como la habilidad para hacer llamadas
telefónicas y enviar fax sobre la
red de datos basada en IP con una adecuada calidad de
servicio (QoS) y a una relación costo/beneficio
superior. Esto también es conocido como telefonía por internet. Sin embargo,
este último término es usado en referencia a las
llamadas hechas sobre la internet pública y la VoIP es
frecuentemente usada para referirse a las llamadas hechas en una
red privada.

La red de voz tradicional o PSTN, usa técnicas
de conmutación de circuitos. Esto significa que una
comunicación particular usa un enlace dedicado durante la
duración de la llamada. Aunque esta provee una
conexión muy confiable para la transmisión de voz,
hace un uso muy ineficiente del ancho de banda. Por
otro lado, la red de datos generalmente usa conmutación de
paquetes.

Aquí se usa Conmutación de celdas estadísticas (STDM) con la finalidad de
proveer un ancho de banda dinámico a una particular cadena
de datos, basada en sus requerimientos y en los requerimientos y
demandas de otros datos de la red. Esta provee un uso
más eficiente de ancho de banda pero puede crear
problemas para
el tráfico de voz, el cual es sensible al retardo,
debido a que cada paquete es enrutado individualmente a
través de la red; esta conmutación de paquetes hace
a la red menos eficiente en el tráfico de voz y presenta
mayores retos a la calidad de la
transmisión de voz. Esto incluye: pérdida de
paquetes, retardo (eco), Jitter (variación en la velocidad
de transmisión de paquetes de datos) y la entrega de
paquetes poco confiable y fuera de orden debido a la naturaleza no
orientada a conexión de la red de paquetes.

Las llamadas de VoIP requieren al menos dos
gateways de VoIP. Típicamente, un proveedor de
servicios debería instalar gateways
(o interactuar con otros proveedores de servicios y acceder a sus
gateways) en todos los países o regiones hacia los
cuales se realizan o se reciben llamadas. El
resultado de la red de VoIP se compone de gateways, el
acceso de la PSTN a cada gateway y la red IP que enlaza los
gateways.
En la red telefónica IP, la
información de señalización es
intercambiada entre los siguientes elementos
funcionales. Estos mismos se tomarán en cuenta
para las configuraciones de red que se plantearán
más adelante.
Media Gateway: la tecnología de VoIP permite que las
llamadas originadas y terminadas en la PSTN, sean
transportadas sobre la red IP, es decir, éste
traduce TDM a paquetes. El gateway de VoIP sirve de
puente entre la red PSTN y la red IP para ambos lados de
origen y terminal de la llamada. Para realizar una
llamada, el abonado llamante accederá el gateway mas
cercano o por conexión directa o realizando una
llamada sobre la red PSTN e ingresando el número
telefónico de destino.
La tecnología de VoIP traduce el
número telefónico de destino en la
dirección de la red de datos ("dirección IP")
asociada con el correspondiente gateway terminal mas
cercano al número de destino.
Usando el protocolo apropiado y la
transmisión de paquetes sobre la red IP, el gateway
terminal iniciará una llamada al número
telefónico de destino sobre la red PSTN para
completar el establecimiento de la comunicación en
ambos sentidos con los extremos finales (punto a
punto). A pesar de la conexión adicional
requerida, el tiempo total del establecimiento de la
llamada no es significativamente mas largo que con una
llamada soportada por la PSTN.
Los gateways pueden emplear un protocolo
común, por ejemplo, el H.323 o MGCP o un protocolo
propietario, para soportar el estándar de
señalización telefónico. Los
gateways emulan las funciones de la PSTN en respuesta a los
estados de cuelgue y descuelgue, recibiendo o generando
dígitos DTMF y recibiendo o generando tonos de
llamadas en progreso. Las señales identificadas son
interpretadas y mapeadas para la transmisión del
mensaje apropiado hacia el gateway con la finalidad de
soportar el establecimiento de la llamada, mantenimiento, facturación y
finalización de la llamada.
Media Gateway Controlador o Gatekeeper: un
gatekeeper (GK) maneja los registros y
la gestión de los recursos
de los media gateways de manera que no se produzcan
situaciones de saturación en la red. Un
gatekeeper intercambia mensajes ISUP con las centrales
telefónicas via un gateway de
señalización. De esta forma el GK
traduce direcciones telefónicas a direcciones
IP.
La interpretación del número
telefónico de destino en la dirección IP del
media gateway terminal indicado es una función
primordial del gatekeeper. La tabla de enrutamiento
mantenida por el gatekeeper decide cual media gateway
corresponde al número telefónico de destino
con la finalidad de completar la llamada.
La funcionalidad del gatekeeper puede ser
distribuída entre todos los media gateways de la red
de VoIP o puede ser centralizada en una o varias
localidades. Cuando las funciones del gatekeeper
están implantadas en cada media gateway, todos los
gateways de toda la red de VoIP actúan
independientemente para coordinar sus acciones. Cuando un gatekeeper es
centralizado, todos los media gateways de la red coordinan
sus acciones con respecto al gatekeeper centralizado en
lugar de que actúen independientemente.
Gateway de Señalización o Signaling
Gateway: el gateway de señalización provee
una traducción transparente de la
señalización entre la conmutación de
circuitos y la red IP. Un gateway de
señalización puede señalizar en S7
(señalización Nº 7) o traducir y
transmitir mensajes sobre una red IP a un media gateway
controlador o a otro gateway de
señalización. Debido a su rol
crítico en la integración de la red de voz, los
gateway de señalización son normalmente
desarrollados en grupos
de dos o más para asegurar alta
disponibilidad.
La funcionalidad del media gateway, o gateway de
señalización y/o media gatekeeper pueden
estar separadas en dispositivos diferentes o integrados en
una sola unidad.
Ejemplo de una configuración de red
VoIP
ARQUITECTURA.
CALIDAD DE SERVICIO (QOS).

Esta función tiene primordial importancia en
relación con la QoS experimentada por el usuario final. En
esto influyen dos factores fundamentales:

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.

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 el
retardo y la distorsión de la señales de
voz.

Lo contrario ocurre al aumentar la velocidad de
codificación. Otro aspecto a considerar es el
compromiso entre el retardo 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. A continuación se resumen
los aspectos que afectan la QoS en las redes de VoIP.

Se refiere sobre todo al tiempo de tránsito
total, incluido el tiempo necesario para reconstituir el
orden de los paquetes cuando se reciben y para compensar
las fluctuaciones de los tiempos de tránsito (este
tiempo de tránsito total debe ser inferior a 400 ms
si se han de respetar las limitaciones de la
conversación interactiva). Los excesivos retardos
punto a punto hacen conversaciones difíciles y poco
naturales. Cada componente en el camino de
transmisión – emisor, red y receptor
añaden retardo. ITU-TG.114 (tiempo de
transmisión en un solo sentido) recomienda 150 mseg.
como el máximo retardo deseado en un sentido para
lograr alta calidad de la voz.
Retardo extremo a
extremo
El retardo causa dos problemas: eco y traslape del
habla. El eco es causado por las señales reflejadas
por el equipo telefónico del extremo distante que
regresan al oído del hablante. El eco llega a ser
un problema significativo cuando el retardo del viaje
redondo llega a ser mas de 50 milisegundos. A medida que el
eco se incremente, los sistemas
de paquetes se ven en la necesidad de utilizar controles
como la cancelación de eco.
El traslape del habla (cuando dos personas hablan
casi al mismo tiempo) es significativo si el retardo en una
sola vía es mayor de 250 milisegundos. Por lo tanto
el retardo completo llega a ser mayor. Algunas de las
fuentes
de retardo en una sola vía para una llamada hecha
con paquetes de voz se describen a
continuación
1. RETARDO ACUMULADO ( Retardo
  algorítmico).
RETARDO.

Es causado por la necesidad de recolectar un marco de
muestras de voz para que sean procesados por el codificador de
voz. Esto está relacionado con el tipo de codificador
usado y varia de una sola muestra en el
tiempo (.125 m
sg) a muchos milisegundos.

Codificadores de voz y sus tiempos:

G.726 modulación adaptativa diferencial de
pulsos codificados (ADPCM), 16, 24, 32, 40 Kbps = 0.125
m sg.
G.728 predicción lineal de excitación
de código LD (CELP), 16 Kbps = 2.5
msg
G.729 CS-ACELP 8Kbps = 10 msg
G.723.1 codificador multitasa, 5.3, 6.3 Kbps = 30
msg.

Es causado por el procesamiento de
codificación y recolección de las muestras
codificadas en paquetes para la transmisión sobre
una red de paquetes. El retardo de codificación es
una función del tiempo de ejecución del
procesador y el tipo de algoritmo usado. A
menudo se recolectan múltiples marcos de
codificación de voz en un solo paquete para reducir
la cabecera del paquete. Por ejemplo, 3 marcos de palabras
codificadas en G.729 (equivalente a 30 milisegundos de
habla) se recolectan y empacan en un solo
paquete.
RETARDO DE PROCESAMIENTO.
RETARDO DE RED.

Es causado por el medio físico y los protocolos
usados para transmitir los datos de voz y por los buffers usados
para remover el jitter en el lado receptor. El retardo de red es
una función de la capacidad de los enlaces en la red y del
procesamiento que ocurre a medida que los paquetes transitan por
esta. Los buffer para jitter agregan retardo, que es utilizado
para remover la variación de retardo a la que están
sujetos los paquetes a medida que transitan en una red de
paquetes.

S e definen como las que manejan el trafico
mediante la asignación de distintas cantidades de
espacio en la cola a las diversas clases de paquetes y a
continuación dan servicio a las colas en la
modalidad de ordenamiento cíclico. Aunque se puede
asignar un mayor espacio en la cola a un protocolo, usuario
o aplicación particular, ninguno de ellos
podrá monopolizar nunca toda la anchura de la
banda.
COLAS.
ECO.

El eco es el tiempo que transcurre entre la
transmisión de una señal y su regreso al
transmisor. Por lo general, este problema aparece en el contexto
de las comunicaciones de PC a teléfono, de teléfono a PC o de
teléfono a teléfono, y es causado por los
componentes electrónicos de las partes analógicas
del sistema que
reflejan una parte de la señal procesada

Un eco menor que 50 milisegundos es imperceptible. Por
encima de este valor, el hablante oirá su propia voz
después de haber hablado. Si se desea ofrecer un servicio
de telefonía IP, las pasarelas tendrán que procesar
el eco generado por la transferencia de dos a cuatro hilos, de lo
contrario, no será posible utilizar el servicio con
equipos analógicos clásicos. Como solución,
se están instalando compensadores de eco de alta calidad
en la pasarela de la red. A medida que el eco se incremente, los
sistemas de paquetes se ven en la necesidad de utilizar controles
como la cancelación de eco.

3.5.1. COMPENSACIÓN DE ECO.

El eco en una red telefónica, es causado por las
reflexiones de señales generadas por un circuito
híbrido que convierte de 4 hilos (un par para
transmisión y uno para recepción) a 2 hilos (un
solo hilo para transmisión y uno para recepción).
Estas reflexiones de la voz del hablante son escuchadas por el
oyente. El eco se presenta aún en las redes de
conmutación de circuitos, sin embarco acá es
aceptable ya que los retardos completos a través de la red
son menores que 50 msg. Y el eco es enmascarado por el tono
lateral que todo teléfono genera.

Existen dos (2) tipos de eco. Uno tiene alto nivel y
poco retardo y se produce en el circuito híbrido de 2 a 4
hilos local; mientras que otro es de bajo nivel y gran retardo y
se produce en el circuito separador híbrido
remoto.

El eco es problema en una red de paquetes de voz cuando
el retardo completo en la red es mayor que 50 msg, entonces se
deben aplicar técnicas de cancelación de eco.El
estándar G.165 de la UIT define el desempeño de los canceladores de eco, en la
recomendación G.IEC se encuentran mas
características.

El cancelador de eco compara los datos de voz recibidos
de la red de paquetes con los datos de voz que están
siendo transmitidos por la red de paquetes. Se construye mediante
la técnica de ecualización transversal
autoadaptativa. Consiste en usar una parte de la señal de
transmisión para cancelar el eco producido por la
desadaptación de impedancias en el circuito híbrido
que convierte de 4 a 2 hilos.El eco del híbrido de la red
de paquetes se remueve con un filtro digital en el camino de
transmisión hacia la red de paquetes.

AMBIENTE DE PORTABILIDAD EN TIEMPO
REAL.

Provee un ambiente de
operación para el software que reside en el DSP. Esto hace
funciones de sincronización, tareas de gestión,
gestión de memoria, y
gestión de tiempos.

3.6. JITTER.

Cuantifica el efecto del retardo total en la red
ocasionado por los paquetes que llegan al receptor. Los
paquetes transmitidos a intervalos iguales desde el gateway de la
izquierda llegan al gateway de la derecha a intervalos
irregulares. El excesivo jitter hace que la voz sea
entrecortada y con dificultades para entenderse. El jitter
es calculado basado, en las horas de llegada entre paquete y
paquete de los paquetes exitosos. Para una alta calidad de
voz, el promedio de las horas de llegada entre los paquetes en el
receptor debería ser casi igual a la diferencia entre los
paquetes en el transmisor y el estándar de
desviación debería ser bajo. El jitter buffer
(el buffer mantiene paquetes entrantes por una determinada
cantidad de tiempo) es usado para neutralizar los efectos de las
fluctuaciones de la red y crear un fácil flujo de paquetes
en la recepción.

Es también, la variación de tiempo entre
los paquetes causada por la red. Remover el jitter requiere la
recolección de paquetes y retención de estos el
tiempo suficiente para que el paquete mas lento llegue a tiempo
para ser interpretado en la secuencia correcta.

El conflicto que
se produce al querer mezclar el retardo con la supresión
del jitter, ha generado varios esquemas para adaptar el
tamaño del buffer de jitter a los requerimientos de
variaciones de tiempo de la red. Esta adaptación tiene
la meta
explícita de minimizar el tamaño y retardo del
buffer de jitter mientras que al mismo tiempo previene el sobre
flujo del buffer causado por el jitter.Se han hecho dos
aproximaciones para adaptar el tamaño del buffer, la
selección de la aproximación depende
del tipo de red de paquetes usada.

La primera aproximación es medir la
variación del nivel de paquetes en el buffer de jitter en
un periodo de tiempo e incrementalmente adaptar el tamaño
del buffer para que coincida con el jitter calculado. Esto
funciona mejor con redes que tienen jitter constante en un
periodo de tiempo, como las redes ATM

La segunda aproximación es contar el
número de paquetes que llegan tarde y crear una
relación de estos paquetes al numero de paquetes que son
procesados exitosamente. Esta relación es usada para
ajustar el buffer de jitter a una relación permisible de
paquetes tardíos predeterminada. Esto funciona mejor con
redes que tengan intervalos de arribo de paquetes altamente
variable, como las redes IP.Además de estas
técnicas, la red debe estar configurada y gestionada para
que tenga retardos y jitter mínimos, permitiendo
así un alto QoS.

3.7. CONMUTACIÓN DE PAQUETES.

Es un método de
comunicación exclusivamente digital, en el que los
mensajes que se transmiten se dividen en segmentos y que, junto a
la información adicional necesaria para su encaminamiento
en la red, se convierten en paquetes. Éstos son
transferidos a través de la red mediante procesos de
almacenamiento y
reenvío sobre circuitos virtuales (circuitos no
físicos), que permiten compartir los canales
físicos de comunicaciones de la red, pues solamente los
ocupan durante el tiempo de transmisión.

3.7.1. PÉRDIDA DE PAQUETES.

Típicamente ocurre en ráfagas o
periódicamente debido a una red regularmente
congestionada. La pérdida periódica en exceso
de 5-10% de todos los paquetes de voz transmitidos pueden
degradar la calidad de voz significativamente. La
pérdida ocasional de grupos de paquetes puede
también hacer difícil la
conversación.

3.7.2. COMPENSACIÓN DE PERDIDA DE
PAQUETES.

La pérdida de paquetes puede ser un problema
aún mayor dependiendo del tipo de red de paquetes que
esté siendo usada. Ya que la red IP no garantiza el
servicio, usualmente tiene mayor pérdida de paquetes que
las redes ATM. En redes IP actuales,
todos los marcos de voz son tratados como
datos. Bajo congestión, los marcos de voz serán
descartados al igual que los de datos, estos últimos sin
embargo no son sensibles al tiempo, y los paquetes descartados
pueden ser recuperados con la retransmisión, mientras que
los paquetes de voz no pueden ser tratados de esta
manera.

3.7.3. SOLUCIÒNES PARA CORREGIR LA
PÉRDIDA DE PAQUETES DE VOZ

Interpolar los paquetes de voz perdidos al repetir el
último paquete recibido durante el intervalo cuando el
paquete perdido supuestamente debía ser analizado, este
esquema es un método simple que llena el tiempo entre
marcos de voz no continuos, trabaja bien cuando la incidencia
de marcos perdido es poco frecuente; si el numero de paquetes
pedidos en una fila o ráfaga es alta no trabaja muy
bien.
Enviar información redundante a expensas de la
utilización del ancho de banda; esta aproximación
hace una réplica y envía el n-ésimo
paquete de voz con el (n+1)ésimo paquete; este
método tiene la ventaja que poder corregir la
pérdida del paquete exacto, sin embargo usa más
ancho de banda e incrementa el retardo.
Usar una aproximación híbirida con
ancho de banda menor del codificador de voz para proporcionar
información redundante que será llevada en el
(n+1)ésimo paquete; esto reduce el problema de necesidad
de ancho de banda extra pero falla en la resolución del
problema de retardo.

3.7.4. ERRORES DE SECUENCIA.

La congestión en la conmutación de
paquetes de la red puede causar paquetes que toman diferentes
rutas para alcanzar el mismo destino. Los paquetes pueden
llegar fuera de orden resultando una conversación
distorsionada.

3.7.5. COMPRESIÓN.

Es usada en cualquier proporción de 1:1 hasta
12:1 en las aplicaciones de VoIP para consumir menos ancho de
banda y dejar mas para los datos u otras comunicaciones de voz y
fax. La calidad de la voz puede decrecer con el incremento
en la proporción de la compresión.

3.7.6. REDES DE CONMUTACIÓN DE
CIRCUITOS.

Por conmutación de circuitos se entiende
por el control o enrutamiento de señales en un circuito
electrónico para transmitir datos o señales entre
puntos específicos en una red; el circuito permanece
establecido el tiempo que dure la llamada, quedando en este caso
a disposición de otros usuarios para su utilización
de igual forma. Esta red es considerada la red
telefónica tradicional, la cual sirve de apoyo para
extender otros servicios a innumerables usuarios, alcanzando
hasta los lugares más recónditos.

3.7.7. ESTANDARES MAS USADOS EN COMPRESIÓN EN
EL DOMINIO
IP.

Recomendación G.711

La ITU ha estandarizado la Modulación de
Código de Pulso Modulation como G.711, permite una
señal de audio de calidad tarificada con un ancho de banda
de 3.4 KHz que ha de ser codificado para la transmisión de
índices de 56 Kbps o 64 Kbps. El G.711 utiliza A-law o
Mu-law para una compresión simple de amplitud y es el
requisito básico de la mayoría de los
estándares de comunicación multimedia de la
ITU.

PCM es un método de codificación de
señal de audio analógica más popular y es
ampliamente utilizado por la red telefónica
pública. Sin embargo, el PCM no soporta compresión
de ancho de banda, por lo que otras técnicas de
codificación como el ADPCM utilizan estimaciones
basándose en dos muestras cuantificadas consecutivas para
reducir el ancho de banda.

Recomendación G.728.

G.728 codifica una señal de audio de calidad
tarificada con un ancho de banda de 3.4 KHz para transmitir a 16
Kbps. Es utilizada en sistemas de videoconferencia que funcionan
a 56 Kbps o 64 Kbps. Con un requisito de ordenador más
alto, el G.728 proporciona la cualidad del G.711 a un cuarto del
índice de datos necesario.

Recomendación G.723.1.

G.723.1 define cómo puede codificarse una
señal de audio con un ancho de banda de 3.4 KHz para
transmitirse a 5.3 Kbps y 6.4 Kbps. G.723.1 requiere un
índice de transmisión muy bajo ofreciendo una
calidad de audio cercana a la tarificada. G.723.1 ha sido
seleccionada por el VoIP Forum como el codec básico para
aplicaciones de telefonía IP de bajo índice de
bits.

El codificador de habla G.723.1 opera con tramas
de 30
m de señales de habla en ancho de
banda de teléfono digitalizadas y de muestreo a 8 kHz.
Las tramas se dividen en cuatro subtramas de 7,5
m de 60 muestras cada una. Cada trama con
240 muestras de entrada se transforma en una palabra de 12 16
bits de datos comprimidos a alta velocidad o palabras de 10 16
bits de datos comprimidos a baja velocidad. Las Detección
de Actividad de Voz/Generación de Ruido
Confortable (Voice Activity Detection/Comfort Noise Generation o
VAD/CNG) especificado en el Anexo A se incorporan por completo al
ITU-T G.723.1.

Recomendaciones G.729 y G.729A.

Estas recomendaciones codifican señales de audio
cerca de la calidad tarificada con un ancho de banda de 3.4 KHz
para su transmisión a una velocidad de 8 Kbps. G.729A
requiere una potencia de
ordenador más baja que G.729 y G.723.1. Tanto G.729 como
G.729A tienen una latencia (el tiempo que necesita para convertir
de analógico a digital) más baja que G.723.1. Se
espera que G.729A tenga un impacto mayor en la compresión
de voz para su transmisión sobre redes
inalámbricas.

El codificador procesa tramas de muestreo de habla
de 10 m
a una velocidad de 8 kHz, que junto a una
anticipación de 5 m
se traduce en un retraso algorítmico total de
15 m.
Para cada trama de 80 muestras de datos PCM lineales de 16bits,
el codificador obtiene cinco palabras de 16bits. Las aplicaciones
que utilizan el vocoder G.729 incluyen telefonía digital,
comunicaciones vía satélite y wireless, y
Voz sobre Frame Relay
(VoFR).

TABLA COMPARATIVA DE CALIDAD.
PROCESO DE LLENADO DE PAQUETES.

• Conmutación de paquetes
por datagramas.

– La ruta se elige según una base paquete
por paquete.

– Los distintos paquetes pueden seguir rutas
diferentes.

– Los paquetes pueden no llegar en orden a su
destino.

CAPITULO 4

PROTOCOLOS DE TRANSPORTE EN
VoIP

4- PROTOCOLO DE TRANSPORTE EN TIEMPO REAL ( RTP
).

Es un protocolo que como su nombre lo indica,
está orientado a la transmisión de
información en tiempo real, como la voz o el video. Este es un
protocolo de las capas superiores de usuario que funciona sobre
UDP (user datagram protocol) , como mecanismo de transporte
porque posee un menor retardo que TCP, y además porque el
trafico de voz en la actualidad, sin importar que sean datos o
señalización, toleran menos niveles de perdida y no
tienen la facilidad de retransmisión, en el UDP se cambia
confiabilidad por velocidad, lo cual es básico para manejo
de transmisiones en tiempo real como la VoIP.

El protocolo RTP tiene como objetivo
asegurar una calidad de servicio QoS para servicios del tipo
tiempo-real. Incluye: la identificación del payload, la
numeración secuencial, la medición de tiempo y el reporte de la
calidad (función del protocolo RTCP).El RTP trabaja en
capa 4 y sobre UDP, de forma que posee un checksum para
detección de error y la posibilidad de
multiplexación de puertas (port UDP).Las sesiones de
protocolo RTP pueden ser multiplexadas. Para ello se recurre a un
doble direccionamiento mediante las direcciones IP y el
número de port en UDP. Sobre RTP se disponen de protocolos
de aplicación del tipo H.320/323 para vídeo y voz
(H.32x forma una familia del ITU-T
de normas para
videoconferencia).

El RTP funciona en conjunto con RSVP (capa 3) para la
reservación de ancho de banda y asegurar de esta forma la
QoS del tipo Garantizada. La QoS del tipo Diferenciada se logra
mediante la priorización de tráfico que puede
adoptar dos alternativas. En IP se pueden asignar diversos
alternativas de prioridad para formar una cola de espera en
routers. Un algoritmo particular de gestión de prioridad
de tráfico es el WFQ (Weighted Fair Queuing) que utiliza
un modelo de
multiplexación TDM para distribuir el ancho de banda entre
clientes. Cada
cliente ocupa un
intervalo de tiempo en un Round-Robin.

El RTP además provee transporte para direcciones
unicast y multicast. Por esta razón, también se
encuentra involucrado el protocolo IGMP para administrar el
servicio multicast. El paquete de RTP incluyen un encabezado fijo
y el payload de datos; RTCP utiliza el encabeza del RTP y ocupa
el campo de carga útil.No es lo suficientemente confiable
por si solo, este proporciona "ganchos" con protocolos y
aplicaciones de capas inferiores y recursos proporcionados por
los switches y enrutador para garantizar
confiabilidad.

Los paquetes RTP no contienen campo de longitud, ya que
al funcionar sobre UDP, este protocolo es quien encapsula la voz
comprimida en datagramas. Para la compresión RTP usa una
aplicación llamada "vocoder" pudiendo reducir de 64 kbps
hasta a 8 kbps la rata para digitalización y
compresión de voz produciendo un desmejoramiento en la
calidad de la voz poco perceptible, además de esto usa
h.323 g.729 y otros protocolos más para transmisiones en
tiempo real. RTP es capaz de correr sobre protocolos WAN de alta
velocidad como ATM sin ningún problema, también en
redes asimétricas como
ADSL, cable-modem o por
enlace satelital pero cumpliendo con ciertas
características de ancho de banda para ambas direcciones y
uso exclusivo para la aplicación RTP. Las herramientas
de las que se vale RTP para lograr transmisiones en tiempo real
son el RTCP, que proporciona un feedback a cerca de la calidad de
distribución y la congestión, con
esto, la empresa que
ofrece el servicio puede monitorear la calidad y puede
diagnosticar los problemas que pueda presentar la red.

4.1-CARACTERISTICAS GENERALES DEL PROTOCOLO (
RTP).

4.2.- FUNCIONES DEL PROTOCOLO ( RTP
).

Entre sus funciones se encuentran: la
memorización de datos, la simulación de distribución
interactiva, el control y mediciones de
aplicaciones.
La funcionalidad ToS (Tipo de Servicio) en IP puede
determinar un ancho de banda específico para el cliente.
Un servicio sensible al retardo requiere un ancho de banda
superior. En IP además del ToS se puede utilizar la
dirección de origen y destino IP, tipo de protocolo y
número de socket para asignar una ponderación. En
redes que disponen de switch de
capa 2 se requiere extender la gestión de la calidad de
servicio a dicha capa. Para ello la IEEE ha determinado el ToS
sobre IEEE-802.

4.3. DIAGRAMA DEL
PAQUETE DE TRANSPORTE RTP.

P = Padding , X = Extenciones tras CSRC(0), CC = CSRC
Count(0)

M = Marcador (SID Support), Nª Sec = Comienza en
nª aleatorios

Timestamp = Tick count tras la emisiòn del 1er
paquete. 1tick =1/8000

SSRC = Origen del medio. Mismo origen, mismo tiempo y
nuecero de secuencias.

4.4. PROTOCOLO RTCP (REAL-TIME CONTROL
PROTOCOL).

Se basa en la periódica transmisión de los
paquetes de control a todos los participantes en sesión,
utilizando el mismo mecanismo de distribución como dato
paquete. El protocolo subyacente debe proveer de la
multiplexación de los datos y de los paquetes del
control.

4.5. CARACTERISTICAS GENERALES DEL PROTOCOLO (
RTCP).

Es una herramientas de las que se vale RTP para
lograr transmisiones en tiempo real, que proporciona un
feedback a cerca de la calidad de distribución y la
congestión.
RTCP sincroniza el audio y el video, conoce el
número de usuarios presentes en una conferencia y
con esto calcula la rata a la cual deben ser enviados los
paquetes.
Este protocolo permite completar a RTP facilitando la
comunicación entre extremos para intercambiar datos y
monitorear de esta forma la calidad de servicio y obtener
información acerca de los participantes en la
sesión. RTCP se fundamenta en la transmisión
periódica de paquetes de control a todos los
participantes en la sesión usando el mismo mecanismo de
RTP de distribución de paquetes de datos. El protocolo
UDP dispone de distintas puertas (UDP Port) como mecanismo de
identificación de protocolos.
La función primordial de RTCP es la de proveer
una realimentación de la calidad de servicio. Se
relaciona con el control de congestión y flujo de datos.
El RTCP involucra varios tipos de mensajes, por
ejemplo:

-Send report para emisión y recepción
de estadísticas (en tiempo random) desde emisores
activos.
es uno de los más interesantes, disponen de 3
secciones bien diferenciadas:

1. Los primeros 8 Bytes se refieren a un encabezado
común.

2. La segunda parte de 20 Bytes permite la evaluación de diferentes
parámetros (retardo, jitter, eficiencia de
datos, etc).

3. La tercera parte de 24 Bytes lleva reportes que
han sido obtenidos desde el último reporte informado.
Incluye los siguientes reportes: cantidad total de paquetes
RTP perdidos y a la proporción de los mismos; la
cantidad de paquetes recibidos y el jitter entre paquetes; el
horario del último paquete recibido y el retardo de
transmisión del mismo.

-Receiver Report para recepción
estadísticas desde emisores no activos.

-Source Description para un identificador de nivel
de transporte denominado CNAME (Canonical Name).

-Bye para indicar el final de la
participación en la conexión.

-Application para aplicaciones
específicas.

4.6. DIAGRAMA DEL PAQUETE DE TRANSPORTE
RTCP.

– PIMER CUERPO:

RC = Report Count PT: Carga util = 200 para
SR.
Longitud del reporte SSRC: que lo
origina.

-SEGUNDO CUERPO:

NTP timestamp: segundos desde el 1/1/1900. entero y
decimal.
Instante de tiempo en que se envia el reporte (32
+32 ).
RTP timestamp: el mismo enstante en ticks de RTP
(equivalencia.
Paquetes y octetos enviados desde el inicio de la
sesiòn por (SSRC).

-TERCER CUERPO:

Conjunto de RR, uno por cada fuente
escuchada.

4.7. DIAGRAMA DE PAQUETE COMPLETO DE
TRANSPORTE.

Los destinatarios de los paquetes RTP devuelven
información sobre de la calidad de recepción,
utilizando diferentes formas de paquetes RTCP, según si
ellos mismos son emisores de contenido o no. Los dos tipos, SR y
RR, contienen ninguno, uno o varios bloques de informe de
receptor, previstos para la sincronización de las fuentes
de las cuales el receptor ha recibido un paquete de contenido RTP
desde el último informe. La evaluación de la
calidad de recepción no es sólo útil para el
emisor, sino también para el receptor y cualquier
supervisor de red que pudiera existir. El emisor puede modificar
su transmisión de acuerdo con la información
recibida; el receptor puede inferir si las dificultades de
recepción que observa son de origen local, regional o
más amplio. El supervisor recibirá solamente los
paquetes RTCP, con lo cual podrá evaluar la calidad de
funcionamiento de la red.

CONCLUSIONES

La investigación sobre VoIP, nos permite
ajustarnos de una forma más segura y sencilla al
incremento del tráfico que vaya surgiendo como producto de
las nuevas migraciones que se hagan hacia la plataforma de
VoIP.

La rentabilidad
en la utilización de soluciones IP
se basa en el desarrollo de
nuevos servicios, VoIP significa rapidez en la instalación
si se compara con una red similar usando tecnología de
circuitos conmutados.

Está claro que el escenario actual seguirá
evolucionando hacia la convergencia tecnológica efectiva:
la tendencia es ir a un escenario final donde dispondremos de una
red de multiservicios que integre todo tipo de contenidos (voz,
vídeo y datos) y que nos permita entregarlos de forma
personalizada a cualquier tipo de usuario, en cualquier tipo de
terminal, con la calidad requerida e independientemente de la
ubicación de aquél.

En el estado
actual de esta evolución, la tecnología adecuada
parece ser la VoIP como soporte del servicio de Telefonía
IP (TIP); y como primera propuesta para disponer de un mecanismo
de señalización y control para las necesidades que
plantea el servicio de TIP, se ha desarrollado la
recomendación H.323 de la ITU-T, y todos los protocolos
asociados que han surgido del mundo tradicional.

Sin embargo, parece que ante un escenario basado en
redes y servicios IP, ha ganado muchos puntos la sencillez,
flexibilidad y robustez de SIP; y se perfila como la apuesta
clara de futuro (que por otra parte se veía venir como
contrapartida desde el mundo de Internet ante las iniciativas del
mundo institucional).

Evidentemente, a nadie se escapa que, inmersos como
estamos en un esfuerzo de integración y convivencia entre
tecnologías, que parten de planteamientos, en principio
divergentes, no debemos buscar soluciones excluyentes; de manera
que no hay que olvidarse de iniciativas como la de MGCP, o
esfuerzos dirigidos a buscar mecanismos de interoperabilidad como
el proyecto TIPHON
de la ETSI.

Si tenemos que quedarnos con una idea, debe ser la
siguiente. Ante la creciente demanda de
servicios de multiconferencia multimedia en tiempo real, con
funcionalidades de colaboración, parece que son los
desarrollos ligados a SIP los que dan una respuesta más
satisfactoria a los retos que presenta la implementación
de tales servicios. Además en un mundo IP, con la Web como canal de
comunicación por defecto, y una oferta cada
vez mayor de tecnologías de acceso y soluciones de
movilidad, tiene sentido apostar decididamente por
SIP.

Se puede concluir diciendo que VoIP es una
tecnología que tiene todos los elementos para su
rápido desarrollo. Como muestra se puede ver que
compañías como Cisco, la han incorporado a su
catálogo de productos, los
teléfonos IP están ya disponibles y los principales
operadores mundiales, así como Telefónica,
están promoviendo activamente el servicio IP a las
empresas,
ofreciendo calidad de voz a través del mismo. Por otro
lado se tiene ya un estándar que nos garantiza
interoperabilidad entre los distintos fabricantes.

Después de haber realizado el estudio de la
integración de IP sobre redes ópticas vemos que nos
ha proporcionado una descripción de diversos protocolos y
soluciones hardware para los paquetes IP de transporte sobre una
red WDM/DWDM.

La mejor opción para IP sobre WDM/DWDM en las
futuras redes. Se ha visto que se precisan algunos cambios en las
configuraciones del hardware para hacer los routers capaces de
manejar los paquetes a velocidades de Gigabit, así como el
uso de switch fabricados en vez de buses. También se ve
que el uso de MPLS es el relevo a la carga de las largas tablas
de búsqueda en los routers, y además realiza las
funcionalidades de la red.

El trabajo ha
mostrado algunas de las posibilidades de las cuales WDM puede dar
en términos de funcionalidad. La posibilidad de
conexión cruzada y enrutar los flujos IP con la ayuda de
las longitudes de onda y de tal modo de conseguir una menor
laténcia en la red. Por otra parte se ve las diversas
formas de realizar la protección de la conmutación
de la longitud de onda y cómo esto se compara en
términos de velocidad con la redundancia en los interfaces
de los routers.

Las tendencias que prevalecen en IP sobre WDM son
interfaces de routers más rápidos, incremento del
número de las longitudes de onda, el movimiento del
enrutamiento a las capas más bajas, los nuevos protocolos
adaptados a IP sobre WDM y protocolos menores de
conversión entre las particiones de la red. En el resumen,
estas tendencias representan la conducción de las fuerzas
detrás del movimiento de hacer las redes más
simples y más rentables usando IP sobre WDM.

Considerando los costes de gestión de hoy en
día, las soluciones de gestión integrada para
entregar servicios extremos a extremo eficientemente en un
ambiente de múltiples capas heterogéneos de la red
constituyen un factor dominante para la introducción de las nuevas arquitecturas de
red, tecnologías, y servicios.

BIBLIOGRAFÍA

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CANTV, VoIP. Informe 2001


CANTV, Plan inicial de
Evaluación de VoIP. 2001

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 http://www.comunicaciones.unitronics.es/tecnologia/H.323.html#Gatekeeper