Voz sobre IP - Aspectos regulatorios, tecnólogicos y de mercado

La Internet y los protocolos de comunicación basados en IP nacen por necesidades de comunicación de sistemas de cómputo donde, en principio, eran tolerables parámetros amplios en muchas de la variables en cuanto a la naturaleza misma de las aplicaciones que sobre estos sistemas se ejecutaban.

Parámetros como el retardo y la variación en la cadencia de transmisión (conocida como jitter), los cuales es fundamental controlar al detalle para servicios de voz, no eran críticos en las aplicaciones de datos del momento.

Lo anterior llevó a un desarrollo natural de las redes basadas en IP donde, en principio, no se consideraron, en la estructura básica de su diseño original, parámetros que permitieran un adecuado control extremo a extremo de todas las variables que exige una comunicación en tiempo real, como es el caso de los servicios telefónicos.

La construcción de facilidades adicionales sobre la base existente, las tecnologías alternas que se han aplicado y los desarrollos posteriores realizados sobre IP, finalmente permitieron resolver, sobre estas redes, en forma práctica, el problema tecnológico de la convergencia .

Descripción general del problema de la transmisión de voz y conceptos técnicos generales

Los sistemas tradicionales de telefonía, que cuentan con una historia de más de 100 años, han tenido una evolución paulatina, desde sistemas con conmutaciones manuales a través de operadoras humanas, pasando por sistemas electromecánicos, sistemas electrónicos análogos y finalmente sistemas digitales, para derivar finalmente en sistemas convergentes o sistemas de softswitch donde realmente tiene su plena aplicación el protocolo IP.

En todos ellos, se ha pretendido resolver diversos problemas que se presentan en el proceso de transmisión de cualquier tipo de información en un sistema de redes, y en particular para la transmisión a distancia de la voz humana, los cuales podemos resumir en cuatro aspectos fundamentales en toda red de telecomunicaciones:

Conmutación, Multiplexación, Señalización y Enrutamiento

En cuanto al por que de la necesidad de resolver estos problemas, ellos nacen del paso de una comunicación punto a punto a una multipunto a multipunto, al configurar redes con acceso universal, donde cualquier abonado de estas debe poder alcanzar a cualquier otro abonado. Podemos entonces decir que las redes de comunicaciones, en general, han de proveer la infraestructura que transporta la información, de cualquier naturaleza, entre puntos remotos. Cabe aquí recordar la definición de telecomunicación presente en las recomendaciones de la UIT: Recomendación B.13. “Toda transmisión, emisión o recepción de signos, señales, escritos, imágenes, sonidos o informaciones de cualquier naturaleza por hilo, radioelectricidad, medios ópticos u otros sistemas electromagnéticos” En ella son claros tres elementos: El proceso ejecutado, esto es la emisión, transmisión y recepción. La existencia de un canal: medio, elemento o sistema, y finalmente lo transportado: esto es información de cualquier naturaleza.

De este concepto se deriva un problema fundamental y es el de la búsqueda de la eficiencia económica, en una adecuada relación costo beneficio, que permita llevar el servicio a mas abonados, estando el valor de una red de telecomunicaciones íntimamente relacionada con el número de usuarios conectados a la misma , es deseable entonces poder extender el servicio a la mayor cantidad de usuarios, ello implica que en la medida de lo posible, los elementos propios de cada etapa de una telecomunicación deben ser diseñados buscando eficiencias y economías de escala, siendo por tanto deseable el compartir los canales de comunicación entre varios usuarios (proceso de conmutación), habilitando dichos canales sobre un medio determinado común (Proceso de multiplexación), asegurando una adecuado control del proceso (Señalización), y buscando en la red la ruta mas eficiente técnica y económicamente (Enrutamiento), siendo ellas las principales funciones que encontraremos en cualquier red de telecomunicaciones. A propósito existe la llamada “ley de Metcalfe”, nombre tomado en honor de Bob Metcalfe, inventor de la Ethernet, la cual indica que el valor de una red se incrementa geométricamente con el número de usuarios de la misma.

Comparativo de servicios de transmisión de datos con respecto a tecnologías tradicionales de conmutación de voz

En contraste a las redes tradicionales de voz, el mundo de los sistemas de cómputo, que comenzó un vertiginoso desarrollo con el advenimiento de la microelectrónica y los sistemas digitales, planteó en algún momento la necesidad de que dichos sistemas pudiesen compartir información e interactuar, dando origen con ello a la necesidad de establecer mecanismos de comunicación para sistemas de cómputo.

Estos sistemas, en su nacimiento, tenían unos requerimientos de comunicación que planteaban unos retos bastante distintos a aquellos de la comunicación de voz, entre otros los siguientes:

1. Menor probabilidad de error en la transmisión.
2. Baja sensibilidad al retardo
3. Baja sensibilidad al Jitter
4. Posibilidad de fraccionar la información
5. Comportamiento del tráfico en ráfagas
6. Comunicaciones no necesariamente orientadas a la conexión
7. Posibilidad de envío de información de varias fuentes en un único canal
8. Esquemas de comunicación multipunto a multipunto
9. Posibilidad de enrutamiento dinámico
10. Búsqueda de la eficiencia en costos de comunicación

Sobre este primer artículo se plantean las siguientes conclusiones:

• Toda red de telecomunicaciones debe cubrir las funciones básicas de conmutación, multiplexación de los canales, señalización y enrutamiento.
• Los servicios de voz tradicionales evolucionaron en las redes telefónicas desde tecnologías mecánicas y electromecánicas con transmisión análogas a redes con equipos conmutadores electrónicos análogos y finalmente con redes digitales de conmutación de circuitos.
• El proceso de digitalización de la voz abrió el camino para el desarrollo paulatino de redes multiservicio basadas en estándares digitales.
• Las redes de datos, que nacen y evolucionan en la segunda mitad del siglo XX, plantean una base que si bien es diseñada en principio para ambientes transaccionales y transferencias de archivos en batch (Procesos masivos en tiempo no real.), mejoran y evolucionan hacia redes con capacidades multiservicio donde es factible enviar contenidos de voz en tiempo real.
• Los principales problemas a resolver en las redes de datos para servicios de voz que convergen sobre ellas son los de pérdida de paquetes de información, retardos en la transmisión y el jitter o cambio de cadencia en el tren de información.
• Entre las técnicas aplicadas para resolver estos problemas encontramos el desarrollo de protocolos y mecanismos de reserva de ancho de banda en redes de paquetes, la compresión de la voz, la supresión de silencios en la transmisión y el manejo de buffers y colas especializadas que permiten dar prioridad al tráfico de voz sobre el de datos, así como regenerar la señal sin efectos de jitter. Adicionalmente, la pérdida de paquetes en la transmisión de voz por congestión, errores o retardo extremo, se suple mediante el uso de algoritmos predictivos y de intra y extrapolación de señales.
• Dentro del desarrollo paulatino de redes de datos encontramos entre los protocolos más importantes el X.25, el Frame relay, el ATM y finalmente la familia de protocolos IP.
• En cuanto al tema de manejo de voz, TDM mantiene un retardo y tasa de error bajo pero una baja eficiencia en el uso de los medios; Frame Relay y ATM mejoran el tema de eficiencia, introduciendo el la primera algo de retardo en la voz.
• IP por su parte introduce retardos y genera una mayor probabilidad de error en la transmisión, pero es el protocolo de mayor difusión y alcance.
• La familia de protocolos IP incluye no solo el protocolo base IP, si no diversos protocolos para control de la comunicación como TCP y UDP, protocolos de enrutamiento como RIP, OSPF y BGP, Protocolos y mecanismos de reserva de calidad de servicio como RSVP y MPLS, y protocolos especializados para aplicaciones particulares, dentro de los cuales se encuentran los aplicables a servicios VoIP como SIP, aquellos bajo el estándar H.323 y MEGACO.
• La base del manejo de redes IP son los enrutadores, elementos de conmutación con un alto grado de versatilidad y capacidad de procesamiento que son el corazón de las redes IP y de la Internet.
• Los protocolos de reserva de calidad de servicio y ancho de banda es común encontrarlos en redes IP cerradas de operadores o empresas particulares, por otro lado, en la Internet no es tan común su uso, luego la VoIP en la red de Internet está aún sujeta a la regla del “mejor esfuerzo”, sin embrago, en la medida en que el ancho de banda disponible aumenta, se reduce su costo y se masifican los accesos de banda ancha, se hace menos impactante el efecto de la congestión y se aumenta la probabilidad de manejar en todo momento un servicio de calidad.
• Las ventajas que aún mantienen las redes tradicionales de voz se refieren principalmente a la prerreserva de ancho de banda que permite un manejo predecible de parámetros como retardo, jitter y congestión de la red durante el curso de la llamada; eliminando o minimizando sus efectos nocivos.
• Por su parte las redes de voz basadas en IP si bien tienen como desventaja el manejo aún deficiente de los parámetros de calidad citados, permiten un uso más eficiente de canales de comunicación en un ambiente de convergencia, la separación del proveedor del acceso mismo de la del proveedor de servicios y la integración de estos en aplicaciones multimedia.
• Se anexa a continuación algunas consideraciones en cuanto parámetros de calidad más relevantes a ser tenidos en cuenta en servicios de Voz sobre IP tomados de la Tabla 3 : “Parámetros de Calidad en Telefonía IP” del numeral 3.1 del documento “Carpeta Técnica: Estructura del estudio sobre características de la voz basadas en redes que usan IP” de la CITEL, la cual a su vez toma como fuente al Gartner Group, Inc

 

Información adicional: Glosario: "Latencia: La latencia afecta el ritmo de la conversación (se refiere al retardo entre el tiempo en que una de las partes habla y el tiempo en que la otra parte escucha lo hablado), y constituye el resultado de retardos en la pasarela o en la red. Una latencia que excede 250 ms se vuelve molestosa para una conversación normal. Pérdida de Paquetes: Este tema tiene relación con la Telefonía de Internet que se da el Internet público más que aquella que se produce en las redes privadas. La pérdida de paquetes ocurre cuando los routers que encaminan los paquetes sobre la red IP se sobrecargan. La respuesta de un router es la de desechar intermitentemente algunos paquetes. Es poco probable que en una conversación de voz aceptable se noten pérdidas de paquetes menores al cinco por ciento. Cualquier pérdida de paquetes que excedan el cinco por ciento tiene probabilidades de resultar en conversaciones entrecortadas. Interpolación: Se refiere a qué tan bien (con qué grado de fidelidad) armoniza la voz transmitida con la voz natural de la persona que habla. Inestabilidad (jitter): La inestabilidad resulta cuando una conversación telefónica es descompuesta en paquetes que viajan luego a través de las redes IP posiblemente a velocidades diferentes. Cuando los paquetes llegan a diferentes velocidades, el usuario escucha un poco de conversación seguida de silencio hasta que arriba el siguiente paquete. Compresión: Hay una interacción entre la compresión y la calidad. Mientras más se comprime la señal de voz en el codec, menor es la calidad. Es posible comprimir la señal de voz de los 64 Kbps convencionales a tasas menores a 10 Kbps.”