TELEFONA ANALGICA. TELEFONA IP

- Antes de entrar en el mundo de la voz sobre IP (en adelante VoIP) existen conceptos que debemos destacar.

- La red telefnica tradicional existe desde 1900 aproximadamente, y aunque van desapareciendo an se siguen utilizando y no est previsto que desaparezca de un da para otro.

- Por ello, hasta ese momento, las nuevas redes VoIP debern integrarse con las redes telefnicas tradicionales.

PERSPECTIVAS DE LA VOZ ANTES DE LA CONVERGENCIA

- La palabra telefona viene de TELE (lejos) y FONA (sonidos), por lo que podemos definir la telefona como la ciencia que tiene por objeto la transmisin de sonidos a distancia, estando incluidos en esta ciencia todos los medios y procedimientos empleados para la transmisin, transporte y recepcin de sonidos.

- Las administraciones telefnicas tienen la obligacin de transmitir los sonidos entregados por sus clientes en la direccin que estos les indiquen y con el mnimo deterioro posible.

- La telefona en un principio se bas en la electricidad y en la transmisin de seales elctricas, actualmente se han incorporado tecnologas electrnicas e informticas.

- Segn los medios empleados en la transmisin de los sonidos podemos realizar la siguiente clasificacin:

- -Telefona Almbrica (con hilos). - -Radiotelefona (sin hilos).

DEFINICIN DE TELEFONA

- Cada CO est conectada a las dems CO en una amplia red de comunicaciones conocida como Red Telefnica Pblica Conmutada

RED TELEFNICA PBLICA CONMUTADA

Bucle Local (Local Loop) Lneas de 2 hilos (Tip & Ring) Central Office

- Termina el Bucle Local - Terminacin del Troncal

Lnea Lnea

Troncales

CO PSTN CO

- Necesidad de las Centrales Telefnicas y su jerarqua

RED TELEFNICA PBLICA CONMUTADA

2

)1(

NNC

- Necesidad de las Centrales Telefnicas y su jerarqua

RED TELEFNICA PBLICA CONMUTADA

- Necesidad de las Centrales Telefnicas y su jerarqua

RED TELEFNICA PBLICA CONMUTADA

Norteamericano CCITT

Clases 1 Clases 2 Clases 3 Clases 4 Clases 5

Centro regional Centro de la seccin Centro primario Centro interurbano Oficina Terminal

Centro cuaternario Centro terciario Centro secundario Centro primario Centro local

- Cada circuito analgico se compone de un par de cables. - Un de ellos es el ground, o lado positivo de la conexin, a menudo llamado tip. - El otro cable es la battery, o lado negativo de la conexin, a menudo llamado ring. - Comnmente oiremos hablar a los tcnicos de ellos como tip y ring. - Este par de cables proveen alimentacin al telfono analgico y permiten que lleve a cabo su funcin, de la misma forma que los cables que conectan una batera al coche.

dos cables, previniendo que la seal fluya a travs del telfono.

- Cuando el auricular del telfono se levanta (off-hook), el telfono conecta los dos cables, causando el flujo de una seal elctrica desde la oficina de la central telefnica (en adelante CO) al telfono.

- Esto es conocido como sealizacin de inicio, tono de llamada, o loop start signaling.

SEALIZACIN LOOP START Y GROUND START (GST)

- La lnea dentada sobre los cables del telfono analgico representa un circuito abierto.

- En cualquier momento que el telfono este on-hook (colgado) el telfono separa los

- Los telfonos analgicos son responsables de aceptar y enviar mltiples tipos de seales. - El primer tipo de seal que el telfono manipula se considera la seal supervisora. - Esta seal realiza las siguientes tareas:

- Seal on-hook: Cuando el telfono est colgado, la conexin entre el tip y el ring est abierta, por lo que no existe paso de corriente elctrica.

- Seal off-hook: Cuando el telfono se descuelga, conecta los cables tip y ring, completando el circuito y permitiendo el paso de la seal elctrica.

- Seal ringing: Para provocar que un telfono analgico suene, la compaa de telfono enva una seal de corriente alterna por uno de los cables, la cual el telfono detecta y genera una seal de timbre.

- Existen otro tipo de seales conocidas como seales de informacin, siendo las ms conocidas las que aparecen a continuacin.

- Una vez que el telfono genera una seal off-hook, la CO responde usando una seal de informacin que genera un tono de marcado, que puede ser de distintos tipos:

- Tono de marcado: Indica que la CO est preparada para recibir los dgitos. - Ocupado: Indica que el nmero al que llamamos est ocupado. - Timbre de vuelta: Indica que el telfono remoto est sonando. - Congestin: Indica que la red telefnica de larga distancia no es capaz de realizar la llamada. - Nmero desconocido: Indica que el nmero marcado es invlido.

- La CO genera cada una de estas seales usando frecuencias bien conocidas para la regin en la que se produce la llamada. Todos los telfonos de la misma regin deben tener seales idnticas.

SEAL SUPERVISORA (SUPERVISORY SIGNALING)

- Una vez que la CO ha enviado un tono de marcado, el usuario puede marcar los nmeros. - Existen dos tipos de seales de direccionamiento usadas mundialmente:

SEALES DE DIRECCIN

- DTMF (Dual-tone Multifrequency): Los botones de un telfono usan distintas frecuencias para generar una seal cada que vez que el emisor pulsa un nmero. Para ms informacin, visitar http://es.wikipedia.org/wiki/Marcaci%C3%B3n_por_tonos.

- PULSOS: La rueda giratoria de un telfono conecta y desconecta el bucle local para sealizar el dgito marcado. Cada vez existen menos telfonos de este tipo. Para ms informacin visitar: http://es.wikipedia.org/wiki/Marcaci%C3%B3n_dec%C3%A1dica_por_pulsos.

- Las seales digitales fueron una gran mejora al sistema mencionado, dirigiendo una amplia cantidad de problemas que presentan las seales analgicas.

- Primero, las seales analgicas elctricas experimentan degradacin (atenuacin) en largas distancias.

- Para incrementar las distancias que una seal analgica puede atravesar, la CO tiene que instalar repetidores para regenerar la seal cuando la misma se vuelve demasiado dbil.

- Desafortunadamente, cuando la seal analgica era regenerada, el repetidor era incapaz de diferenciar entre la voz que viajaba por el cable y el ruido de la lnea.

- Cada vez que el repetidor regeneraba la voz, hacia lo mismo con el ruido. Por ello, cuantas ms veces se regeneraba una seal, ms difcil era comprender la misma.

- El segundo problema era que slo poda enviarse una nica llamada a la CO por cable. Por ello era necesario poder enviar mltiples llamadas usando un nico cable.

- Las conexiones digitales son esa solucin que buscamos.

LA EVOLUCIN: CONEXIONES DIGITALES

- Para ello, simplemente usaremos nmeros que representarn niveles de voz en lugar de usar una combinacin de seales elctricas.

- Cuando alguien habla de digitalizar la voz , se refiere al proceso mediante el cual convertimos seales de voz analgicas en una serie de nmeros, los cuales podemos usar para reconstruir la voz en el otro extremo.

- Para convertir una seal de voz analgica a un formato digital, el dispositivo convertidor realiza un proceso de cuatro pasos:

- Samplear o tomar muestras de la seal.

- Cuantificar la seal.

- Codificar el valor cuantificado en un formato binario.

- Opcionalmente, comprimir las muestras para ahorrar ancho de banda.

CONVERSIN DE SEALES ANALGICAS A DIGITALES

- Al digitalizar la voz, resolvemos el problema causado por los repetidores, los cuales aumentaban el ruido al igual que la voz, lo que provocaba llamadas de baja calidad cuando las mismas pasaban por muchos de estos equipos.

- Para el segundo problema planteado, enviar mltiples conversaciones al mismo tiempo sobre una nica lnea, TDM sera la solucin.

- Debido a que las mltiples conversaciones han sido digitalizadas, los valores numricos se transmiten en time slots especficos (esto representa la divisin por tiempo de TDM), los cuales diferencian las conversaciones de forma separada.

- Basndose en el slot temporal de cada llamada, la PSTN ser capaz de distinguir y re-ensamblar las conversaciones de voz individuales.

ENVIAR MLTIPLES LLAMADAS SOBRE UNA NICA LNEA

- Las empresas usan conexiones de voz digitales con la PSTN en forma de circuitos T1 (24 canales de 64 kbps, o lo que es lo mismo, 24 lneas DS0) en EE.UU., Canad y Japn.

- Las dems localizaciones usan circuitos E1, los cuales anan 30 lneas DS0 para llamadas de voz.

- Para la sealizacin de las llamadas digitales, existen 2 tipos de circuitos digitales: - CAS (Sealizacin asociada al canal): La informacin de sealizacin se transmite usando el mismo ancho de banda que la voz. Tambin se la conoce como sealizacin en banda.

- CCS (Sealizacin en canal comn): La informacin de sealizacin se transmite usando canales de sealizacin dedicados. Tambin se la conoce como sealizacin fuera de banda.

- Con CAS las conexiones digitales T1 robaran bits que se deberan usar para enviar informacin de voz para sealizar la llamada (estados on-hook, off-hook, ringing, etc.). Esto es un problema, puesto que hay que robar valores a los 8 bits de cuantificacin para sealizar la llamada, lo cual provoca que la calidad de la llamada sea peor, puesto que no va a tener el mismo nivel de definicin.

- Aunque la calidad de la voz pierda un poco de definicin, el nmero de bits binarios robados para la informacin de sealizacin es lo suficientemente pequeo para dicho empeoramiento en la calidad de la voz no sea percibido.

- Al CAS T1 se le conoce, precisamente por este hecho, como sealizacin RBS (robbed bit signaling).

ENVIAR MLTIPLES LLAMADAS SOBRE UNA NICA LNEA

- La sealizacin CCS dedica uno de los canales DS0 de una lnea T1 o E1 para la informacin de sealizacin.

- Esta tcnica se la conoce comnmente como sealizacin fuera de banda, ya que el trfico de sealizacin se separa por completo del trfico de voz.

- Como resultado, una conexin T1 CCS usa slo 23 DS0 para la voz, dejando de utilizar el mtodo de robar un bit del CAS.

- En su lugar, se utiliza un protocolo que enve la informacin necesaria de sealizacin para cada canal de voz. El ms popular es el Q.931, el cual es el protocolo usado por los circuitos RDSI.

- Este mtodo es el ms utilizado entre los sistemas de voz mundialmente, ya que ofrece una mayor flexibilidad en cuanto a mensajes de sealizacin y mayor seguridad (ya que la informacin de sealizacin no est embebida en el canal de voz).

- Cuando usamos CCS con lneas T1, el time-slot 24 (los ltimos 8 bits de la trama T1) se reserva siempre como el canal de sealizacin.

- Cuando lo usamos con lneas E1, el time-slot 17 es el utilizado. - Aunque RDSI es el protocolo ms popular que utiliza configuraciones CCS, CCS puede utilizarse con otros protocolos. Por ejemplo, las compaas telefnicas usan el protocolo SS7 con configuraciones CCS para comunicarse entre COs.

CCS

- Todos los mtodos de sealizacin y comunicacin discutidos previamente se centran bsicamente en la conexin a una red de voz masiva conocida como la PSTN.

- En los principios, cuando dos individuos queran comunicarse uno con el otro, usaban telfonos y cableado individual para ello.

- A medida que se conectan ms telfonos y personas, est solucin es intolerable, debido a la cantidad de enlaces que resultaran.

- La solucin es un sistema ms escalable, conocido como PSTN, una red mundial (mucho ms que Internet) construida en base a las siguientes piezas.

LA RED TELEFNICA PBLICA (PSTN)

- Telfono analgico: Es el dispositivo ms comn en la PSTN. Convierte el audio a seales elctricas.

- Bucle Local: El enlace entre el cliente y el proveedor de servicio.

- Switch de la CO: Provee servicios a los dispositivos del bucle local. Estos servicios son la sealizacin, reconocimiento de dgitos, enrutamiento de llamada, configuracin y finalizacin de llamada.

- Troncal: Provee las conexiones entre switches.

- Switch Privado: Permite a una empresa tener una PSTN en miniatura dentro de su compaa. Provee mayor eficiencia y ahorro en las llamadas ya que cada telfono de la compaa no requiere una conexin directa al switch de la CO.

- Telfono Digital: Conecta habitualmente a un sistema PBX (Centralita). Convierte el audio en dgitos binarios, lo cual hace la comunicacin mucho ms eficiente que de la forma analgica.

LA RED TELEFNICA PBLICA (PSTN)

- Cuando queremos conectarnos a la PSTN, existen variedad de opciones. - En las casas y pequeas oficinas se pueden usar los puertos analgicos. - Cada conexin analgica de dos hilos puede soportar una nica llamada. Para este tipo de usuarios, la misma puede ser suficiente.

- Para la pequea empresa, el nmero de conexiones analgicas necesarias recae directamente en el tamao de la misma y el volumen de llamadas que tenga.

- A medida que el negocio crezca, se podran consolidar las mltiples lneas analgicas en una o ms conexiones T1 o E1 digitales.

CONEXIONES HACIA Y DESDE LA PSTN

- Dentro de la PSTN en s misma, existe una red de redes, similar a Internet, donde se conectan las oficinas de mltiples proveedores de servicio, unidos en una red masiva mundial.

- Para permitir esta comunicacin entre los mltiples TSP, se utiliza un protocolo de sealizacin comn, similar a como opera TCP/IP en las redes de datos.

- Este protocolo es el SS7 (Signaling System 7). - SS7 es un protocolo fuera de banda (estilo CCS) usado para configurar llamadas, enrutarlas, obtener informacin de tarifas y mensajes informativos entre COs a lo largo de todo el mundo.

- Cuando un usuario realiza una llamada, el primer CO obtiene los dgitos marcados y realiza una bsqueda SS7 para localizar el destino.

- Una vez encontrado, SS7 es responsable de enrutar la llamada al destino y proveer toda la informacin de sealizacin (como por ejemplo el timbre de vuelta, para saber que est sonando el telfono de destino) al dispositivo que realiza la llamada.

- SS7 es principalmente una tecnologa utilizada por los TSP, por lo que nosotros no intervendremos normalmente directamente con este protocolo, desde la perspectiva del cliente.

CONEXIONES HACIA Y DESDE LA PSTN

- Al igual que las redes de datos utilizan direccionamiento IP para organizar y localizar recursos, las redes de voz utilizan un plan de numeracin para organizar y localizar telfonos a lo largo del mundo.

- Las organizaciones gestionan sus propios sistemas de telefona internos utilizando algn esquema de numeracin interno que cumpla con sus necesidades (similar al direccionamiento IP interno del RFC-1918).

- Sin embargo, cuando conectan con la PSTN, se debe utilizar una direccin vlida del estndar E.164 para conectar con la misma.

- El E.164 es un plan de numeracin internacional creado por la ITU (Unin Internacional de Telecomunicaciones).

- Cada nmero E.164 contiene los siguientes componentes, limitados a 15 dgitos: - Cdigo de Pas de desino. - Cdigo de Ciudad. - Cdigo del Suscriptor.

PLANES DE NUMERACIN DE LA PSTN

- Los procesos de conmutacin son los encargados de establecer las conexiones entre los diferentes nodos o terminales de la red. Se puede definir como el proceso para establecer una conexin individual desde un punto de entrada (Usuario A), hacia un punto de salida (Usuario B), como se esquematiza en la siguiente figura. - El usuario A, mediante un proceso de seleccin, determina con que usuario B desea conectarse.

Esta conexin se realiza mediante el proceso de conmutacin. - En forma general se pueden diferenciar dos tipos de arquitecturas de conmutacin: Conmutacin de circuitos: En esta modalidad se establece un camino confiable y seguro de punta a

punta, que se mantiene durante toda la comunicacin. Conmutacin de paquetes: Cada mensaje es enviado sin establecer previamente una conexin entre

origen y destino.

CONMUTACIN

Caractersticas de la conmutacin de circuitos: Durante el establecimiento de la comunicacin se establece un circuito extremo-extremo que se utiliza durante toda la llamada para intercambiar la informacin entre los abonados A y B.

Cada nodo de conmutacin (central telefnica) colabora estableciendo secciones del circuito extremo-extremo.

Las distintas secciones del circuito pueden ser de muy distinta naturaleza: par de cobre , enlace de radio FDM analgico, enlace de radio TDM digital, redes de datos en que se establece un circuito virtual

La existencia de un circuito dedicado a la comunicacin mientras ella est establecida, garantiza baja probabilidad de prdida de informacin.

CONMUTACIN

Caractersticas de la conmutacin de paquetes: Se efecta en forma distribuida en los mltiples dispositivos y computadores que conforman la red de datos IP

Cada paquete contiene muestras de la informacin que intercambian los abonados A y B y adems informacin de direccionamiento, con indicacin de los dispositivos de origen y de destino, que es utilizada por los routers para enviar los paquetes hasta sus destinos.

Los paquetes correspondientes a la informacin de una misma comunicacin pueden seguir caminos diferentes

La probabilidad de que se pierda informacin o que llegue retrasada existe.

CONMUTACIN

- Para transferir voz en forma de datos proporcionando servicio de telefona IP, por la misma red en que hay trfico de archivos, e-mail y web, se requiere un conjunto de componentes:

CODEC Protocolos TCP/IP Protocolos telefona IP Servidores de telefona IP y PBX IP Gateways VoIP y Routers Telfonos IP y Softphones .

COMPONENTES VOZ SOBRE IP

- Los CODEC, constituidos por hardware y software o solamente por software, incluyen una serie de algoritmos e instrucciones para comprimir y descomprimir grandes archivos. El archivo correspondiente a una cancin codificada con MP3, con muy buena calidad, ocupa entre 3 y 4 MB, esto es 10 veces menos que el archivo descomprimido.

- Los procesamientos de compresin conllevan prdida de calidad, debido a que la informacin recuperada durante la descompresin no es exactamente igual a la original.

EJEMPLOS DE CODEC CODEC de VIDEO: Real Video, DivX, XviD, MPEG-2, CODEC de AUDIO: MP3, Dolby Digital AC3, OGG, WMA, Real Audio CODEC para TELEFONIA: G.711, G.722, G.723, G.726, G.728, G.729 * Los CODEC ms utilizados en telefona IP por Internet son G.723.1 y G.729

CODECS(COder / DECoder)

La forma de denominar a los CODEC utilizados en telefona es mediante el nombre correspondiente al estndar de la ITU que describe su operacin. Ejemplos: CODEC G.711 y G.729. Estos son muy populares, convierten de analgico a digital y viceversa con relativamente alta calidad y sin compresin.

Como siempre ocurre en el mundo digital, mayor calidad implica ms bits/seg. Los CODEC G.711 usan ms ancho de banda que otros CODEC, de velocidad menor.

Los CODEC utilizados en telefona estn constituidos por hardware y software que muestrea la voz analgica y la convierte en bloques de bits que el CODEC va entregando a su salida como un flujo binario de velocidad o tasa (bits/seg.), predeterminado.

Realizan las funciones de muestrear a intervalos regulares la seal analgica de voz, cuantificar las muestras en valores numricos, codificar, comprimir, producir bytes de 8 bits y ensamblarlos en datagramas para que sean transmitidos por la red de datos.

La velocidad nominal a que el CODEC entrega los datagramas en su salida es uno de los factores determinantes del ancho de banda que se ocupa en la red de datos para transmitir los datagramas.

Con el fin de ahorrar ancho de banda, los CODEC usados en telefona realizan tambin compresin. En este caso una forma de comprimir es no transmitir las pausas o silencios que representan entre el 50% y 60% de la conversacin telefnica. Hay docenas de CODEC disponibles, cada uno con sus propias caractersticas.

CODECS USADOS EN TELEFONA

VoIP comprende muchos estndares y protocolos, los siguientes son algunos de ellos: - H.323: es una recomendacin ITU que define los Sistemas de Comunicaciones Multimedia basados en paquetes. En otras palabras, H.323 define una arquitectura distribuida para crear aplicaciones multimedia, incluyendo VoIP.

- H.248: es una recomendacin ITU que define el protocolo de Control Gateway. H.248 es el resultado de una colaboracin conjunta entre la ITU y la IETF. Es tambin referido como IETF RFC 2885 (MEGACO), el cual define una arquitectura centralizada para crear aplicaciones multimedia, incluyendo VoIP.

- MEGACO, tambin conocido como la IETF RFC 2885 y recomendacin ITU H.248, define una arquitectura centralizada para crear aplicaciones multimedia, incluyendo VoIP.

- MGCP, tambin conocido como la IETF 2705, define una arquitectura centralizada para crear aplicaciones multimedia, incluyendo VoIP.

- El Protocolo de Transporte en Tiempo Real (RTP), tambin conocido como la IETF RFC 1889, define un protocolo de transporte para aplicaciones en tiempo real. Especficamente, RTP provee el transporte para llevar la porcin audio/media de la comunicacin VoIP. RTP es usado por todos los protocolos de sealizacin VoIP.

- SIP: tambin conocido como la IETF RFC 2543, define una arquitectura distribuida para crear aplicaciones multimedia, incluyendo VoIP.

PROTOCOLOS VoIP

Para que una red VoIP funcione satisfactoriamente, el trafico de voz debe tener prioridad sobre el trafico de datos cuando atraviese su camino desde un extremo de la red a otro.

El trafico de voz no exige mucho ancho de banda (VoIP usa muy poco ancho de banda comparado con las aplicaciones de datos) en lugar de ello requiere muy poco retardo. A diferencia de los datos, el tiempo que toma un paquete de voz de un extremo de la red a otro es sumamente importante.

QoS no es en si una herramienta, mas bien, es una categora de muchas herramientas con el objetivo de brindarnos un control completo sobre el trafico que atraviesa nuestra red. Pueden haber momentos que usemos solo una herramienta de QoS apuntando a la disminucin del retardo del trafico. Otras veces, podremos emplear mltiples herramientas de QoS para controlar el retardo, reservar ancho de banda y comprimir los datos que viajan sobre la red. Cmo y cundo usted usa cada tipo de QoS depende de las necesidades de la red, de su trafico y caractersticas (como ancho de banda, retardo, etc) de la red que soporta el trafico.

CALIDAD DE SERVICIO (QoS)

Antes de que usted pueda desplegar QoS satisfactoriamente, usted tiene que conocer contra quien lucha. Los siguientes son los tres enemigos de su trafico VoIP:

-Carencia de ancho de banda: Mltiples flujos de trfico de voz y datos compiten por una cantidad

limitada de ancho de banda. -Retardo: El tiempo que toma un paquete en moverse del punto de partida al destino final; el retardo

viene en tres formas: Retardo fijo: Valores de retardo que no podemos cambiar; por ejemplo, este toma una cierta

cantidad de tiempo para que un paquete viaja distancias geogrficas especificas. Retardo variable: Valores de retardo que podemos cambiar; por ejemplo, la cola de retardo

(tiempo que espera un paquete en la cola de interfaz de un router) es variable porque esto depende de cuantos paquetes estn actualmente en cola. Podemos cambiar el retardo de cola moviendo selectivamente los paquetes de voz delante de los paquetes de datos (Priorizacin).

Jitter (Variaciones de retardo): Jitter describe paquetes que tienen diferentes cantidades de retardo entre ellos; por ejemplo, el primer paquete de voz de una conversacin tomara 100ms para alcanzar un destino mientras que el segundo paquete de voz tomara 110ms. Esto es 10ms de variacin de retardo (jitter) entre estos paquetes.

-Perdida de paquetes: Perdida de paquetes debido a una conexin de red saturada no fiable.

CALIDAD DE SERVICIO (QoS)

A diferencia del trafico de datos, el trafico de voz es muy estable. Mientras que el trafico de datos puede aumentar considerablemente si descargamos desde web o iniciamos una transferencia de archivos, el trafico de voz permanece con un valor constante para cada llamada de entrada y salida de la red. La actual cantidad de ancho de banda requerido para la voz depende mucho del codec que utilizamos. Adems de las exigencias de ancho de banda, el trafico de voz tiene las siguientes exigencias adicionales de una sola direccin:

-Retardo extremo a extremo: 150 ms menos. -Jitter: 30 ms menos. -Perdida de paquete: 1% menos. El trfico de video tiene exigencias de retardo idnticas a la voz, pero consume bastante mas ancho

de banda. Adems, el ancho de banda puede variar dependiendo de cuantos movimientos hay en el video (muchos movimientos incrementan considerablemente el ancho de banda requerido para el video).

REQUISITOS DE RED PARA LA VOZ Y VIDEO