TELEFONO IP

 

 

 

 

Un teléfono IP es un dispositivo que transporta voz sobre una red usando paquetes de datos en vez circuito conmutado sobre una red de voz. La telefonía IP se refiere a transferir la voz sobre protocolo Internet (IP) de protocolo TCP/IP

 

Existen otros paquetes estándares para Frame Relay y ATM, pero muchas personas usan el término Voz sobre IP (VoIP) o "Telefonía IP " como significado de voz sobre algún paquete de Red.

 

 

Los teléfonos IP originalmente han existido en forma de un Sw cliente corriendo sobre un PC multimedia para la comunicación de bajo costo PC a PC sobre la Internet. Problemas con la calidad del servicio (QOS) asociados con la Internet y la plataforma PC, en sí resulto ser pobre en la calidad de la voz, excesivo retrazo, y la congestión en la red provoca perdida de paquetes. La QOS proporcionado por la Internet continua mejorando así como la tecnología esta avanzando con enlaces más rápidos, y switchs que evitan la congestión, conexiones de acceso más rápido de los usuarios tales como xDSL, cortes de baja latencia y nuevos protocolos como RSVP y técnicas que dan prioridad a datos sensibles tales como voz y video.

 

Muchos de los esfuerzos sobre VoIP están actualmente centrados en dos aplicaciones claves. La primera es respecto a redes de aplicaciones de negocios privadas. Los negocios que tiene oficinas localizadas remotamente y que están conectadas viía una intranet corporativa para el servicio de datos pueden tomar la ventaja de la Intranet existente para agregar servicio de fax y voz usando tecnología VoIP.

 

 

Los negocios están dirigiendo sus demandas para soluciones VoIP, primeramente porque reducen sus costos de operativos debido a que pueden manejar en una red ambos servicios voz y datos, y evitando los cargos y pagos adicionales, que son particularmente excesivos para corporaciones con sitios multi-internacionales

 

 

La Segunda aplicación clave es VoIP sobre redes públicas. Esta aplicación involucra el uso de dispositivos de voz (gateway) diseñados para llevar en ISP, ahora conocidos Internet Telephony Service Providers (ITSP), o las emergentes nuevas generaciones de carriers tales como Qwest y Level 3, las cuales están desarrollando significativamente Redes IP para llevar tráfico multimedia tales como. Los ISPs están interesados en VoIP como una manera de ofrecer un valor agregado al servicio para incrementar su flujo de ganancias

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

REFERENCIA DE DISEÑO

 

 

La figura siguiente muestra un diagrama de bloques . Un telefono IP consiste de cuatro componentes: Interfaz de Usuario, Interfaz de Voz, Interfaz de Red y Procesador central y lógica asociada

 

 

 

 

 

La interfaz de usuario provee las funciones tradicionales de un teléfono. Lo mínimo consiste de un teclado para el discado de números (0-9, *, #) y un indicador de señal audible para el anuncio de llamadas llegadas para el usuario. Un teléfono más sofisticado prove teclas adicionales, que proporcionan funciones tales como: mute, rediscado, tono de espera, transferencia, conferencia, etc. Una pantalla también es proporcionada para desplegar usuario, numero discado, información de la llamada recibida, etc. En ciertos modelos el teléfono puede estar equipado con una interface serial para permitir comunicación con dispositivos tales como un PDA para permitir sincronización de información de fono, facilidades de discado automático, etc.

 

 

 

 

 

 

 

 

La interfaz de voz provee la conversión de voz análoga a muestras digitales. Las señales de conversación son tomadas a una razón 8 KHz para crear un flujo de datos digitalizado de 64kbps para ser procesado vía pulse code modulation (PCM) codec.

 

 

A interfaz de red permite la transmisión y recepción de paquetes voz desde y hacia el teléfono. Las LAN corporativas frecuentemente usan una Ethernet 10BaseT o 100BaseT corriendo bajo protocolo TCP/IP. El teléfono IP puede ofrecer un secondo conector Ethernet RJ-45 para permitir a un PC poder conectarse.

 

El procesador central ejecuta el procesamiento de voz, el proceso de llamado, el proceso de protocolo y funciones de SW de administración de red. Como muestra la siguiente figura, este consiste de un Procesador de Señal Digital (DSP) para la voz y funciones relativas a una unidad Micro Controladora (MCU) para el resto de las funciones. Para asegurar el upgrade del software el teléfono usa memoria Flash.

 

 

 

 

ARQUITECTURA DEL SO FTWARE

 

La telefóno IP está basado en el estandar ITU H.323 para VoIP. El software consiste de lso siguientes grandes subsistemas: Interfaz de usuario, Procesamiento de Voz, Telephony Signaling Gateway, Protocolos de interfaz de Red, Agente administrador de Red, y servicios del sistema. Estos subsistemas estan descritos abajo.

 

 

 

INTERFAZ DE USUARIO

 

 

El subsistema interfaz de usuario provee los componentes de SW que maneje la interfaz de usuario de un teléfono IP y consiste de los siguientes sub-módulos.

 

 

Controlador de Display

 

Controla el HW que genera los caracteres a desplegar. El dispositivo despliega una simple linea de despliegue con la identificación del llamado o múltiples líneas de despliegue con caracteres gráficos

 

Controlador de Teclado

 

Ejecuta un examen de las teclas presionadas por el usuario.

 

 

Controlador Audible

 

Ejecuta el control del HW que genera el sonido para el usuario.

 

 

Procedimientos de Usuario

 

 

Control la información desplegada por el controlador de display y las teclas presionadas por el usuario, y luego convierte estos en una promitiva para el procesamiento de llamadas.

 

 

 

 

PROCESAMIENTO DE VOZ

 

 

El SW de procesamiento esta compuesto por los siguientes módulos de software

 

 

Interfaz de unidad PCM

 

Recibe muestras de PCM desde la interfaz análoga y luego envia al apropiado módulo de software DSP para el procesamiento. También de muestras PCM procesadas a la interfaz análoga

 

 

Generador de Tono

 

Genera el tono para el llamado en proceso.

 

 

 

 

 

Unidad canceladora de Línea de Eco

 

Performs ITU G.168 compliant echo cancellation on sampled, full-duplex voice port signals.

 

Eco en un teléfono de red es causada por reflexión de señales generadas por un circuito híbrido que convierte un circuito de 4 alambre (pares separadas para transmitir y recibir) y un circuito de dos alambres (un simple par para trasmitir y recibir). Esta reflexión del parlante de voz es escuchada en el parlante de oído. El eco igual esta presente en un convencional circuito conmutado telefónico. Sin embargo esto es aceptable porque el viaje de ida y vuelta de los retardos a través de la red son menores que 50 msec. El eco resulta un problema en voz sobre paquetes de red porque el viaje de ida y vuelta de retrasos son casi siempre mayors que 50 msec. Luego la técnica de cancelación del eco son requeridas. La ITU standard G.168 define requerimientos de rendimiento que son actualmente requeridos por el cancelador de eco.

 

El eco es cancelado hacia el paquete de red desde el teléfono de red. El cancelador de eco compara el dato de voz recibida desde el paquete de red con la voz que comienza a ser trasmitida a el paquete de red.El eco desde el teléfono de red híbrido es removido por un filtro digital sobre la trayectoria de transmisión dentre del paquete de red.

 

 

 

Detector de actividad de voz (VAD)

 

Detecta actividad de voz y actividades de transmisión de paquetes para así optimizar el ancho de banda. Cuando una actividad no es detectada, la salida del encoder puede no ser transportada cruzando la red. Este software también mide las características de ruido de la interfaz y reporta esta información.

 

 

Unidad codificadora de voz

 

Ejecuta el empaquetamiento de 64 kbps de flujo de datos recibidos desde el usuario

.

Existen varios algoritmos de compresión que tienen diferentes características de rendimiento:

 

G.711 PCM que opera a 64 kbps (sin compresión)

G.726 ADPCM que opera a 16, 24, 32 and 40 kbps

G.723.1 que opera at 5.3 or 6.3 kbps

G.729 que opera a 8 kbps.

 

Típicamente los algoritmos de compresión de voz que ejecutan mayor compresión de voz requieren mucha más poder de procesamiento. Esto debe ser notorio en la alta fidelidad de audio, la calidad de los algoritmos de compresión pueden ser usados en teléfonos IP ya que esto no están sujetos a una restricción de 4 KHz de ancho de banda como en PSTN. Esto permite proveer un mejor sonido que un PCM y permitir que la musica sea reproducida con alta fidelidad.

 

 

 

Packet Protocol Encapsulation Unit

 

 

Ejecuta la encapsulación de los paquetes de voz destinados a la interfaz de Red. Para VoIP esta encapsulación es por el protocolo transporte en tiempo real (RTP) que corre directamente sobre el tope de UDP.

 

 

Encriptación de Voz

 

 

Proporciona una encriptación optima de datos de los paquetes de voz antes de ser trasnmitidos a la red (esto asegura la privacidad)

 

 

Unidad de Control

 

Coordina el intercambio de información de monitoreo y control entre el modulo de procesamiento de voz y el modulo de administración de red y señalización de telefonía. Esta información intercambiada datos de configuración, información de señales y reporte de estatus.

 

 

 

 

PUERTA DE SEÑALIZACIÓN TELEFONICA

 

 

El subsistema de puerta de señalización telefónica (TSG) ejecuta las funciones para establecer, mantener, y terminar un llamado. El TSG consiste de los siguientes módulos de software:

 

 

 

Procesamiento de llamadas

 

Ejecuta el estado de procesamiento de la máquina para establecer, mantener y terminar.

 

 

Direcciona traslación y parsing

 

Ejecuta la colección de dígitos y examina cuando un número discado ha sido completado y realiza la disponibilidad del número para direccionar la traslación.

 

 

 

Señalización de la Red

 

Ejecuta las funciones de señalización para establecer, mantener y terminar las llamadas sobre la red IP. Existen dos estándares H.323 y SGCP/MGCP.

 

Protocolos H.323

 

El H.323 es un estándar ITU que describe como la comunicación multimedia ocurre entre usuarios terminales, equipamientos de red y variados servicios sobre redes IP de área local y ancha. Los siguientes estándares son usados sobre VoIP en un teléfono IP:

H.225-Call Signaling Protocols.

 

Realiza la señalización para establecer y terminar las conexiones de llamadas basadas en Q.931.

 

H.245-Control Protocol.

 

Proporciona capacidades de negociación entre dos puntos finales tales como que algoritmos de compresión son usados, solicitudes de conferencias, etc.

RAS-Registration, Admission, and Status (RAS) Protocol.

 

Usados para llevar el registro, admisión, cambios de ancho de banda y mensajes de estado entre dispositivos de teléfono IP y servidores llamados GateKeeper que proporcionan las traslación de direcciones y control de acceso a los dispositivos.

 

RTCP-Real-time Transport Control Protocol (RTCP).

 

Proporciona información estadística para monitorear la calidad del servicio de llamadas de voz

 

 

 

Protocolos SGCP/MGCP

 

Protocolo de control de simple puerta (Simple Gateway Control Protocol SGCP) es un estándar que describe protocolo maestro / esclavo para establecer llamadas de voz sobre IP. El lado del esclavo o cliente reside en una puerta (teléfono IP) y en el lado maestro reside una entidad referida como Agente llamador. SGCP ha sido adoptado por la industria de CABLE Modem como parte del estándar DOCSIS. SCMP esta evolucionando a un protocolo de control de puerta multimedia (Multimedia Gateway Control Protocol MGCP).

ADMINISTRACIÓN DE RED

 

El subsistema de administración de red soporta administración remota del teléfono. El agente administrador de red consiste de los siguientes cuatro módulos.

 

 

Agente administrador de red

 

Ejecuta las funciones de administración de red de un teléfono IP, incluye monitoreo de estado y reporte de alarmas, obtención de estadística en respuesta a consultas SNMP, etc.

 

Servidor de Web Embedded (opcional)

 

Proporciona soporte a la administración vía Web. Presenta al usuario páginas Web para la configuración de teléfono IP, obtener información estadística. Puede proveer Applets Java para cargar al PC del usuario.

 

 

SNMP

 

Ejecuta funciones para Simple Network Management Protocol (SNMP) para el procesamiento de Administración de Información Base (MIB). Obtener y Setear la generación de Alarmas.

 

TFTP

 

Trivial File Transport Protocol (TFTP) es usado para bajar software actualizados y dejarlos en la memoria rápida.

 

El protocolo de Interfaz de Red soporta cuatro comunicaciones sobre una LAN y consiste de los siguientes módulos de software.

 

 

TCP

 

Transport Control Protocol (TCP) provee transporte confiable de datos, incluyendo retransmisión y control de flujo. Esto es usado para consultas en el Web y llamadas a funciones de señalización.

 

UDP

The User Datagram Protocol (UDP) provee un eficiente pero no confiable transporte de datos. Esto es usado para transportar datos de voz en tiempo real ya que la retransmisión podría mucho más retraso a la conversación de voz y es inaceptable. El UDP es usado por SNMP y TFTP para administración de tráfico de red.

 

 

IP

 

El protocolo Internet (IP) provee un estándar de encapsulación de datos para la transmisión sobre la red. Este contiene una dirección origen destino usada para el enrutamiento.

 

MAC/ARP

 

Ejecuta el control de acceso al Medio (MAC), funciones de administración y maneja el protocolo de resolución de direcciones (ARP) para el dispositivo.

 

 

Driver Ethernet

 

Configura y controla el HW controlador ethernet, incluye operaciones de inicialización de DMA.

 

 

 

SERVICIOS DEL SISTEMA

 

 

Consiste de los siguientes módulos de SW:

 

Partida/Inicialización

 

Provee el arranque e inicialización de componentes de SW y HW del teléfono IP.

 

 

POST

 

Proporciona funciones de Power-On Self-Test (POST) del teléfono IP.

 

 

RTOS

 

 

El sistema operativo de Tiempo Real (RTOS) provee funciones tales como tareas de administración, administración de memoria y tareas de sincronización.

 

 

BSP

 

Board Support Package (BSP) software. Provee controladores de interfaz de HW, vector de interrupciones, etc. que permiten al sistema operativo de tiempo real operar sobre la plataforma de hardware.

 

 

Controlador Guardián de Tiempo.

 

Provee control de un timer guadián (WDT), como un mecanismo de control para prevenir al teléfono Ip de fallas de SW o HW

 

Administrador de Memoria Rápida

 

Provee funciones para leer datos desde y hacia memoria rápida.

 

 

 

Administrador de interfaz DSP

 

Proporciona los controladores para intercambiar información entre MCU y DSP, incluyendo bajar SW, funciones de administración de Red y paquetes de Voz.

 

 

 

CONSIDERACIONES DE IMPLEMENTACION

 

 

 

CostO

 

 

 

Como vimos anteriormente el teléfono IP requiere de software para el procesamiento de voz, software de protocolos de red y de administración de red. Lo anterior requiere de un importante poder de procesamiento y memoria que se agrega al costo del teléfono. Para poder reducir el costo, muchos de los bloques funcionales descritos anteriormente son típicamente integrados dentro de un simple Chip, es decir: DSP, MCU, controlador ethernet, PCM y lógica asociada.