Voz sobre IP

Factores que afectan la Calidad de Voz Las ventajas de la reducción de costos y el ahorro de ancho de banda en las redes de paquetes de voz se asocian con algunos factores de calidad de servicio (QoS) que corresponden solo a las redes de paquetes. Diseñando una red VoIP, es importante considerar todos los factores que afectaran la calidad de voz. Se presenta un resumen de los factores más importantes. Antes de que la voz sea transmitida sobre una red IP, primero debe ser digitalizada. Los códigos estándares comunes (CODEC) son listados en la figura

Hay una correlación general entre la calidad de voz y la velocidad de datos: la velocidad de datos más alta, la calidad de voz más alto.

Factores que afectan a VoIP Ancho de banda Codecs. Perdida de paquetes Retraso Variación de retraso MOS

Anchos de banda El ancho de banda es la velocidad de transmisión que se posee para enviar los paquetes de voz a través de la internet.

Al exceder el ancho de banda proporcionado, los paquetes de voz se perderán y la comunicación se degradará.

Pérdida de paquetes Los paquetes de voz deben de atravesar una red IP, que no ofrece las garantías de que los paquetes sean entregados 100% en su totalidad, lo cual ocasiona la pérdida de paquetes.

Los diferentes codes utilizados y en especial los mas comunes puedes predecir los paquetes perdidos y remplazarlos, de esta manera no nos damos cuenta de que falto un paquete. Pero cuando esta perdida es superior al 5%, ninguno de los codes implementados ampliamente puede predecir el valor del paquete perdido y se notara en la voz que este paquete hace falta.

COMPENSACIÓN DE PERDIDA DE PAQUETES La pérdida de paquetes puede ser un problema aún mayor dependiendo del tipo de red de paquetes que esté siendo usada. Ya que la red IP no garantiza el servicio, usualmente tiene mayor pérdida de paquetes que las redes ATM. En redes IP actuales, todos los marcos de voz son tratados como datos. Bajo congestión, los marcos de voz serán descartados al igual que los de datos, estos últimos sin embargo no son sensibles al tiempo, y los paquetes descartados pueden ser recuperados con la retransmisión, mientras que los paquetes de voz no pueden ser tratados de esta manera. Algunas de las formas para corregir la pérdida de paquetes de voz son:

Retraso El retraso en las redes de ToIP (La Telefonía sobre IP), es otro factor a tomar en cuenta, ya que para efectos generales es una problemática que en toda red de datos se debe de resolver. Este puede ser ocasionado por los siguientes factores: Debido a componentes Debido a la señalización Debido a la propagación Debido a los algoritmos Debido a la paquetización

El retraso influye directamente en la calidad de la voz ocasionando efectos auditivos como ECO y traslape de información.

El retardo causa dos problemas: eco y traslape del habla El retardo causa dos problemas: eco y traslape del habla. El eco es causado por las señales reflejadas por el equipo telefónico del extremo distante que regresan al oído del hablante. El eco llega a ser un problema significativo cuando el retardo del viaje redondo llega a ser mas de 50 milisegundos. A medida que el eco se incremente, los sistemas de paquetes se ven en la necesidad de utilizar controles como la cancelación de eco. El traslape del habla (cuando dos personas hablan casi al mismo tiempo) es significativo si el retardo en una sola vía es mayor de 250 milisegundos. Por lo tanto el retardo completo llega a ser mayor.

Jitter.- Es la variación en el retardo de los paquetes recibidos, ya que aun garantizando el emitir los paquetes con una taza fija, al llegar al destino esa taza habrá variado debido a efectos externos y del medio.

La manera en que se maneja el jitter es a través de un buffer que almacena los paquetes temporalmente de tal manera que el compensa la variación en los paquetes de llegada, pero este mismo efecto puede aumentar el retraso.

Es la variación de tiempo entre los paquetes causada por la red. Remover el jitter requiere la recolección de paquetes y retención de estos el tiempo suficiente para que el paquete mas lento llegue a tiempo para ser interpretado en la secuencia correcta. El conflicto que se produce al querer mezclar el retardo con la supresión del jitter, ha generado varios esquemas para adaptar el tamaño del buffer de jitter a los requerimientos de variaciones de tiempo de la red. Esta adaptación tiene la meta explícita de minimizar el tamaño y retardo del buffer de jitter mientras que al mismo tiempo previene el sobreflujo del buffer causado por el jitter. Se han hecho dos aproximaciones para adaptar el tamaño del buffer, la selección de la aproximación depende del tipo de red de paquetes usada.

La primera aproximación es medir la variación del nivel de paquetes en el buffer de jitter en un periodo de tiempo e incrementalmente adaptar el tamaño del buffer para que coincida con el jitter calculado. Esto funciona mejor con redes que tienen jitter constante en un periodo de tiempo, como las redes ATM (Modo de Transferencia Asíncrona) La segunda aproximación es contar el número de paquetes que llegan tarde y crear una relación de estos paquetes al numero de paquetes que son procesados exitosamente. Esta relación es usada para ajustar el buffer de jitter a una relación permisible de paquetes tardíos predeterminada. Esto funciona mejor con redes que tengan intervalos de arribo de paquetes altamente variable, como las redes IP.

Retardo Algorítmico Este es el retardo introducido por el CODEC y es inherente en el algoritmo de codificación. La siguiente tabla de la figura resume los retardos algorítmicos de códigos comunes.

Los algoritmos de compresión usados en los Codec’s analizan un bloque de muestras PCM entregadas por el codificador de voz (voice codec). Estos bloques tienen una longitud variable que depende del codificador, por ejemplo el tamaño básico de un bloque del algoritmo g.729 es 10 ms, mientras que el tamaño básico de un bloque del algoritmo g.723.1 es 30ms. Se muestra un ejemplo de cómo funciona el sistema de compresión g.729 en la siguiente figura La cadena de voz análoga es digitalizada en muestras PCM, y así mismo entregadas al algoritmo de compresión en intervalos de 10 ms

Retardo de Paquetización Es el tiempo para llenar un paquete de información (carga útil), de la conversación ya codificada y comprimida. Este retardo es función del tamaño de bloque requerido por el codificador de voz y el número de bloques de una sola trama. En RTP, las muestras de voz con frecuencia son acumuladas antes de ponerlo en una trama para trasmisión para reducir la cantidad de cabeceras (overhead). La RFC 1890 especifica que el retardo de paquetización por defecto debiera ser de 20 ms. Para G.711, esto significa que 160 muestras serán acumuladas y entonces transmitidas en una sola trama. En el otro caso, G.723.1 genera una trama de voz cada 30 ms y cada trama de voz es usualmente transmitida como un simple paquete RTP. Los retardos de paquetización mas comunes se muestran el la figura

Cuando cada muestra de voz experimenta, ambos retardos, retardo algorítmico y retardo por paquetización, en realidad los efectos se superponen como se muestra en la figura siguiente

Retardo de Serialización Es el tiempo requerido para transmitir un paquete IP, es decir esta relacionado directamente con la tasa del reloj de la transmisión. Por ejemplo, si G.711 es usado y el periodo de paquetización es 20 ms, es decir hay 160 bytes de carga útil en RTP, entonces el tamaño de la trama completa será de 206 bytes asumiendo encapsulación PPP. Para transmitir la trama, requerirá 1.1 ms en una línea T1, 3.2 ms a 512 Kbps, 25.8 ms a 64 Kbps. Además, el retardo de Serialización se presenta cuando los paquetes pasan a través de otro dispositivo de almacenamiento y retransmisión tales como un Router o un Switch. Así, una trama que atraviesa 10 Routers incurrirá en este retardo 10 veces. Los retardos de Serialización para diferentes tamaños de tramas, se muestra en la figura

Retardo de Propagación Es el tiempo requerido por la señal óptica o eléctrica para viajar a través a lo largo de un medio de transmisión y es una función de la distancia geográfica. La velocidad de propagación en el cable es aproximadamente de 4 a 6 ms/Km. Para transmisión satelital, el retardo es 110 ms para un satélite con altitud de 14000 km y 260 ms para un satélite con altitud de 36000 km.

Retardo de Componente Estos retardos son causados por varios componentes dentro del sistema de transmisión. Por ejemplo, una trama que esta pasando a través de un Router tiene que moverlo desde el puerto de entrada al puerto de salida a través del backplane. Hay algun retardo minimo a la velocidad del backplane y algunos retardos variables debido al encolamiento y procesamiento en el router.

En general, las fuentes del retardo se clasifican en dos tipos: retardo fijo que se adiciona directamente al total del retardo de la conexión y retardo variable que se adiciona por demoras en las colas de los buffer. A continuación, en la figura Nº 3-08 se identifican todos los posibles retardos fijos y variables en una red.

Entonces la cancelacion de eco es siempre es requerido. El primer deterioro causado por el retardo es el efecto de ECO. El Eco puede presentarse en una red de voz debido al pobre acoplamiento entre el dispositivo de escucha (earpiece) y el dispositivo de habla (mouthpiece) en el microtelefono. Este es conocido como eco acustico. Tambien puede presentarse cuando parte de la energia electrica es reflejada al abonado llamante por el circuito hibrido en la PSTN. Esto es conocido como Eco hibrido. Cuando el retardo de extremo a extremo de una via es corto, cualquier eco que es generado por el circuito de voz regresara al abonado llamante muy rapidamente y no sera percibido. De hecho, la cancelacion de eco no es necesario si el retardo de una via es menor que 25 ms. En otras palabras, si el eco regresa dentro de los 50 ms, no sera percibido. Sin embargo, el retardo de una via en una red VoIP casi siempre excedera los 25 ms. Entonces la cancelacion de eco es siempre es requerido.

MOS El MOS es el puntaje medio de opinión que se percibe del lado del receptor. Es una medida numérica con la que se califica la calidad del servicio de ToIP. Engloba todos los factores que afectan la calidad de las llamadas de una manera numérica entre 0 y 5.

Soluciones sugeridas Ante la variedad de factores que pueden influir sobre la calidad de las llamadas en ToIP se pueden tomar medidas preventivas y correctivas para poder garantizar la calidad en las llamadas. A continuación se presentan algunas soluciones que pueden mejorar la calidad de las llamadas:

Soluciones sugeridas Balanceo de cargas.- El balaceo de carga ayuda notablemente a garantizar anchos de banda y ofrecer la capacidad requerida con dos o más enlaces a Internet.

Soluciones sugeridas Mediante el balanceo de cargas el ancho de banda total se incrementa evitando pérdidas de paquetes en la red.

Soluciones sugeridas Empleo de hardware adecuado en la LAN.- Mediante esta recomendación se intenta evitar colisiones y pérdidas de paquetes dentro de la red local, mediante dispositivos inteligentes y capaces de diferenciar tráfico.

Soluciones sugeridas Se recomienda emplear switches en vez de simples repetidores.