Bases de la VoIP

Reading time: 8 – 12 minutes

Des de fa un parell d’anys s’ha posat molt de moda parlar de Veu sobre IP (VoIP) però sovint comencem la casa per la taulada i de vegades val la pena tenir una referència on acudir per consultar com funciona tot plegat des de sota, així doncs amb aquest article espero poder explicar una mica que hi ha darrera d’aquest màgia. Després d’aquest article en tinc un altre preparat que és molt més aplicat i específic no tan teòric, parlant més a fons dels aspectes tècnics de la VoIP.

Com ja comença a ser habitual per escriure articles d’aquest tipus m’inspiro en articles escrits a Network Systems Design Line, concretament m’he inspirat en Voice over IP (VoIP)–The basics (local).

Quan parlem de VoIP ens referima un conjunt de serveis que pretenen oferir un servei telefonic tan a usuaris residencials com a empreses. A més la VoIP la usen els proveedors de serveis per transportar trucades entre ells. A més les empreses tan petites com grans la poden usar per comunicar les seves oficines. A més la VoIP es pot usar com a substitut o complement a la telefonia convencional.

Sovint les operadores telefóniques usen serveis de VoIP de forma transparent pels usuaris per tal de connectar les trucades entre usuaris. Així poden reaprofitar les seves infraestructures tan per transportar veu com dades simultaneament. La principal diferència entre els serveis tradicionals de telèfon i la VoIP és que el primer es basa en la conmutació de circuits i el segon en la conmutació de paquets. Així doncs quan connectem dues trucades de veu convencionals en el fons el que estem fent és connectar un cable d’un extrem de la trucada a l’altre. Això implica tenir els recursos de la xarxa reservats durant el temps que dura la trucada. Per tant, es fa un ús molt ineficient de l’amplada de banda disponible en aquest cable/circuit que esta connectat durant tot el temps de la trucada de forma permanent. Aquest problema es soluciona en la conmutació de paquets ja que es multiplexen les trucades en el temps i un mateix circuit pot transportar més d’una trucada de forma simultanea.

Arribats en aquest punt ja tenim clar que l’ús de les xarxes de conmutació de paquets són més eficients si la densistat de trucades a transportar de forma simultanea augmenta. Perquè ens fem una idea les fibres òptiques transosceaniques poden transportar més de 100 milions de trucades cada una.

Components bàsics d’un servei telefónic

Bàsicament per tal de poder posar en funcionament un servei de telèfon fan falta els següents 4 components:

• Senyalització es refereix a la comunicació entre el telèfon i el servei telefónic. Informa de que hem despenjat/penjat el telèfon, quin número hem marcat, que ens esta entrant una trucada, etc.
• Conversa la veu que es transmet a través de la xarxa.
• Funcionalitats trucada en espera, desviament de trucades, bústia de veu, etc.
• Alimentació com enviem l’eletricitat al telèfon perquè funcioni. En els serveis telfónics convencionals aquesta alimentació l’ofereix la pròpia línea.

Senyalització en la VoIP

La senyalització es refereix bàsicament a com el telèfon es comunica amb la central telefónica. Però els conmutadors de xarxa intermitjos també han de reenviar-se aquestes senyals de control fins a arribar al teléfon de l’usuari. Així doncs cal entendre alguns tipus de senyalitzacions bàsiques.

Com un teléfon sap que volem fer una trucada? en el següent gràfic podem veure un esquema del procés. Quan despengem el telèfon, la central telefónica ens envia el to. Llavors marquem el número amb el que volem parlar, quan això passa s’intercanvien una serie de freqüències (o pulsos) entre el nostre teléfon i la centra telefónica per tal de comunicar a aquesta quin és el teléfon amb el que volem marcar. Llavors la central determina la ruta de la trucada que volem fer i notifica al destí que volem parlar amb ell, o sigui, es posa a sonar el teléfon destí.

Fixeu-vos que en aquests senzills passos i que tots tenim tan clar ja hi ha una bona colla de senyalitzacions que han viatjat per la línia i encara no em començat la conversa. De tota aquesta idea hi ha un detall important, la part del sistema telefónic que hi ha dins de casa nostre no ha canviat des de fa 20 o 30 anys. Així tots els canvis s’han fet a la xarxa i de forma completament transparent pels usuaris.

Si un dels extrems de la trucada uses VoIP l’esquema podria quedar, per exemple, així:

En aquest cas, el terminal telefónic esta connectata a un adaptador que el connecta a internet. Aquest adaptador actua com a traductor, converteix la nostre veu en paquets de tipus IP que s’envien a través d’internet. En aquest cas la senyalització és igual que en cas anterior, però l’adaptador es dedica a traduir les senyals analògiques en paquets que viatgen a través d’IP. Després el nostre proveedor de servei de VoIP convertirà aquests paquets en senyals altre cop compatibles amb la xarxa de teléfon convencional. Perquè el destí pugui entendre la trucada. Tot això serà completament transparent pels usuaris que no han de notar cap diferència.

Finalment si ens imaginem la senyalització entre dues trucades de VoIP, l’esquema quedaria així:

El primer que salta a la vista és que ja no ens cal al xarxat telefónica convencional. Així doncs la senyalització digital que genera un extrem pot viatjar a través de la xarxa IP fins arribar al destí. Així doncs acabem de convertir el sistema de teléfon convencional en un sistema de dades IP completament. On no ens calen altre elements que els ja coneguts per les nostres xarxes de dades.

Com ho fa la VoIP per transportar una conversa

La veu humana esta composta per ones de so analògiques. Els sistemes de teléfon tradicionals transporten la veu com una successió de canvis de voltatge a través d’un parell de cables (s’anomenen senyals portadores). Quan aquestes senyals arriben a l’altre extrem el que fan és amplificar-se a través d’un altaveu, això produeix un so molt semblant al so original. En els sistemes de telefonia digitals (inclosa la VoIP), no tenim un circuit dedicat a transferir la veu. La veu humana es converteix en un fluxe digital (o series de 1s i 0s) que arriba fins al destinari on s’intenta re-generar els sons que van ser emesos per l’emisor. La converció analogic-digital de l’origen s’anomena mostreix (sampling), bàsicament es tracta de prendre una serie de mesures sobre els freqüències emeses per la veu a intervals de temps fixes. Després el que es fa és transportar aquestes mesures i no pas les freqüències emeses per la veu.

Esquema dels processos de mostreix de la veu:

La gràcia perquè la senyal origen s’assembli al màxim possible amb la de destí esta en prendre el màxim número de mesures possible. Però cal pensar que quantes més mesures es prenguin més mesures s’hauran d’enviar i més ràpida haurà de ser la línia de dades. Així doncs cal buscar un compromís entre la qualitat de mostres preses i l’espai que ocupen, per poder-les enviar prou ràpid.

Perquè tinguem quatre dades reals la freqüència més baixa que emet la veu humana és d’uns 100Hz i la més alta de 1700Hz. Entre els sorolls i les freqüències harmoniques que emetem més o menys necessitem uns 4000Hz com a molt agut. S’agafen unes 8000 mostres cada segon, o sigui, la freqüència de mostreix és d’uns 8KHz. Aquestes unitats de mesura capturades es posen dins dels paquets i s’envien cap al destinari on es generen les freqüències segons les dades que indiquen les mesures rebudes.

Alimentant les xarxes de VoIP

En les xarxes telefóniques convencionals com he dit l’alimentació electrica del teléfon s’agafa de la línia així doncs no ens hem de preocupar d’endollar el teléfon a la xarxa eléctrica de casa. Això que sembla una tonteria permet, per exemple, fer trucades telefóniques quan s’envà la llum. En un sistema digital això seria un greu problema perquè la línia no transporta l’alimentació del terminal telefónic.

Per tant, quan marxa la llum amb un sistema digital no podem fer trucades si s’envà la llum. Això suposa un gran problema ja que en cas d’emergència no ens podem comunicar. Així doncs, cal que pensem en algún sistema d’alimentació alternatiu per quan en cas d’emergència haguem d’usar el teléfon o quedarem aïllats.

Resumint

Escencialment la forma de trucar no ha canviat per l’usuari. Però si que els processos tècnics que composen el procés de fer una trucada han canviat moltíssim internament i tecnològicament ja no té res que veure un sistema de telefonia convencional amb els nous sistemes de telefonia de VoIP. Així doncs el que abans era un problema pels enginyers de telecomunicacions, ara és un problema pels enginyers de xarxes.