Telefona sobre IP (ToIP)Lus Merayo

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Qu es la telefona sobre IP? Cmo funciona? Qu ventajas ofrece al usuario? Resuelva estas y otras dudas en este interesante artculo.

Qu es la Telefona sobre IP (ToIP)?

La Telefona sobre IP (ToIP) es el conjunto de tecnologas y procedimientos que permiten el transporte dela voz a travs utilizando el protocolo IP a travs de Redes Privadas Virtuales IP o de Internet. Suutilizacin implica no solo un cambio tecnolgico sino tambin un cambio en la concepcin del servicio:pasar de la telefona tradicional a un completo servicio multimedia en el que la voz est realmenteintegrada con un amplio conjunto de aplicaciones (presencia, mensajera unificada, trabajo colaborativo,video, ...).

Cuales son sus ventajas?Aunque inicialmente la gran ventaja de la Telefonasobre IP fue la econmica (derivada de las tarifasplanas de las redes de datos frente al pago por uso enla voz), esta percepcin ha ido cambiando con el

tiempo (sobre todo en los entornos empresariales), enlos que argumentos como el ahorro en lainfraestructura y el cableado (solo datos frente a voz ydatos), su facilidad de instalacin y reubicacin, sucapacidad de integracin con una amplia gama deaplicaciones y la posibilidad de desplegar telfonos IPsoftware (softphones) como aplicaciones enordenadores personales utilizando la infraestructuramultimedia (micrfono, altavoz, tarjeta de sonido, ..)que habitualmente incorporan) son los factores que

estn detrs de su indudable xito.

Digitalizacin y codificacin de la voz

La voz es por su propia naturaleza una seal analgica que, de acuerdo con la capacidad de audicin delodo humano, se extiende hasta los 20 KHz. Sin embargo, teniendo en cuenta que la mayor parte de laenerga se concentra por debajo de 4 KHz, y que limitando la transmisin a esta banda de frecuencias segarantiza la inteligibilidad y se distingue al locutor, esta es la informacin que se transmite realmente

(ancho de banda vocal).

Inicialmente se transmita una seal elctrica equivalente a la auditiva (transmisin analgica). Estemodelo adolece del grave problema del ruido aditivo en los amplificadores que limita su nmero y, enconsecuencia, la distancia mxima alcanzable. Para resolverlo se impuso la digitalizacin (proceso que seabord en las redes de telefona en la dcada de los 70). De manera general, este proceso de digitalizacinimplica:

Muestreo, con una frecuencia mnima (frecuencia de Nyquist) que permita la reconstruccin de laseal (8000 muestras/sg o lo que es lo mismo 1 muestra cada 125 microsegundos)

Cuantificacin, asignando cantidades discretas a cada una de las muestras. Dada la mayorsensibilidad al ruido en las seales bajas, se utilizan preferentemente cuantificaciones no lineales.

Codificacin: los valores cuantificados se codifican en nmeros que pueden ser transmitidos yprocesados digitalmente.

Los estndares mas utilizados en codificadores/descodificadores (codecs) de audio y la calidad subjetiva(MOS: Mean Opinion Score, de 1 a 5) de los mismos son:

Elementos bsicos de una red de ToIP

Una red de Telefona sobre IP consta de los siguientes elementos:

Terminales capaces de recibir y realizar llamadas de ToIP. Estos pueden ser telfonosespecialmente desarrollados para esta tecnologa (telfonos IP) o aplicaciones software (softphone)que se ejecutan sobre ordenadores personales y utilizan las facilidades multimedia que suelen tenerstos.La red IP propiamente dicha sobre la que se cursar el nuevo trfico de vozPasarelas (gateways) para comunicarse con terminales en otras redes, especialmente con la red detelefona tradicional (POTS).Elementos que realicen la coordinacin y el control de las llamadas, recibiendo y procesando losmensajes de sealizacin

Protocolos de transporte

Los protocolos de transporte son los responsables de transportar en tiempo real la voz digitalizada ypaquetizada sobre redes IP. Dado que se trata de un servicio de tiempo real, el nivel de transporte nopuede ser TCP (las retransmisiones en los servicios orientados a conexin son incompatibles con losrequisitos de los servicios interactivos de tiempo real como la voz). Como en UDP el transporte se realizasin garantas, -modo best effort-, se requieren mecanismos que permitan la deteccin de paquetes perdidosy/o desordenados as como que faciliten la gestin del almacenamiento (buffer) en el receptor.

Para cubrir estos requisitos se desarroll el protocolo Realtime Transport Protocol (RTP) definido en laRFC 3550. Sus principales caractersticas son :

Transporte datos en tiempo real, nivel aplicacinUnidireccional, sin garantas (marcado de paquetes o reserva de recursos)Incorpora nmeros de secuencia (para la deteccin de paquetes perdidos y desordenados) y marcastemporales (time stamp) para la gestin del buffer de recepcin.

Este protocolo se complement con el RTCP (RTP Control Protocol) definido tambin en la RFC 3550.Es un protocolo de control de RTP que se basa en el envo peridico de paquetes de control entre todoslos participantes en la sesin mediante el cual stos proporcionan informacin (feedback) del desarrollode la misma.

Protocolos de sealizacin: H.323 y SIP

Los protocolos de sealizacin permiten establecer y liberar la presencia (log-on y log-out) y localizar a

los potenciales usuarios, as como establecer, modificar y liberar sesiones propiamente dichas. En estecontexto se desarrollaron dos grandes familias de protocolos: H.323 y SIP.

H.323 es un conjunto de protocolos (protocol suite) definidos por la International TelecommunicationUnion (ITU) que incluye funcionalidades de:

Codificado de audio (G. 711, G. 722, G. 723, G. 728, G. 729) y video (H. 261 y H263)Transporte (RTP, RTCP)Establecimiento y liberacin (log-on/log-out) de presencia de potenciales usuarios (H. 225)Negociacin de parmetros(codec, bitrate, ...) (H. 245)Establecimiento y liberacin de llamadas (Q.931)

SIP (Session Initiation Protocol, RFC 3261) es un protocolo diseado para iniciar, modificar y terminarsesiones multimedia (1 o ms participantes). Es un protocolo muy simple desarrollado por la InternetEngineering Task Force (IETF) para simplificar al muy complejo H.323 que, a semejanza de HTTP ySMTP, se basa en mensajes de texto lo que le dota de una gran trazabilidad. Durante cierto tiempocoexistieron ambos, hasta que finalmente (finales de la dcada de los 90) SIP se impuso, recibiendo suespaldarazo definitivo en 2000-2002 cuando fue elegido por IMS/3GPP

En SIP existen dos componentes bsicos:

Agentes de usuario que incorporan las aplicaciones finales segn el modelo cliente/servidor:

UAC (user agents clients) que originan las llamadasUAS (user agent server) a la espera de llamadas

y agentes de red:

Proxy server realizando funciones de relay (responde en nombre de) de llamadas (uas + uac)Redirect server: redirecciona llamadas a otros servidoresRegistrar: donde los usuarios se registran (log-in/log-out)

A modo de ejemplos se incluyen los formatos de los mensajes ms habituales en SIP:Establecimiento de llamada (invite):

Registro de un usuario

Proxy server

Redirect server

ToIP y calidad de servicio

Como en cualquier otra aplicacin, las caractersticas de la red tienen una importancia directa sobre lacalidad de servicio percibida por los usurarios de ToIP. Los parmetros que inciden de una manera msdeterminante sobre la calidad de servicio son la latencia (o retardo), su variacin (o jitter) y la prdida depaquetes.

La latencia se define como el tiempo que tarda un paquete de ToIP en su viaje entre origen y destino,siendo este parmetro el que ms afecta (o uno de los que ms puede afectar) a las caractersticassubjetivas de calidad de servicio. La latencia tiene mltiples orgenes:

Codificacin: el tiempo que el codec necesita para codificar (transmisor) y decodificar (receptor) lavozPaquetizacin: el tiempo necesario para completar un paquete con muestras de vozTransporte: el tiempo requerido para transportar el paquete entre ambos extremos (transmisor yreceptor), incluyendo tanto la propagacin por las lneas de transmisin entre routers, como elempleado en la conmutacin y almacenamiento (queuing) en los routers de la red IP.Almacenamiento en el receptor (buffer jitter) para compensar las variaciones de retardo (jitter) entrepaquetes pertenecientes a una misma sesin de ToIP

Se recomienda (ITU) mantener este parmetro por debajo de 150 ms. Valores comprendidos entre 100 y150 ms son indetectables para el usuario final, entre 150 y 200 ms la calidad se considera aceptable, y elservicio no es aceptable cuando supera los 200 300 ms.

El retardo variable (jitter en terminologa anglosajona) es una medida de las diferencias de los tiempos dellegada de los paquetes correspondientes a una llamada de ToIP al receptor. Para calcularlo, cuando elextremo receptor recibe un paquete obtiene el instante en que dicho paquete llega y lo compara con el quefue generado (marca temporal en el protocolo RTP): la diferencia entre ambos es el retardo variable que elpaquete ha sufrido. Para compensarlo (el descodificador necesita un flujo de paquetes constante) elreceptor almacena los paquetes recibidos (buffer jitter) antes de su procesado. El inconveniente de estemtodo es que cuanto mayor sea esta capacidad de almacenamiento (mayor compensacin de retardosvariables) mayor es la latencia aadida por lo que se buscan soluciones de compromiso adaptativas en lasque el tamao se ajusta a las condiciones cambiantes del retardo en la red.

Como los paquetes de voz se envan sobre RTP (y TCP), en caso de prdida no se retransmiten y dichaprdida afecta directamente a la calidad de servicio percibida. El impacto de esta prdida de paquetes,originada en la red (congestin o errores) o en el receptor (desbordamiento o retardo excesivo en el bufferjitter), depende varios factores:

La tipologa (estadstica) de las prdidas: prdidas aleatorias ocasionales, que habitualmente elcodec compensa (p.e. repitiendo la ltima muestra recibida) o prdidas consecutivas (rfagas) cuyosefectos son mucho ms perniciosos.El tamao del paquete de voz: cuanto mayor sea el paquete mayor ser la eficiencia (informacintil/informacin total transmitida) y mayor el impacto (se pierden mas muestras de voz) en caso deprdida.El codec: la compresin de la voz hace ms eficiente al sistema (ms informacin de audio en cadapaquete) y, por el contrario, mayor ser el impacto en caso de prdida