Implementación VoIP

7/26/2019 Implementacin VoIP

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RESUMEN IMPLEMENTACIONES VoIP03/05/2014

Carlos Aguilar M.ngel Ordoez

Beneficios

Uso de ancho de banda eficiente. Menor coste de transmisin (se utiliza la misma infraestructura).

Mayor productividad, con voz sobre IP no solamente se puede hacer llamadas, se tienevarios servicios (video llamada, mensajera, correo electrnico)

Interoperabilidad con otros dispositivos IP.

Componentes principales

Telfonos, pueden ser analgicos, IP, PBX.

Gateway, conecta la red analgica con la red IP.

MCU, unidad de control multipunto, hardware utilizado para conferencias.

Servidores, para aplicaciones y bases de datos (son opcionales) Gatekeeper, servicios de identificacin de llamada mediante un nombre o una direccin IP.

Agentes de llamada, efecta tareas de enrutamiento, resolucin de direcciones,establecimiento de llamada.

Terminales de vdeo, utilizados para videoconferencia.

DSP, conversor de seales analgicas a seales digitales y viceversa (cdec)

Interfaces analgicas, un gateway puede tener diferentes tipos de interfaces:

FXS (Foreign Exchange Station), brinda conexin hacia una FXO, proporciona operacionescomo: tono digital, coleccin de dgitos y llamadas a otros sistemas finales. Diseada paradispositivos analgicos faz y mdem.

FXO (Foreign Exchange Office), poseen un conector para ser conectado a un computadorPSTN, acta como un telfono analgico normal.

E&M (Earth y Magneto o Earth y Mouth), proporciona una troncal de conectividadanalgica PBX hacia PBX.

Interfaces digitales, un gateway tambin puede conectarse hacia un switch PBX medianteinterfaces digitales:

BRI, interfaz digital bsica. T1 para USA y E1 para Europa.

PRI, interface primaria. Configurada como una interfaz ISDN.

Fases de una llamada telefnica Establecimiento de llamada, se realiza el enrutamiento de llamada para lo cual se debe

resolver un nmero de telfono con una direccin IP; y el control de admisin de llamada(CAC), cuya funcin es la de validar la disponibilidad de los recursos previo alestablecimiento de una llamada.

Mantenimiento de la llamada, recoge estadsticas (prdidas, retrasos, variaciones en elretraso) para analizarlos y suministrar informacin de calidad de llamadas.

Finalizacin de la llamada, ocurre normalmente cuando uno de los terminales haterminado la comunicacin. Se notifica a dispositivos finales y de control, para liberacin de


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recursos.

Tipos de control de llamada Distribuido, H323 y SIP (Session Initiation Protocol). Se requiere los siguientes pasos para

establecer la llamada.1.Descolgar el telfono que inicia la llamada, el gateway de voz proporciona el tono de

llamada y espera por los dgitos.2.El telfono que llama enva los dgitos y su gateway los recibe.3.El gateway determina si puede enrutar la llamada hacia el destino.4.El gateway enva un mensaje de inicializacin de llamada al router del extremo, con la

informacin del nmero marcado.5.El router de destino recibe la informacin de inicializacin de llamada junto con la

informacin enviada.6.El gateway de destino determina si conoce el nmero marcado y si est asociado con una

interfaz local FXS.7.Si el puerto FXS no est ocupado y se encuentra configurado para aceptar la llamada, se

enva un voltaje AC al puerto FXS para que el telfono conectado a dicha interfaz suene.

Centralizado, MGCP (Media Gateway Control Protocol), secuencia de pasos1. En el telfono conectado en el puerto FXS del router origen, se levanta el auricular,

el router detecta este evento y notifica al CA.2. EL CA instruye al router origen para proporcionar tono de llamada en el puerto FSX,

recoge los dgitos uno por vez y los enva hacia el CA3. El router proporciona el tono de llamada, recoge los dgitos marcados y los enva al

CA, uno por vez.4. El CA utilizando su tabla de enrutamiento de llamada y otras informaciones

determina que la llamada es para el puerto FXS en el router de destino.5. Una vez que el enrutamiento de llamada ha sido satisfactorio, se inician los

chequeos de restricciones, CA notifica a Router destino de una llamada entrante,para que se enve un voltaje de llamada de corriente alterna al puerto apropiadoFXS.

Digitalizacin y encapsulado de voz

Conversin analgica digital1. Muestreo, proceso de capturar y guardar peridicamente la voz, el resultado es llamado

PAM (Pulse Amplitud Modulation)2. Cuantificacin, asignacin de valores numricos a la amplitud de cada muestra.3. Codificacin, representar los resultados de la cuantificacin para cada muestra.4. Compresin, es opcional. Reduce el nmero de bits que deben ser transmitidos.

Conversin digital analgica1. Descompresin (opcional)2. Decodificacin y filtrado3. Reconstruccin de la seal analgica

Calidad y compresin del ancho de banda, se debe considerar los siguientes factores: Requerimientos de ancho de banda

Degradacin de la calidad que pueden causar


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Retraso que pueden originar

Sobrecarga de la CPU debido a su complejidad

Existen algunos algoritmos de compresin: G.711

G.726

G.728

G.729

G.729APara la medicin de la calidad de la voz se utiliza un mtodo estndar denominado MOS (ITU),utiliza una escala desde la peor seal, equivalente a 0, hasta 5 para la mejor seal.

Procesadores de seal digitalExisten procesadores especiales llamados DSP (Digital Signal Processor), los cuales se utilizan enmdulos de VoIP llamados PVDM (Packet Voice DSP Modules). Los DSP proporcionan los siguientesservicios:

Terminacin de voz Transcodificacin

Conferencia

ENCAPSULACIN VoIPLas acciones que se realizan entre los Routers finales de una comunicacin entre dos telfonosanalgicos son:

1. Transformar la seal analgica recibida en digital a travs del uso de un codificador de voz (Ej.

G711).

2. Encapsular la voz digital

3.

Desencapsular los paquetes IP que son recibidos.

4.

Transformar la seal digital en analgica y enviarla por el interfaz FSX.

Se debe considerar que el camino que sigue cada uno de los paquetes IP es independiente, por loque existe la posibilidad que lleguen en un orden aleatorio, que depender de la ruta seleccionaday las caractersticas de la red.

Como se conoce los protocolos de transporte que usualmente se utilizan son TCP y UDP, pero estosa su vez no tienen la capacidad de trasportar la voz digital en tiempo real. Por tal motivo se realizala integracin de un nuevo protocolo llamado RTP, el cual se ejecuta sobre UDP y ofrece una

solucin viable para el transporte en tiempo real de voz y video.

A continuacin en la Tabla 1 se puede visualizar la comparacin de las caractersticas quepresentan los protocolos de transporte previamente mencionados.


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Tabla 1.- Caractersticas de protocolos de transporte TCP, UDP, RTP.

La integracin del RTP sobre UDP se da debido a que el protocolo TCP no es considerado viablepara comunicaciones en tiempo real, debido a que TCP implementa verificacin de entrega depaquetes, es decir, si no recibe una confirmacin de que los paquetes han sido recibidossatisfactoriamente reenviar nuevamente los paquetes, esto provoca retardos y sobrecarga del

sistema, condiciones que no son tiles para las aplicaciones en tiempo real.

Dado que es necesario que los tiempos de envo se realicen de forma sincronizada para poderidentificar el mensaje correctamente, RTP incluye un mecanismo que le permite sincronizar estostiempos en el receptor y en el origen, adems incluye marcas horarias como en el protocolo TCP.UDP diferencia los flujos RTP implementando puertos nicos para cada flujo, estos puertos UDPson del 16384 a 32767. Es importante recalcar que dado que RTP trabaja sobre UDP no existe laposibilidad de realizar multiplexacin.

Reduccin del tamao de las cabeceras

Para realizar la reduccin del peso generado por las cabeceras de IP, UDP y RTP se implementa uncompresor cRTP, que permite comprimir las cabeceras de IP, UDP y RTP. Este compresor debe seraplicado de manera simultnea en ambos lados del enlace, esto permite la sincronizacin delnuevo tamao de las cabeceras. Este tamao puede reducirse hasta 4 bytes y en algunos casoscuando no son necesarios los acuses de recibo se puede llegar a alcanzar un peso de 2 bytes.

Existen factores importantes que deben ser considerados antes de implementar cRT en unaconexin, entre los ms importantes tenemos:

1.

Es recomendado para enlaces inferiores a 2 Mbps.

2.

Compresor presenta una sobrecarga de recursos del procesador, deben existir recursos suficientes.3. Los clculos y trabajos relativos con las cabeceras establecen un retardo extra.

4.

Se puede controlar el nmero de sesiones del compresor.

CLCULO DEL ANCHO DE BANDA

Ancho de banda en VoIP

Mediante la implementacin de cdec los DSP realizan la transformacin de la voz analgica en vozdigital, esto lo realiza con la generacin de una serie de bits por segundo, generando una muestra

en periodos de 10 milisegundos. El tamao final que presentarn las tramas de capa 2 con laencapsulacin del paquete IP depender de:a.

Velocidad del tamao y paquete.


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b.Sobrecarga de la cabecera IP.

c.Sobrecarga de la cabecera de la capa de enlace.

d.

Sobrecarga de los tneles (cuando se utilizan).

El tamao de los paquetes depender del tipo de cdec que sea utilizado y del nmero de muestraencapsulada en cada paquete de VoIP, a continuacin se presentan algunos ejemplos:

G.711 PCM G.726 ADPCM

G.722

G.728 LDCELP

G. 729 CS-ACELP

El perodo de los empaquetamientos viene dado de la suma de la seal analgica que es expresadaen milisegundos y que procede a digitalizarse en paquetes IP. Al realizar la suma de muchas sealesde voz digital se presenta un problema aadido, que cuando se produzca la prdida de uno de

estos paquetes se perder una gran cantidad de voz y se producir un mayor retraso.

Sobrecarga de la capa de enlace

Cuando se realiza la transmisin de un paquete IP este deber ser encapsulado de acuerdo alprotocolo que utilice el enlace que se utilizar. Es importante considerar la sobrecarga de la capade enlace para realizar el clculo del ancho de banda necesario para una llamada de VoIP.

Sobrecarga debida a seguridad y tunelizacin

Como es de conocimiento IPsec es un conjunto de protocolos que sirven para realizar unatransmisin segura de los datos, IPsec tiene la capacidad de trabajar en modo de transporte y enmodo tnel. En el modo de transporte la encriptacin solo se realiza a la carga til del paquete, encambio en modo tnel la encriptacin se realiza a todo el paquete, estos dos modos puedenimplementar AH que ayuda a realizar la autentificacin y tambin incorporar ESP para laautenticacin y encriptacin.Podemos encontrar otros tipos de tneles de trfico que no implementan seguridad, como porejemplo: GRE, L2F/L2TP, PPPoE, QinQ.

Clculo del ancho de banda total para una llamada de VoIP

Es importante realizar el clculo del AB necesario para realizar las llamadas de VoIP, estainformacin es usada principalmente para:

Diseo y planificacin de la capacidad de los enlaces. CAC

QoS

En el clculo del AB es necesario realizar la determinacin de los siguientes parmetros:1.Determinar el cdec y su perodo de encapsulacin.

2.

Determinar la informacin especfica del enlace.

3.

Calcular el tamao total del empaquetamiento.4.Calcular el tamao total de toda la trama.

5.

Calcular el volumen de los paquetes.


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6.Calcular el ancho de banda total.

Con el clculo del ancho de banda se procede a realizar el clculo del ancho de banda que serreservado para VoIP considerando los nmeros de llamadas mximas que se puedan producir.

Deteccin de la actividad de la voz

VAD es una funcin que permite detectar silencios y audio en una sola direccin evitando lageneracin de datos, usualmente en una conversacin una tercera parte corresponden a silencios,por esta razn con la implementacin de VAD se puede ahorrar alrededor de 35% de ancho debanda.

IMPLEMENTACIN DE VoIP en una red empresarial.

En una implementacin empresarial de VoIP mediante el uso de Cisco se tiene entre los principaleselementos: Gateway, gatekeeper, Cisco Unified CallManager y telfonos IP Cisco. Los elementos

utilizados para una implementacin de VoIP dependen de la consideracin de diversos factores.

Gateway de voz en un router Cisco

Los Gateway permiten transformar las seales digitales a analgicas y viceversa, ofreciendo unaconectividad entre los interfaces analgicos como FXO, FSX e interfaces digitales como T1/E1, BRI ydispositivos de telefona IP. Una funcin importante es la aplicacin de SRTS que permite a lostelfonos comunicarse entre s cuando exista una prdida de conectividad con la oficina central.Las caractersticas de los Gateway depende del software que ejecuten pudiendo adicionar nuevosservicios.

Cisco Callmanager

Es un software de procesamiento de llamadas, posee un soporte de protocolos de sealizacincomo MGCP, H323, SIP y SCCP. Entre las principales funciones de Cisco Unified CallManagertenemos:

a. Realizar enrutamiento de llamadas y permitir gestin de ancho de banda y CoS.

b.

Administrar el plan de llamadas, el mismo que es administrado e implementado en el CCM.

c. Realizar una sealizacin y control de los dispositivos.

d. Administrar las funcionalidades de los telfonos IP.

e.

Ofrecer servicios de directorio y XML.f. Proveer un interfaz para la programacin de aplicaciones externas.

Modelos de despliegue VoIP

Entre los principales modelos de despliegue que utilizan Cisco Unified CallManager tenemos lossiguientes:

Sitio simple, donde la empresa tiene un solo sitio en el cual se implementa un clster deCisco CallManager, las llamadas hacia el exterior se realizan a travs de la PSTN.

Mltiples sitios con procesamiento de llamadas centralizado, es un modelo donde se tienemltiples sitios, entre estos se selecciona un sitio que ser el principal o central donde seimplementar el Cisco CallManager, donde usualmente cada uno de estos sitios tiene unaconexin PSTN para poder realizar y recibir llamadas externas.


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Mltiples sitios con procesamiento de llamadas distribuido, en este modelo se tienen variossitios, donde cada uno de estos sitios implementa un Cisco CallManager, las llamadasinternas de los sitios no necesitan viajar por enlaces WAN.

Clster sobre enlaces WAN, en este modelo se consideran mltiples sitios donde el clsterCisco CallManager se encuentra expandido, y realiza su comunicacin mediante enlacesWAN, por este motivo se necesita un retraso menor a 40ms.

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