Ing. Oscar Carriles Eolix Technologies SRL Dpto. Ingeniería ocarriles@eolos.la

1. Tecnología VoIP Material de Capacitación Técnico Ing. Oscar Carriles Eolix Technologies SRL Dpto. Ingeniería ocarriles@eolos.la

2. Agenda • ¿Qué es VoIP? • Digitalización y transmisión. • Elementos • Interconexión. • Ventajas: Costes, utilización de recursos, Servicios VAS, Mantenimiento, Movilidad.

3. VoIP • Es un conjunto de tecnologías desarrolladas para transmitir la voz sobre una red IP.

4. Digitalización de la voz • Convertir la señal analógica que produce la voz en una señal digital, de tal forma que pueda ser manipulada en una red digital como Internet.

5. Digitalización • ¿En qué consiste el proceso de digitalización de la voz? • Tomar una muestra de la voz. • Cuantificarla. • Convertir el valor a un número binario.

6. Muestreo

7. Elementos que intervienen Teléfono IP Teléfono USB Softphone IP ATA

8. Interconexión

9. Ventajas en costes • Libertad de decisión respecto del proveedor de terminación. • Posibilidad de establecer políticas de LCR (least cost routing). • Permite establecer tramos de transmisión no tarifada. • Abonados locales costo cero.

10. Ventajas adicionales • Valor agregado dinámico. • Enlaces no dedicados (mejor utilización de recursos) • Compactación de la voz (hasta 1/8 de los recursos dedicados respecto de una canal de 64kbps).

11. VAS • Servicios de valor agregado: • Aplicaciones de voz con acceso a datos • Aplicaciones de datos con acceso a voz.

12. Digitalización de la Voz Material de Capacitación Técnico Ing. Oscar Carriles Eolix Technologies SRL Dpto. Ingeniería ocarriles@eolos.la

13. El sonido • El sonido es el efecto producido por las variaciones de la presión de aire. • Un micrófono capta esas variaciones y las convierte en señales eléctricas. • La amplitud de éstas señales es proporcional a dicha presión. • Estas señales varían en forma continua: Son analógicas.

14. La digitalización • Internet (IP) maneja señales digitales binarias. • No varían en forma continua como el sonido (discreta en 0 o 1). • Digitalizar es convertir la señal analógica a digital. • El proceso inverso también es necesario para poder reconstruir la voz en destino.

15. Codificación • En la actualidad el proceso de digitalización es complementado por la codificación. • No solo se toman muestras periódicas y se convierten sus amplitudes a valores binarios. • También se codifica para disminuir el ancho de banda utilizado.

16. CODEC • Codificación/Decodificación. • Cada técnica de codificación tiene su correspondiente técnica de decodificación. • El modelo G.711 es el tradicional de la telefonía digital desde 1972 establecido por el ITU. • El modelo G.729 es mas moderno y utiliza menos ancho de banda.

17. Naturaleza del habla • El oído percibe sonidos con frecuencias entre 20 y 20.000 Hz. • La voz humana genera sonidos con frecuencias entre 40 y 10.000 Hz. • Ensayos de laboratorio determinaron que puede conseguirse el 100% de inteligibilidad retransmitiendo solo las frecuencias menores a 5.000 Hz.

18. Telefonía y voz • La telefonía tradicional admite cierta pérdida de inteligibilidad: 300 a 3.400Hz. • La telefonóa digital amplio el máximo a 4.000 Hz.

19. Medición de calidadde la voz • No se habla de fidelidad de sonido sino de inteligibilidad, ponderando 3 parámetros: • Calidad de audición. • Calidad de conversación. • Calidad de transmisión. • Métodos: MOS, PSQM,PAMS.

20. Método MOS (Mean Opinion Score) • Valoración subjetiva. • Escala • 1-Mala, Distorsión muy molesta • 2-Pobre, Distorsión molesta. • 3-Regular, Distorsión perceptible • 4-Buena, Distorsión perceptible, no molesta. • 5-Excelente. Sin distorsión.

21. Método PSQM(Perceptual Speech Quality Measurement) • Método objetivo. • Se compara la señal de origen con la señal de destino ponderándola electrónicamente. • Escala • 0 equivale a MOS 5. • 6,5 equivale a MOS 1.

22. Retos de la transmisión de voz • IP no fue diseñada para soportar intercambio en tiempo real (voz, video). • IP fue diseñada para intercambiar datos (no debe perderse ni un solo bit!). • IP es extremadamente tolerante con el retardo. • La voz es muy sensible al retardo. • La voz admite una perdida del 5%.

23. Retardo de ida yvuelta • RTD (Round Trip Delay). Es el tiempo necesario para que un interlocutor escuche la respuesta a su mensaje. • Voz por satélite: la señal tarda 120ms para recorrer el tramo tierra-satélite. • Debe volver (otros 120ms) y recorrer el tramo terrestre: entre 250 y 300ms de extremo a extremo. • Puede llegar a tomar hasta 500-600ms (muy, pero muy molesto!). • El ITU establece un tope de 300ms para las comunicaciones telefónicas.

24. Fluctuación de retardo • Tan importante como el retardo, es que éste sea constante. • Con retardo constante las partes se adaptan a él. • Se la denomina comunmente: Jitter.

25. Fluctuación de retardo • Jitter buffer: Memoria intermedia para garantizar retardo constante. • No importa en las comunicaciones de datos (Si un mail tarda 3 seg. o 3 min. en llegar). • Causas: Enrutamiento variable, Ocupación variable.

26. Pérdida de paquetes • En las redes de datos, se retransmiten los paquetes perdidos (mucho mas tiempo!). • En las comunicaciones de voz es preferible obviar la retransmisión y tratar de reconstruir la señal final.

27. Técnicas de codificación

28. Técnicas de codificación • Existen 3: • De forma de onda • Vocoder o de señal de origen • Híbridos

29. CODEC de forma de onda • Toman la señal analógica, la parten en pedazos (muestras) y cuantifican cada muestra (amplitud). En destino hacen el proceso inverso. • El tiempo entre muestra y muestra debe ser tal que no ocurra nada impredecible entre ellas. • En 1928, Harry Nyquist establece que deben tomarse las muestras al doble de la frecuencia máxima de la señal original (Teorema de Shannon/Nyquist).

30. Ejemplo Práctico • Se retransmite una señal analógica a un máximo de 4.000Hz. • Según Nyquist se deben tomar 8.000 muestras por segundo= 1 muestra cada 0,125 ms.

31. Cuantificando • El dilema es cuantos bits utilizar para tratar de representar la muestra. • Si usamos 2 bits necesitamos 16Kbps • (2x8.000 mps.) y perdemos mucho!!! • Cuantos mas bits se utilicen, mas fidelidad obtendré entre la señal original y la de destino (y mayor ancho de banda insumirá transmitirla!).

32. Cuantificación linealvs. logarítmica • Si le doy mas valores a los niveles bajos y menos a los altos mejoro la cuantificación en términos de peso (menos bits). • Las redes telefónicas utilizan la recomendación G.711 desde 1972, 64Kbps (8bits x 8.000 muestras).

33. Vocoder • Analizan la señal de la voz para detectar los parámetros que la definen (no cuantificar). • Se transmiten solo los parámetros. • Se resintetiza la señal en destino. • Voz robótica, solo de uso militar en la 2da guerra.

34. G.711 PCM

35. G.711 PCM • Alec Reeves, definio esta forma de codificar en 1937 (Pulse Code Modulation). • La ITU lo normaliza en 1972, es el mas utilizado hoy en día en la redes telefónicas. • Es un codec de forma de onda con muestreo de 8.000Hz y 8 bits (64Kbps por canal). • Ley mu en EE.UU • Ley A en Europa y resto del mundo.

36. PCM Diferencial • Se cuantifica solo la diferencia entre una muestra y la siguiente. • Se lo llama DPCM. • Es de forma de onda.

37. PCM Adaptativo • Se puede ir prediciendo y adaptando según un modelo matemático. • Se lo llama ADPCM (G.721/G.726 16-40Kbps).

38. CODEC CODEC es un algoritmo de software utilizado para comprimir y descomprimir la voz o señales de audio. Su complejidad afectara el uso del ancho de banda y la calidad del audio.

39. Transporte en Tiempo Real

40. RTP Real Time Protocol El protocolo real-time transport (RTP) provee servicios de delivery end-to-end para data con caracteristicas de tiempo real, como audio y video interactivo o simulacion de data, sobre servicios de red multicast o unicast. Las aplicaciones tipicamente corren RTP sobre UDP para hacer uso de sus servicios de multiplexing y checksum services; ambos protocolos contribuyen en partes a las funcionalidades de protocolo de transporte.

41. RTP Real Time Protocol (cont.) RTP en si mismo no provee ningun mecanismo para asegurar despacho en tiempo o proveer cualquier otra garantia de quality-of-service, pero confia en los servicios de capas inferiores para hacerlo. No garantiza delivery o previene out-of-order delivery, tampoco asume que la red subyacente es confiable y despacha paquetes en sequencia. Los numeros de sequencia incluidos en RTP permiten al receptor reconstruir la sequencia de paquetes del transmisor.

42. RTP Real Time Protocol (cont.) • RTP consiste en dos partes intimamente unidas: • El Real-Time Transport Protocol (RTP), para transportar datos que tienen propiedades de tiempo real. • El RTP control protocol (RTCP), para monitorear la calidad de servicio y para reunir informacion sobre los participantes en una sesion abierta

43. Formato RTP

44. H323

45. Definicion de H323 H.323, es una suite de protocolos definida por la ITU-T, para la transmision de voz sobre redes (Voice over IP or VoIP). En adición a las aplicaciones de voz, H.323 provee mecanismos para la comunicación por video y la colaboracion de datos, en combinacion con la ITU-T T.120 series standards. H.323 es uno de los mayores standards de VoIP, como SIP o Megaco.

46. Definicion de H323 H.323 es una especificacion “paraguas”, porque incluye a varios otros standards de la ITU. Los componentes bajo la arquitectura H.323 son: Terminal Gateway Gatekeeper Multipoint control unit (MCUs)

47. Definiciones H323: Terminales Las terminales representan los dispositivos finales de cada conexion. Proveen comunicacion de tiempo real de dos vias con otra terminal H.323 , GW o MCU. La comunicacion consiste en voz, voz y datos, voz y video, o una combinacion de voz, datos y video.

48. Definiciones H323: Gateways Los Gateways establecen la conexion entre las terminales en la red H.323 y con las terminales que pertenecen a redes con un stack de protocolos diferente como la red PSTN tradicional o end points SIP.

49. Gatekeepers Los Gatekeepers son responsables de traducir numeros de telefono en direcciones IP. Tambien controlan el ancho de banda y proveen un mecanismo para la registracion y autenticacion de terminales. Los Gatekeeper tambien proveen servicios como call transfer, call forwarding, etc.

50. Control de Señalización • H.225 : son los mensajes de control de señalización de llamada que permiten establecer la conexión y desconexión. Este protocolo describe como funciona el protocolo RAS y Q.931, H.225 define como identificar cada tipo de codificador y discute algunos conflictos y redundancias entre RTCP y H.245.