Voz y telefonía IP

VOZ Y TELEFONÍA IP

VOIP

VOIP es un método por el cual tomando señales de audio analógicas del tipo de las que se escuchan cuando uno habla por teléfono se las transforma en datos digitales que pueden ser transmitidos a través de internet hacia una dirección IP determinada.

Los protocolos de internet que se usan para enviar las señales de voz sobre la red IP se conocen como protocolos de voz sobre IP o protocolos IP. Estos pueden verse como aplicaciones 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 las LAN (local area network: redes de área local).

Es muy importante diferenciar entre voz sobre IP (VOIP) y telefonía sobre IP.

·         VOIP es el conjunto de normas, dispositivos, protocolos ―en definitiva, la tecnología― que permite transmitir voz sobre el protocolo IP.

·         La telefonía sobre IP es el servicio telefónico disponible al público, por tanto con numeración E.164, realizado con tecnología de VOIP.

VENTAJAS

• Evita los cargos  altos de telefonía (principalmente de larga distancia) que son usuales de las compañías de la Red Pública Telefónica Conmutada (PSTN). Algunos ahorros en el costo son debidos a utilizar una misma red para llevar voz y datos, especialmente cuando los usuarios tienen sin utilizar toda la capacidad de una red ya existente la cual pueden usar para VOIP sin un costo adicional.

• El desarrollo de codecs para VOIP (aLaw, G.729, G.723, etc.) ha permitido que la voz se codifique en paquetes de datos de cada vez menor tamaño. Esto deriva en que las comunicaciones de voz sobre IP requieran anchos de banda muy reducidos.

• VOIP posibilita desarrollar una única red convergente que se encargue de cursar todo tipo de comunicación, ya sea voz, datos, video o cualquier tipo de información.

• ·         Las llamadas telefónicas locales pueden ser automáticamente enrutadas a un teléfono VOIP, sin importar dónde se esté conectado a la red. Uno podría llevar consigo un teléfono VOIP en un viaje, y en cualquier sitio conectado a Internet, se podría recibir llamadas.

• ·         Números telefónicos gratuitos para usar con VOIP están disponibles en Estados Unidos de América, Reino Unido y otros países de organizaciones como Usuario VOIP.

• ·         Los agentes de Call center usando teléfonos VOIP pueden trabajar en cualquier lugar con conexión a Internet lo suficientemente rápida.

• ·         Algunos paquetes de VOIP incluyen los servicios extra por los que PSTN (Red Pública Telefónica Conmutada) normalmente cobra un cargo extra, o que no se encuentran disponibles en algunos países, como son las llamadas de 3 a la vez, retorno de llamada, remarcación automática, o identificación de llamada.

DESVENTAJAS

·         Calidad de la llamada: es un poco inferior a la telefónica, ya que los datos viajan en forma de paquetes, es por eso que se pueden tener algunas pérdidas de información y demora en la transmisión. El problema en sí de la VOIP no es el protocolo sino la red IP, ya que esta no fue pensada para dar ese tipo de garantías. 

·         Robos de datos: un cracker puede tener acceso al servidor de VOIP y a los datos de voz almacenados y al propio servicio telefónico para escuchar conversaciones o hacer llamadas gratuitas a cargo de los usuarios.

·         Virus en el sistema: en el caso en que un virus infecta algún equipo de un servidor VOIP, el servicio telefónico puede quedar interrumpido. También pueden verse afectados otros equipos que estén conectados al sistema. Suplantaciones de ID y engaños especializados. Si uno no está bien protegido pueden sufrir fraudes por medio de suplantación de identidad.

FUNCIONALIDAD

• ·         Las llamadas telefónicas locales pueden ser automáticamente enrutadas a un teléfono VOIP, sin importar dónde se esté conectado a la red. Uno podría llevar consigo un teléfono VOIP en un viaje, y en cualquier sitio conectado a Internet, se podría recibir llamadas.

• ·         Números telefónicos gratuitos para usar con VOIP están disponibles en Estados Unidos de América, Reino Unido y otros países de organizaciones como Usuario VOIP.
• ·         Algunos paquetes de VOIP incluyen los servicios extra por los que PSTN (Red Pública Telefónica Conmutada) normalmente cobra un cargo extra, o que no se encuentran disponibles en algunos países, como son las llamadas de 3 a la vez, retorno de llamada, remarcación automática, o identificación de llamada. 

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GENERALIDADES

·         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 con el fin de evitar divergencias entre los estándares, se decidió que h.323 tendría prioridad sobre el VoIP.

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·         h.323 no permite solamente VoIP, sino también comunicación para intercambio de datos y video. El h.323 comprende también una serie de estándares y se apoya en una serie de protocolos que cubren los distintos aspectos de la comunicación:

·         Direccionamiento: RAS (registration, admission and status). Protocolo de comunicaciones que permite a una estación h.323 localizar otra estación h.323 a través de el gatekeeper.

·         DNS (domain name service). Servicio de resolución de nombres en direcciones IP con el mismo fin que el protocolo ras pero a través de un servidor DNS.

·         Señalización:

·         Ø  q.931 señalización inicial de llamada.

·         Ø  h.25 control de llamada: señalización, registro y admisión, y paquetización / sincronización del stream (flujo) de voz.

·         Ø  h.245 protocolo de control para especificar mensajes de apertura y cierre de canales para streams de voz.

·         Compresión de voz:

·         Ø  requeridos: g.711 y g.723

·         Ø  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.

·         Control de la transmisión:

·         RTCP (real time control protocol). Se utiliza principalmente para detectar situaciones de congestión de la red y tomar, en su caso, acciones correctoras.

·         Actualmente se puede partir de una serie de elementos ya disponibles en el mercado y que, según diferentes diseños, permitirán construir las aplicaciones VoIP. Estos elementos son:

·         Ø  Teléfonos IP.

·         Ø  Adaptadores para PC.

·         Ø  Hubs telefónicos.

·         Ø  Gateways (pasarelas RTC / IP).

·         Ø  Gatekeeper.

·         Ø  Unidades de audioconferencia múltiple. (MCU voz)

·         Servicios de directorio.

·         RTP (real time transport protocol) o protocolo de transporte en tiempo real, 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) haciendo uso de los servicios de checksum y multiplexión, para proporcionarle a los programas que generan este tipo de datos, una manejo de transmisiones en tiempo real a través de difusiones unicast o multicast, en el UDP se cambia confiabilidad por velocidad, lo cual es básico para manejo de transmisiones en tiempo real como la VoIP.

TELEFONÍA IP

Es un servicio de telefonía digital que transmita los datos de voz vía el Internet. “IP”, a diferencia de la telefonía analógica convencional, que usa las redes telefónicas públicas conmutadas, con la telefonía IP la señal de voz viaja en forma digital a través de Internet. Esto ayuda mucho a bajar las facturas del teléfono, ya que el costo de la llamada no depende de la ubicación de los dos participantes, sino las llamadas se transfieren como paquetes de datos, dentro de tu plan de internet ya existente y ya pagado.

 Cuando hablamos de un sistema de telefonía IP estamos hablando de un conjunto de elementos que debidamente integrados permiten suministrar un servicio de telefonía (basado en VOIP) a la empresa. Los elementos básicos que forman este sistema son: la centralita IP, el Gateway IP y los diferentes teléfonos IP.

Ventajas

Reducción de costos  una reducción substancial del costo de tus facturas del teléfono, dado que no tendrás que pagar por una línea de teléfono separada. Algunos teléfonos IP solo te permiten hacer llamadas a otros teléfonos IP, mientras que otros sistemas te permiten llamar a quien quiera con cualquier tipo de teléfono.

Más aplicaciones y posibilidades la tecnología detrás, la cual permite transmitir video además de audio, compartir datos y/o aplicaciones, recibir más de una llamada por la misma línea, y convertir mensajes de voz en correos electrónicos. Esto significa que puedes ver la persona con quién te estás comunicando; que cualquier trabajo colaborativo se vuelve más fácil gracias a la posibilidad de compartir archivos entre participantes; que puedes realizar llamadas de conferencia; y que ahorras tiempo en la toma de notas.

Portabilidad  Las telefonías IP son muy prácticas para las empresas porque son tan portátiles. Una empresa o un empleado puede mover el teléfono donde quiera y retener el mismo número sea a otra oficina del edificio, otra sede de la empresa o a la casa del empleado.

Desventajas

Calidad de sonido  la calidad de sonido se puede ver perjudicado dependiente de la velocidad y calidad de tu conexión a internet. Esto es por la antes mencionada manera en que la telefonía IP funciona a través de una red IP. Por lo tanto, si ocurre alguna interferencia en tu red, tu conexión puede dejar caer los paquetes de datos de voz que envía, lo cual hace que tu voz suene distorsionada y electrónica.

Apagones eléctricos  Otro problema que podrías enfrentar al usar la telefonía IP es que si se te corta la luz, tu teléfono también dejará de funcionar, ya que se conecta a internet y recibe su fuente de energía de  tu computador. Mientras que un teléfono tradicional funcionará perfectamente durante un apagón eléctrico, un teléfono IP necesita electricidad e Internet para funcionar.

Latencia – Dado que los teléfonos IP comparten el ancho de banda con los computadores, el sobre uso de uno puede afectar a la calidad del servicio del otro. La llegada de tráfico excesivo a un sitio web alojado en el computador puede causar retrasos o cortes en la conversación – lo cual se conoce como la latencia.

ARQUITECTURA DE TELEFONÍA TRADICIONAL Y TELEFONÍA IP

Arquitectura telefonía tradicional

Telefonía Tradicional

●Teléfono Inventado en 1876 por Antonio Meucci (atribuido a Alexander Graham Bell hasta el 2002).

●Idea principal:

–Hacer audible la palabra hablada a largas distancias

●Originalmente: Transmisión sobre un hilo de hierro, comunicación punto a punto.

●Hoy en día: 1000 millones de teléfonos repartidos por todo el mundo.

Telefonía Tradicional: Arquitectura Inicial

 Conexión punto a punto

.● Inicialmente, conmutación manual

La red telefónica básica RTB, o en la literatura inglesa PSTN, fue creada para transmitir la voz humana. Tanto por la naturaleza de la información a transmitir, como por la tecnología disponible en la época en que fue creada, esta es de tipo analógico. Hasta hace poco se denominaba RTC o Red Telefónica Conmutada, pero la aparición del sistema RDSI3 (digital  pero basado también en la conmutación de circuitos), ha hecho que se prefiera utilizar la terminología RTB para la primitiva red telefónica (analógica), reservando las siglas RTC para las redes conmutadas de cualquier tipo (analógicas y digitales); así pues, la RTC incluye la primitiva RTB y la moderna RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). RTB es en definitiva la línea que tenemos en el hogar o la empresa, cuya utilización ha estado enfocada fundamentalmente hacia las comunicaciones mediante voz, aunque cada vez más ha ido tomando auge el uso para transmisión de datos como fax, Internet, etc.

Arquitectura Telefonía IP

La arquitectura para la telefonía IP es básica y muy parecida a la que tiene la PSTN, a continuación se describen las partes de la arquitectura:

·         Terminales: son los teléfonos IP o los programas que los sustituyen y actúan como herramientas para la comunicación.

·         Gatekeepers: son el reemplazo de las centrales telefónicas convencionales que se usan en la PSTN. Las centrales telefónicas IP son totalmente digitales que brindan valores agregados a sus usuarios.

·         Gateway: es el enlace con la red telefónica convencional para tener comunicación con los teléfonos convencionales.

Los protocolos para Telefonía IP son los siguientes:

Ø  H.323, este estándar proporciona una base para comunicaciones de audio, video y datos a través de una red IP, que no proporciona QoS. Los productos que cumplen con este estándar pueden inter operar con productos de otras marcas. H.323 tiene una gran cantidad de dispositivos específicos y tecnologías embebidas en ordenadores personales, para comunicación punto a punto o conferencias  multipunto. H.323 tiene control de llamadas, gestión multimedia y de la capacidad de transmisión.

Ø  Session Initiation Protocol (SIP), es un protocolo para la inicialización, modificación y finalización de sesiones interactivas de usuario, como voz, video, mensajería instantánea, juegos en línea y realidad virtual. SIP fue aceptado como protocolo de señalización de 3GPP y elemento de la arquitectura IP Multimedia Subsystem (IMS).SIP es un protocolo para señalización para VoIP, junto a H.323.

Ø  Media Gateway Control Protocol (MGCP), es un protocolo tipo cliente-servidor de VoIP, (RFC 3435). Se compone de tres sistemas:

Media Gateway Controller (MGC), realiza el control de la señalización IP; Media Gateway (MG), realiza la conversión del contenido multimedia; y Signaling Gateway (SG), controla la señalización de la red de conmutación de circuitos. Su sucesor es Megaco

Componentes H.323

Terminal

c. Códec de video: En los terminales H.323 es opcional.

Función de control H.245: Se utiliza el canal lógico de control H.245 para llevar mensajes de control extremo a extremo que rige el modo de funcionamiento de la entidad H.323. Se ocupa de negociar las capacidades (ancho de banda) intercambiadas, de la apertura y cierre de los canales lógicos y de los mensajes de control de flujo. 

Función de control RAS (Registro, Admisión, Situación): Utiliza un canal lógico de señalización RAS para llevar a cabo procedimientos de registro, admisión, situación y cambio de ancho de banda entre puntos extremos (terminales, gateway.) y el gatekeeper. Sólo se utiliza en zonas que tengan un gatekeeper. El canal de señalización RAS es independiente del canal de señalización de llamada, y del canal de control H.245. Los procedimientos de apertura de canal lógico H.245 no se utilizan para establecer el canal de señalización RAS. El canal de señalización RAS se abre antes de que se establezca cualquier otro canal entre puntos extremos H.323.

Un gateway H.323 es un extremo que proporciona comunicaciones bidireccionales en tiempo real entre terminales H.323 en la red IP y otros terminales o gateways en una red conmutada. En general, el propósito del gateway es reflejar transparentemente las características de un extremo en la red IP a otro en una red conmutada y viceversa.

 Gatekeeper

El gatekeeper es una entidad que proporciona la traducción de direcciones y el control de acceso a la red de los terminales H.323, gateways y MCUs. El gatekeeper puede también ofrecer otros servicios a los terminales, gateways y MCUs, tales como gestión del ancho de banda y localización de los gateways.

PARÁMETROS 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 Internet, que solo soporta "mejor esfuerzo" (best effort) y puede tener limitaciones de ancho de banda en la ruta, actualmente no es posible; por eso, se presentan diversos problemas en cuanto a garantizar la calidad del servicio.

ASR: Es Answer Seizure Rate e indica  el porcentaje de llamadas conectadas o realizadas  frente al número total de llamadas realizadas. Normalmente estos valores suelen estar entre el 50 % y el 60 % en una calidad normal. Por debajo del 40 % indica que el proveedor puede tener problemas internos. Hay que tener en cuenta que muchas llamadas no llegan a realizarse porque el usuario está ocupado, fuera de cobertura, no contesta o simplemente porque la persona que llama colgó antes de establecer la comunicación.

Hay otro valor que se utiliza a veces que es ASR2 que es el número de llamadas “buenas” frente al numero de llamadas totales.. Por tanto las llamadas en las que el móvil no contesta o el llamante corta antes de establecer la comunicación son llamadas “buenas”. Los porcentajes para este parámetro suelen estar entre el 70-90 %. No están estandarizados pero normalmente si hay un sólo parámetro suele el primero de los explicados.

ACD es Average Call Duration e indica la duración media de las llamadas. Cuanto mayor sea la duración media de las llamadas significa que las llamadas no se cortan y por tanto no hay problemas en el sistema. También cuanto mayor sea este parámetro se presupone que la calidad es mejor puesto que los usuarios hacen llamadas más largas. De todos modos es un poco subjetivo. De todos modos si este valor es menor de 100 segundos por ejemplo hay que preocuparse del proveedor.

PDD o Post Dial Delay Este parámetro no lo suele ofrecer pero indica el tiempo entre que se marca el último número y se oye la señal de respuesta de que ha conectado con el número llamado. En VoIP suele ser de unos pocos segundos.

VoIP 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..

Limitaciones

_ Los retardos de cientos de ms, comunes en redes de datos, son inaceptables en una conversación telefónicas

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 vídeo 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 utilizada suele ser directamente proporcional a la calidad de los datos transmitidos.

Entre los códecs utilizados en VoIP encontramos los G.711, G.723.1 y el G.729.

Estos Códecs tienen este tamaño en su señalización:

G.711: bit-rate de 56 o 64 Kbps.

G.722: bit-rate de 48, 56 o 64 Kbps.

G.723: bit-rate de 5,3 o 6,4 Kbps.

G.728: bit-rate de 16 Kbps.

G.729: bit-rate de 8 o 13 Kbps.

Esto no quiere decir que es el ancho de banda utilizado, por ejemplo el Códec G729 utiliza 31.5 Kbps de ancho de banda en su transmisión.

 EL DESARROLLO DE CÓDECS: Para VoIP (aLaw, G.729, G.723, etc.) ha permitido que la voz se codifique en paquetes de datos cada vez más pequeños. Esto deriva en que las comunicaciones de voz sobre IP requieran anchos de banda muy reducidos.

Un Códecs viene del ingles coder-decoder, convierte una señal de audio analógico en un formato de audio digital para transmitirlo y luego convertirlo nuevamente a un formato descomprimido de señal de audio para poder reproducirlo. Esta es la esencia del VoIP, la conversión de señales entre analógico-digital.

COMO FUNCIONAN LOS CODECS VOIP:

Los códecs operan usando algoritmos avanzados que les permiten tomar las muestras, ordenas, comprimir y empaquetar los datos.

RETARDO O LATENCIA:

Se define técnicamente en VoIP como el tiempo que tarda un paquete en llegar desde la fuente al destino.

Una vez establecidos los retardos de tránsito y el retardo de procesado la conversación se considera aceptable por debajo de los 150 ms, que viene a ser 1,5 décimas de segundo y ya produciría retardos importantes.

            Se define como el retardo entre el envío de paquetes y su recepción, pero desde un punto de vista del usuario se definiría como el vacío en la conversación producido por retardos acumulados durante la transferencia de paquetes y los retardos de procesamiento. Estos últimos retardos a menudo son pasados por alto pero debe tenerse presente que mientras el códec G.711 produce un retardo de procesamiento insignificante el G.729 tiende a producir un retardo mayor debido al proceso de compresión que realiza sobre la voz.

- Retardo de procesamiento: Dependiente del número de muestras por paquete.

- Por Algoritmo: dependiente del códec, compresor y descompresor.

- Retardo de Serialización: Causado por la colocación uno a uno de todos los bits a transmitir a través del medio físico.

VALORES RECOMENDADOS:

La latencia o retardo entre el punto inicial y final de la comunicación debiera ser inferior a 150 ms. El oído humano es capaz de detectar latencias de unos 250 ms, 200 ms en el caso de personas bastante sensibles. Si se supera ese umbral la comunicación se vuelve molesta.

POSIBLES SOLUCIONES:

Se puede intentar reservar un ancho de banda de origen a destino o señalizar los paquetes con valores de TOS para intentar que los equipos sepan que se trata de tráfico en tiempo real y lo traten con mayor prioridad pero actualmente no suelen ser medidas muy eficaces ya que no disponemos del control de la red.

CALIDAD DEL SERVICIO:

Se está logrando bajo 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. El retraso es el tiempo requerido por una señal para atravesar la red. En un contexto de telefonía, el retraso entre extremos es el tiempo requerido por una señal generada en la boca del llamante hasta alcanzar el oído del destinatario. Por lo tanto, el retraso entre extremos es la suma de todos los retrasos en los diferentes apartados de la red y a lo largo de los enlaces por los cuales pasa el tráfico de voz. Hay muchos factores que contribuyen al retraso entre extremos y se deben tener en cuenta.

El retraso del almacenamiento, el tiempo en espera, y la conmutación o encaminamiento de Routers IP, determina en una primera instancia la latencia de la red IP. hubiera menor latencia.

Los problemas de la calidad del servicio en VoIP vienen derivados de dos factores principalmente:

a) Internet es un sistema basado en conmutación de paquetes y por tanto la información no viaja siempre por el mismo camino. Esto produce efectos como la pérdida de paquetes o el jitter.

b) Las comunicaciones VoIP son en tiempo real lo que produce que efectos como el eco, la pérdida de paquetes y el retardo o latencia sean muy molestos y perjudiciales y deban ser evitados.

by: Jhesneira Prieto
C.I. 26.628.604
Julio Vasquez
C.I. 28.357.774

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