GENERALIDADES DE LA TELEFONÍA: El teléfono es una herramienta indispensable en la vida moderna del ser humano, la cual ha enlazado al Mundo desde hace más de un siglo, convirtiéndose en uno de los principales medios de comunicación para la Humanidad.

Las Redes clásicas de telefonía fija que dan servicio a millones de usuarios están extendidas por todo el Mundo y funcionan empleando la técnica de conmutación de circuitos y el SS7. Estas Redes se interconectan entre ellas para permitir la realización de llamadas entre cualquiera de los dispositivos terminales de ellas.

El direccionamiento de estos terminales se hace usando un sistema de numeración para relacionar el número de cada terminal (línea telefónica) según el área geográfica correspondiente.

La telefonía ha avanzado a pasos agigantados desde sus inicios hasta la actualidad, en la que se han perfeccionado procesos de comunicación digital que ayudan a optimizar el uso de los recursos de la Red y proporcionar QoS.

La telefonía tradicional consta de cuatro elementos principales para su funcionamiento: el terminal y línea telefónica del abonado, la comunicación, la conmutación y la señalización. El primero incluye también los periféricos como identificador de llamadas, contestadora automática de mensajes, y otras modificaciones dentro del mismo aparato.

La comunicación abarca los diversos modos de enviar la información dependiendo si es sólo voz, datos o ambos. La conmutación hace referencia a la conexión que realizan los diferentes nodos al establecer un camino apropiado para conectar a los usuarios. Existen dos tipos de conmutación en las Redes telefónicas: la conmutación de circuitos y la conmutación de paquetes.

La conmutación de circuitos consiste en establecer un circuito dedicado en la Red, esta técnica es empleada para la telefonía convencional como ya se ha mencionado con anterioridad. La conmutación de paquetes se basa en la comunicación de datos en paquetes; método utilizado en la tecnología VoIP.

Introducción a los Sistemas de VoIP

Antonio Meucci fue quien inventó una máquina reconocida como el primer teléfono, pero históricamente fue Alexander Graham Bell a quien tras patentar un aparato semejante en 1876 pasó a la Historia como el verdadero inventor del teléfono. Sus invenciones marcaron el comienzo de una Era de la comunicación.

Telefonía Analógica

En 1877, Edwin T. Holmes sugirió la idea de construir una central telefónica, mediante la cual un terminal telefónico (teléfono) pudiese conectarse con otro cualquiera. Este sistema fue etiquetado como Servicio Telefónico Ordinario Antiguo (POTS), el cual se implanta sobre la Red Telefónica Básica (RTB), dando paso al nacimiento de la telefonía entendida hoy día como la telefonía clásica.

La RTB, conocida también como Red Telefónica Pública Conmutada (PSTN), fue creada con la finalidad de transmitir la voz humana. Tanto por la naturaleza de la información a transmitir, como por la tecnología disponible en aquella época, esta Red fue en sus inicios totalmente de tipo analógica: la comunicación de señales se hacía analógicamente e incluso la señalización se hacía también de forma analógica.

La PSTN permite el intercambio bidireccional de tráfico de voz en tiempo real entre diferentes usuarios a través del método de conmutación de circuitos. Este sistema se convirtió posteriormente en la mayor SCNs en el Mundo. Debido a su enorme tamaño su creación y mantenimiento resultaron muy costosos.

Otro problema que debió resolverse es el de la señalización de las llamadas telefónicas, que pueden ser definidas como las reglas de funcionamiento sincronizado que deben implantar los terminales telefónicos y elementos de Red para que la conversación se lleve a cabo tal que sus usuarios la puedan interpretar adecuadamente.

Como resultado de la constante evolución de la telefonía se establece la introducción de las tecnologías de medios no guiados, siendo Martin Cooper el pionero en lo concerniente a la tecnología móvil, pues se le atribuye el primer radio teléfono en 1973; pero no fue hasta 1979 cuando hizo su aparición la Primera Generación (1G) de la telefonía móvil, que se caracterizó por ser analógica y estrictamente para la comunicación de voz. La calidad de los enlaces era muy baja y tenían baja capacidad (lo que se tradujo en una limitada velocidad de transmisión y por tanto de recepción de la voz).

Un elemento innovador fue el establecimiento de celdas (áreas geográficas con cobertura radio homogénea), gobernadas por estaciones base de comunicación radio. Si dos terminales telefónicos comunicantes están en la misma celda, la estación base puede hacer de punto intermedio de comunicación, pero si están en celdas diferentes, entonces es necesario equipos de conmutación de llamadas para encaminar la voz entre distintas celdas.

En cuanto a la transferencia del terminal entre celdas, era muy imprecisa ya que contaban con una baja capacidad, pues estaba basada en la técnica de Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA). La tecnología predominante de esta generación fue la del Sistema Telefónico Móvil Avanzado (AMPS). Nótese que para estas Redes la señalización debe incluir nuevos retos como son el traspaso de llamadas entre celdas cuando el terminal telefónico se mueve desde una celda a otra. Con ese punto de partida, en varios países se diseminó la telefonía celular como una alternativa a la telefonía convencional.

Telefonía Digital

El problema más importante de la telefonía analógica era hacer llegar la señal intacta al destinatario. Además implantar señalización para el transporte de la voz era muy complicado y por esto nació la telefonía digital.

Las Redes digitales para medios guiados fueron inventadas en el año 1920, pero estuvieron en experimentación hasta 1964. En la década de 1970, el despliegue a gran escala de los circuitos electrónicos integrados y los procesadores permitieron realizar transmisiones de voz de señal analógica a digital.

En los siguientes años siguieron surgiendo nuevos avances en las mejoras de las tecnologías de Redes telefónicas fijas, como el desarrollo de las normas X.25, con los principios ya establecidos de conmutación de paquetes. También se desarrolló la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI), la cual empezaría a ser comercializada en los años 1990.

La RDSI permite que en una línea coexistan múltiples canales, pudiendo contener cada uno de ellos datos (canales B) o señalización (canales D). Además la RDSI no se limita sólo a la comunicación de voz y presenta una mayor flexibilidad frente a la que poseen las líneas RTB, ya que los canales pueden ser reconfigurados para la comunicación de voz o datos. Por todo esto, se esperaba que la RDSI pudiera revolucionar la Industria de las comunicaciones telefónicas, sin embargo, al no haber explotado toda su capacidad, muchos consideran a la RDSI un fracaso.

El motivo de este fracaso es puramente comercial y coyuntural. Esto es, la aparición de tecnologías de acceso a Internet en el hogar y pequeñas empresas tales como la Línea de Abonado Digital (DSL), que abarataron los costos elevados de la RDSI en esos escenarios y además supuso maximizar el rendimiento del par de cobre que forma la RTC fija. Y por si fuera poco, las velocidades de transmisión de DSL eran mucho más elevadas que las de RDSI.

Además de las líneas mencionadas anteriormente, existen otros tipos de líneas digitales con las que normalmente se trabajan para realizar la comunicación de una Red a otra, tales como: E1, T1, E3, T3, Red Óptica Síncrona (SONET), Modo de Transferencia Asíncrono (ATM), Jerarquía Digital Síncrona (SDH)… Todas estas tecnologías tenían el valor añadido de poder comunicar datos por las líneas telefónicas, lo que aumentaba considerablemente la cantidad de servicios telefónicos y de datos que se podían proveer.

Con el incremento en la complejidad de los elementos de Red, la señalización de la Red también se complicó. Ahora existen una serie de reglas a seguir entre las centrales digitales, los elementos de las Redes troncales de los bucles de abonado y los terminales telefónicos, para que la llamada pueda iniciarse, establecerse y completarse adecuadamente.

Es así como debido a la evolución de la Industria de las telecomunicaciones, diferentes estándares de señalización han surgido para tratar de solucionar problemas de direccionamiento, interconexión con Redes existentes, control de admisión, intercambio de capacidades…

La definición de una arquitectura estándar que permitiera implantar esta señalización de forma universal para cualquier Red telefónica (fija o móvil) fue el objetivo del SS7. Este estándar permite garantizar la QoS definiendo una arquitectura de protocolos dispuesta en cuatro niveles (figura 2.1), en donde las unidades de señal son mensajes de las aplicaciones de señalización transportados en paquetes.

Este sistema asigna un canal separado en paralelo a cada llamada de la PSTN y proporciona información de control de la llamada a través de ese canal.

Arquitectura del Estándar SS7

La situación actual para la RTC puede clasificarse como híbrida, pues lo normal es que la comunicación sea todavía analógica en el bucle de abonado de ambos extremo y digital en su tráfico entre centrales. En la actualidad la telefonía cuenta con el despliegue de Redes con las siguientes características:

– Calidad de voz. Inicialmente fueron diseñadas específicamente para el manejo de tráfico de voz, por tal motivo los retrasos, interferencias y ecos presentados son mínimos.

– Alta disponibilidad. La comunicación telefónica está regulada internacionalmente bajo estándares que establecen que deben presentar un porcentaje de disponibilidad de un 99,999 %, razón por la que la telefonía tradicional clásica sigue funcionando hoy en día.

– Método de conmutación. Se emplea la conmutación de circuitos, lo que genera altos costos de interconexión.

– Precio. El cobro de la realización de una llamada se calcula en base al tiempo de conexión y a la distancia geográfica entre los usuarios, distinguiendo entre llamadas locales (misma localidad), nacionales (mismo país), e internacionales (distintos países).

En cuanto a la telefonía móvil, la tecnología tuvo gran aceptación, por lo que a los pocos años de implantarse se empezó a saturar el servicio. Entones, hubo la necesidad de desarrollar e implantar otras formas de acceso múltiple al canal, y transformar los sistemas analógicos a digitales con el objeto de darles cabida a más usuarios.

Por estas razones el sistema analógico empezó a perder adeptos con la aparición del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) en 1995, que marcó el inicio de la denominada Segunda Generación (2G) de la telefonía móvil, la cual se caracterizó por ser digital. El estándar GSM fue pionero en incluir una alternativa de comunicación muy barata a las llamadas de voz: el Servicio de Mensajes Cortos (SMS), siendo la primera vez que se usó una Red de telefonía móvil para transmisión de datos.

Los protocolos empleados en 2G soportan velocidades más altas para voz, pero limitados en comunicaciones de datos. Por tal motivo, en el 2001 aparece la Red de Telefonía Móvil de Segunda Generación Mejorada (2.5G), que es más rápida y cuenta con capacidades adicionales a los sistemas 2G como el Servicio General de Radio por Paquetes (GPRS), cuya mayor velocidad de comunicación permitió utilizar servicios tales como: Protocolo de Aplicación Inalámbrica (WAP) precursor de los servicios Web móviles actuales, Servicio de Mensajería Multimedia (MMS) pionero de los actuales servicios de flujos de medios (streaming) móviles, correo electrónico…

Esta tecnología sirvió como transición para migrar de una manera más económica los servicios de telecomunicaciones a la Tercera Generación (3G), que se caracteriza por la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet, siendo apta para aplicaciones multimedia. La tecnología de las Redes 3G, conocida como Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) permite una velocidad de transferencia muy superior a los sistemas precedentes, mayor seguridad y cobertura mundial.

El aumento del uso de datos móviles y la aparición de nuevas aplicaciones y servicios de datos fueron las motivaciones para desarrollar el proyecto denominado Evolución a Largo Plazo (LTE), que emplea una interfaz radioeléctrica basada en la técnica de Múltiple Acceso por División de Frecuencia Ortogonal (OFDMA).

LTE es un sistema que brinda total movilidad empleando IP para realizar cualquier tipo de tráfico de datos con elevada QoS. Hoy en día ya existen operadores comerciales telefónicos que están empezando a proveer telefonía celular 4G a gran escala. Actualmente el SS7 hace posible la señalización en todas las Redes de telefonía fijas y celulares que se han revisado.

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VoIP

La telefonía digital trajo consigo muchas ventajas, sin embargo hacer llamadas a gran distancia resulta muy costoso porque se deben cruzar distintos tipos de Redes heterogéneas interconectadas entre ellas. El costo se deriva del hecho de que cada una de estas Redes tiene un dominio administrativo diferente (en distintos países sobre todo) y por ello los dueños de esos dominios deben acordar la política a seguir para el cobro de los servicios, con lo cual quedamos a expensas de las políticas económicas del Mercado. Aquí es donde Internet juega un papel muy importante, puesto que permite abaratar la provisión de servicios a escala global (mundial), debido a que la comunicación a través de ella es considerada en muchos países un derecho de los ciudadanos.

Por otro lado, el envío de voz y datos en una misma Red se logró con el desarrollo de la RDSI y Redes similares, sin embargo, con la rápida aceptación de Internet y gracias al desarrollo de sus protocolos, el Internet se mostró como la Red idónea para alcanzar el objetivo de integrar todos los servicios. Por estas razones es que se justifica la VoIP.

Con estos dos antecedentes es correcto considerar el advenimiento de la VoIP: por un lado para abaratar las comunicaciones y por otro porque de forma natural provee protocolos y servicios que integran fácilmente las comunicaciones de voz y de datos. En este contexto, VoIP se refiere a la utilización de Internet y sus protocolos para transmisión de voz, permitiendo que la voz y los datos utilicen el mismo medio de comunicación.

A estos argumentos hay que añadir la facilidad con la que se pueden interconectar (a través de IP) distintas tecnologías de Red, como por ejemplo Ehternet, Fidelidad Inalámbrica (WiFi), Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas (WiMAX)… Este era el objetivo de los primeros estudios de comunicación de flujos de VoIP a finales de los años 1970: convertir a IP en la espina dorsal (backbone) universal para el transporte de la telefonía a escala mundial.

A finales de los ochenta y principio de los noventa nace la idea de la VoIP, debido a la necesidad de integrar todos los servicios en una sola Red para ahorrar costos, proporcionar un servicio ubicuo y aumentar su eficiencia. En 1990, el rendimiento de la Internet había mejorado considerablemente haciendo posible enviar un flujo de información de los medios de comunicación en tiempo real a través de una conexión de Red. Esta es la esencia de la VoIP, la cual fue desarrollada (desde el punto de vista comercial) en 1995.

La tecnología de VoIP permite a los servicios de la telefonía tradicional operar a través de Redes informáticas utilizando protocolos de conmutación de paquetes. Los servicios de VoIP son interoperables, lo que significa que funcionan bien a través de todo tipo de Redes. También son altamente portables, lo que significa que funciona con cualquier dispositivo habilitado para IP, tales como un teléfono IP, un ordenador, un computador portátil, una tableta o un teléfono móvil.

La VoIP más que un servicio representa una tecnología que permite encapsular la voz en paquetes para transportarlos sobre IP. La conversación la realiza sin el uso de circuitos, enviando múltiples conversaciones a través de la misma “conexión IP” encapsuladas en paquetes y flujos independientes, lo que implica un uso más eficiente de los recursos de la Red.

Esta metodología extiende las capacidades de las Redes actuales hacia nuevas aplicaciones de voz, datos y vídeo. Además, permite a las personas comunicarse de una manera más sencilla aplicando métodos más eficaces y creativos como es el uso de Internet.

Conjugados mundos históricamente separados entre dos tipos de Redes: la de comunicación de voz y la de datos. Se trata de transportar la voz, previamente convertida a datos entre dos puntos distantes [16]. Esto posibilita utilizar Internet para efectuar las llamadas telefónicas y en consecuencia desarrollar una única Red convergente capaz de cursar voz, datos, vídeo o cualquier tipo de información [17].

La QoS y el alto rendimiento de la Red conmutada rara vez han estado en discusión en los últimos cincuenta años. Es natural que la QoS que hemos llegado a aceptar y esperar sea considerada como punto de referencia o estándar que VoIP tiene que cumplir, y que para lograrlo el principal desafío que debe afrontar la VoIP es hacer inter-operar a la telefonía analógica y digital (tanto fija como móvil) con los protocolos de señalización de Internet y de comunicación de datos. Por esto, el problema interesante de comunicación son: el empaquetado de datos provenientes del Codificador/Decodificador (CODEC) y crear protocolos de señalización eficientes.

VoIP en la NGN

Como futuro, lo que se plantearía es que toda la información sea transportada únicamente por IP, haciéndola compatible con el concepto de NGN. NGN se refiere a la evolución de la actual infraestructura de Redes de telecomunicaciones y acceso telefónico con el objetivo de lograr la convergencia tecnológica de los nuevos servicios multimedia. La idea general detrás de este tipo de Redes es el transporte de paquetes encapsulados de información a través de Internet.

Nótese que, en el caso de que el transporte de VoIP en todos los enlaces se haga sobre datagramas IP nativos, entonces ya no tendría sentido el concepto VoIP. En lugar de ello estaríamos frente al concepto de telefonía IP; es decir el transporte de las conversaciones de voz íntegramente sobre datagramas IP sin que exista en ningún enlace la conversión a voz sobre la RTC. Este escenario se suele dar hoy día de forma natural entre los usuarios que utilizan computadores conectados a Internet para sus conversaciones de voz.

Tomado de:
Gutiérrez, R. (2014). Estudio detallado de los protocolos SIP, H.323 y otros, para la señalización en VoIP: Estado actual y futuro (tesis de grado). Escuela Superior Politécnica del Litoral, Guayaquil, Ecuador.

Fuente:
http://www.cib.espol.edu.ec/Digipath/D_Tesis_PDF/D-84316.pdf

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