LECCIÓN 8 – FACTORES DE CALIDAD DE VOIP
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.
RETARDO
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.
Algunas de las fuentes de retardo en una sola vía para una llamada hecha con paquetes de voz se describen a continuación:
RETARDO ACUMULADO (LLAMADO RETARDO ALGORÍTMICO)
Es causado por la necesidad de recolectar un marco de muestras de voz para que sean procesados por el codificador de voz. Esto está relacionado con el tipo de codificador usado y varia de una sola muestra en el tiempo (.125 sg) a muchos milisegundos.
Codificadores de voz y sus tiempos:
G.726 modulación adaptativa diferencial de pulsos codificados (ADPCM), 16, 24, 32, 40 Kbps = 0.125 sg.
G.728 predicción lineal de excitación de código LD (CELP), 16 Kbps = 2.5 msg
G.729 CS-ACELP 8Kbps = 10 msg
G.723.1 codificador multitasa, 5.3, 6.3 Kbps = 30 msg
RETARDO DE PROCESAMIENTO:
Es causado por el procesamiento de codificación y recolección de las muestras codificadas en paquetes para la transmisión sobre una red de paquetes. El retardo de codificación es una función del tiempo de ejecución del procesador y el tipo de algoritmo usado. A menudo se recolectan múltiples marcos de codificación de voz en un solo paquete para reducir la cabecera del paquete. Por ejemplo, 3 marcos de palabras codificadas en G.729 (equivalente a 30 milisegundos de habla) se recolectan y empacan en un solo paquete.
RETARDO DE RED
Es causado por el medio físico y los protocolos usados para transmitir los datos de voz y por los buffers usados para remover el jitter en el lado receptor. El retardo de red es una función de la capacidad de los enlaces en la red y del procesamiento que ocurre a medida que los paquetes transitan por esta. Los buffer para jitter agregan retardo, que es utilizado para remover la variación de retardo a la que están sujetos los paquetes a medida que transitan en una red de paquetes.
JITTER
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 más 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.
La segunda aproximación es contar el número de paquetes que llegan tarde y crear una relación de estos paquetes al número 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.
Además de estas técnicas, la red debe estar configurada y gestionada para que tenga retardos y jitter mínimos, permitiendo así un alto QoS.
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:
Interpolar los paquetes de voz perdidos al repetir el último paquete recibido durante el intervalo cuando el paquete perdido supuestamente debía ser analizado, este esquema es un método simple que llena el tiempo entre marcos de voz no continuos, trabaja bien cuando la incidencia de marcos perdido es poco frecuente; si el numero de paquetes pedidos en una fila o ráfaga es alta no trabaja muy bien.
Enviar información redundante a expensas de la utilización del ancho de banda; esta aproximación hace una réplica y envía el n-ésimo paquete de voz con el (n+1)ésimo paquete; este método tiene la ventaja que poder corregir la pérdida del paquete exacto, sin embargo usa más ancho de banda e incrementa el retardo.
Usar una aproximación híbirida con ancho de banda menor del codificador de voz para proporcionar información redundante que será llevada en el (n+1)ésimo paquete; esto reduce el problema de necesidad de ancho de banda extra pero falla en la resolución del problema de retardo.
COMPENSACIÓN DE ECO
El eco en una red telefónica es causado por las reflexiones de señales generadas por un circuito híbrido que convierte de 4 hilos (un par para transmisión y uno para recepción) a 2 hilos (un solo hilo para transmisión y uno para recepción). Estas reflexiones de la voz del hablante son escuchadas por el oyente. El eco se presenta aún en las redes de conmutación de circuitos, sin embarco acá es aceptable ya que los retardos completos a través de la red son menores que 50 msg. Y el eco es enmascarado por el tono lateral que todo teléfono genera.
El eco es problema en una red de paquetes de voz cuando el retardo completo en la red es mayor que 50 msg, entonces se deben aplicar técnicas de cancelación de eco.
El estándar G.165 de la UIT define el desempeño de los canceladores de eco, en la recomendación G.IEC se encuentran más características.