ANÁLISIS DE DESEMPEÑO DE VOZ SOBRE IP VOIP EN REDES CORPORATIVAS William Gonzalo Guerrero Robayo wguerrer@bancosantander.com.co wguerrero@hotmail.

ANÁLISIS DE DESEMPEÑO DE VOZ SOBRE IP VOIP EN REDES CORPORATIVAS William Gonzalo Guerrero Robayo wguerrer@bancosantander.com.co wguerrero@hotmail.com Universidad de los Andes Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Resumen La tecnología de voz empaquetada y enviada a través de redes de datos, esta tomado por sorpresa a compañías que la ven como el medio para hacer importantes reducciones en el costo de sus llamadas telefónicas de larga distancia; sin detenerse a pensar en consideraciones claves como calidad de la voz entregada, madurez de la tecnología, capacidad de los enlaces e impacto de la voz en las aplicaciones de datos. El presente trabajo determina el impacto de cursar voz en una red de datos típica (para este trabajo se consideró la red del BANCO SANTANDER COLOMBIA), así como la calidad de esta, mediante mediciones en un ambiente controlado, mediciones en campo, simulaciones y pruebas de diversa índole.. Palabras Clave: IP, voz, desempeño, redes 1. Introducción La tendencia de unificación de redes de voz y datos es un hecho que no tiene discusión, la discusión se centra en determinar el impacto tanto en la red como en la calidad de voz entregada de este tipo de implementaciones; teniendo en cuenta que la voz compartirá recursos de una red de datos concebida y dimensionada para condiciones de operación diferentes. Otros estudios realizan pruebas de funcionalidad de voz y calidad entregada en diversas condiciones de congestión, pero su aproximación deja de lado conceptos tan importantes como tamaño de la cola en los buffers (que esta directamente relacionada con la calidad de la voz, medidas de retardo y perdida de paquetes), y tampoco se preocupan demasiado por probar los diferentes CODEC s implementados por los fabricantes; algo que sorprende ya que la utilización de uno u otro hace que un proyecto de VoIP sea viable o no [1]. La metodología seguida para este estudio contempla varias aproximaciones, que en conjunto deben dar una idea clara de lo que esta pasando tanto con la aplicación de VoIP, como con el desempeño global de los enlaces WAN, que son el eslabón más débil de la cadena. Y a partir de esta es posible tomar desiciones ya sea de implementar VoIP en la red o no, crecer el tamaño de los equipos de red o aumentar la velocidad de los enlaces WAN, de una manera planificada. Se determino la utilización de la tasa de bit disponible en los enlaces WAN de varios tipos de oficina, según la cantidad de transacciones realizadas en promedio, se midió y determino el tamaño y tasa de llegada de los paquetes de tráfico transaccional y correo electrónico que se validan en las oficinas centrales En un ambiente controlado que emula las condiciones de una oficina menos en el tráfico transaccional, se implementaron las soluciones de VoIP de tres de los proveedores más importantes del mercado (Cisco, Nortel y Ericsson) y se determinaron la tasa de bit de los CODEC s, la tasa de llegadas y tamaño de los paquetes de voz para posteriormente realizar algunas conjeturas a partir de las cuales de se aislaron parámetros de simulación que serán usados posterormente. Adicionalmente se realizaron pruebas subjetivas de la calidad de voz entregada por las diferentes soluciones conforme con las recomendaciones P.50 y P.800 de la International Telecommunications Union ITU. [2] El presente articulo esta distribuido de la siguiente manera: primero se presenta la red de estudio, luego de manera sencilla de describe el funcionamiento de VoIP,

seguidamente se explica la metodología usada en las diferentes pruebas, se determinan los parámetros de simulación y los resultados obtenidos de las simulación y por último se presentan las conclusiones y bibliografía 2. Red de Estudio El Banco Santander Colombia cuenta con 140 oficinas distribuidas en Bogotá, Medellín, Cali, Barranquilla Bucaramanga, Cartagena, Pereira y la mayoría de las ciudades intermedias de mayor tamaño tales como Cartago, Ipiales, Duitama, etc. Y 5 edificios administrativos en Bogotá, Medellín, Cali Bucaramanga y Barranquilla. Además cuenta con enlaces permanentes con Panamá y New York, empresas proveedoras de servicios de valor agregado tales como Servibanca, Sitel, IQ, etc. y otros organismos para efectos de intercambio de información bursátil, crediticia y regulatoria de la actividad bancaria como Banco de la República, Asobancaria, Ascredibanco etc. La topología de la red es estrella con centro en Bogotá, conectados a esta se encuentran las ciudades de Medellín, Cali, Bucaramanga y Barranquilla. Estos nodos conforman el área cero de la red. Las ciudades intermedias se conectan directamente a Bogotá o a alguna de las ciudades del área cero, las ciudades pequeñas más remotas que se conectan mediante enlaces satelitales directamente con Bogotá. El principal objetivo de VoIP es el realizar llamadas telefónicas aprovechando las redes de datos existentes, independiente de la naturaleza de las mismas. VoIP, en su forma más sencilla funciona de la siguiente manera [3] Se hace un muestreo de la señal análoga para obtener su representación en forma digital, de donde se obtiene una señal digital con una tasa de bit promedio de 64 K. Se hace supresión de silencios, es decir, la parte de la señal que no contiene información es retirada. Se realiza una compresión de la señal digital obtenida. La información se empaqueta en datagramas IP La información es transmitida La información es recibida La información es desempaquetada Se realiza la descompresión. Se agregan los silencios que fueron suprimidos Se convierte la señal digital en análoga En la figura 1 se puede apreciar un esquema básico del funcionamiento de la aplicación (tomado de [4]) Adicionalmente a la red de datos descrita arriba; también se cuenta con una red telefónica que utiliza la tecnología de voz sobre Frame Relay VoFR, para interconectar a las ciudades más grandes (Bogotá, Medellín, Cali, Barranquilla y Bucaramanga). Con el inconveniente que esta red no cubre a todo el país, entre otras razones por indisponibilidad de los carriers, y costo adicional de los enlaces. Por esta razón se consideró a VoIP, como una posibilidad que en principio se ve viable para solucionar el tema de las oficinas sin extensiones internas y de paso lograr con el tiempo una importante reducción de costos en las llamadas de larga distancia nacional 3. Funcionamiento de voz sobre IP VoIP Figura 1. Transmisión de Tráfico de VoIP (tomado de [4]) El principal problema de VoIP sobre el que todavía no existe mucha claridad es la calidad de la voz ofrecida por estas aplicaciones, ya que IP fue diseñado con la filosofía del "mejor esfuerzo" según la cual los paquetes salen de la fuente hacia su destino sin garantizar un tiempo de entrega y es el protocolo TCP de la pila TCP/IP el 2

encargado de notificar y retransmitir aquellos paquetes que fallaron en alcanzar su destino. En aplicaciones como TELNET (sesiones remotas con grandes servidores) y FTP File Transfer Protocol (transferencia de archivos) el buen servicio esta dado por la integridad de la información y el tiempo de arribo de esta es secundario. Pero en las nuevas aplicaciones multimedia (voz y vídeo), la filosofía del mejor esfuerzo no es suficiente. Por esto y para remediar el problema la Internet Task Force IETF desarrollo el protocolo de reserva de recursos RSVP y actualmente se encuentra desarrollando todo un ambiente que sea capaz de ofrecer servicios de tiempo real para soportar múltiples clases de servicios en redes IP. La idea es que este ambiente extienda el modelo del mejor esfuerzo para que las necesidades de las aplicaciones multimedia sean reconocidas y satisfechas. Garantizar la calidad de servicio ofrecida por IP es alcanzable de dos formas: Utilizando los mecanismos de prioridad e identificación de paquetes disponibles tanto en IPv4 como IPv6, así tanto los carriers, los proveedores de servicio de Internet ISP, y los usuarios destino y fin de la comunicación podrán identificar si se trata de un paquete que requiere tratamiento especial en las colas y dárselo. Este mecanismo es el mas simple ya que no requiere de protocolos adicionales, pero también es muy complicado por cuanto requiere que todos manejen las mismas prioridades y con uno solo que no lo haga la calidad de servicio quedaría comprometida. Usando mecanismos externos de señalización (por ejemplo IP sobre ATM) o protocolos de reserva de recursos como RSVP. 3.1 Resource ReSerVation Protocol RSVP RSVP es un protocolo de señalización que usa mensajes de reserva de recursos de la fuente al destino para asegurar una conectividad basada en la calidad de servicio y la tasa de bit solicitada. A lo largo del camino entre la fuente y el destino la petición de reserva es usada para obtener permisos del software de control de admisión para hacer uso de los recursos locales en enrutadores y switches y así soportar la calidad de servicio requerida. A continuación se enumeran algunos puntos importantes del RSVP (tomado de [3]) Soporta la habilidad que tienen algunas entidades para señalizar una QoS requerida. No es un protocolo de enrutamiento Reconoce la existencia de rutas proporcionadas por los protocolos de enrutamiento IGRP, BGP, etc. Solicita información del estado de los recursos, no la provee El protocolo es realizado por software El receptor es quien hace la reserva de recursos Soporta dos clases de reserva de recursos multiusuario: Reservaciones Diferentes: Una por fuente Reservaciones Compartidas: Múltiples fuentes Las aplicaciones pueden hacer diferentes tipos de reservas dependiendo del servicio o según consideraciones económicas. 4. Metodología Para hacer análisis de desempeño de redes y/o aplicaciones, independiente de su tipo hay tres aproximaciones básicas que son: modelamiento teórico, mediciones y simulaciones; la escogencia de una u otra depende en buena medida de los recursos disponibles, las restricciones operativas y el estado de la red o aplicación en estudio. (operativa, en desarrollo o en pruebas de implantación) [5], [6] Para este estudio se tuvieron en cuenta las tres aproximaciones en diferentes partes del mismo:, que seran enunciadas en su respectivo momento 4.1 Ocupación del canal debido al tráfico transaccional Para determinar la ocupación del enlace WAN se tomaron mediciones en 6 oficinas de diferentes tamaños (cantidad de transacciones promedio realizadas en un día), en el lapso de una semana de las 07:00 a las 17:00; usando un software de gestión de redes. Las mediciones se realizaron con intervalos de 5 segundos, ya que en los ensayos de prueba y error fue el 3

mejor compromiso encontrado entre cantidad de datos vs trafico SNMP (que introduce una tasa de bit no deseada que puede viciar la medición) [7] Las oficinas se seleccionaron de tal manera que fuesen representativas dentro del universo muestral buscando tener al menos dos por tipo (A,B,C) según el numero de transacciones diarias realizadas en promedio, la clasificación de estas esta dada por la tabla 1 1. Tipo A ~ 800 transacciones Tipo B ~ 600 transacciones Tipo C ~ 400 transacciones Unicentro Normandía Chicó Paloquemao Cedritos Metrópolis Tabla 1. Clasificación de Oficinas por número de transacciones de bit y esta función, solo presenta pequeñas diferencias según el tipo de oficina Un fenómeno interesante, que vale la pena resaltar es la naturaleza bimodal generalizada de la función de densidad de probabilidad de tasa de bit en los enlaces WAN de todas las oficinas, independiente de la hora del día, esta independencia significa que no importa demasiado el rango de horas en la que se realicen las mediciones de tasa de bit, ni la duración de la misma ya que los resultados siempre son similares; para ilustrar esto se presenta la figura 2. En la tabla 2 se presentan las mediciones de ocupación del canal en las oficinas objeto del estudio en forma de percentiles. Perc % Metró Chicó Cedrito P/mao N/día Uni/tro 0% 1.016 1.176 1.360 1.000 992 1.123 5% 1.584 1.776 2.256 1.720 1.608 2.664 10% 1.672 1.904 2.408 1.872 1.712 2.904 15% 1.744 2.016 2.552 2.024 1.824 3.152 20% 1.824 2.136 2.688 2.184 1.936 3.408 25% 1.904 2.272 2.832 2.384 2.072 3.728 30% 2.000 2.432 3.008 2.640 2.248 4.072 35% 2.128 2.624 3.216 2.952 2.480 4.448 40% 2.288 2.896 3.520 3.344 2.832 4.920 45% 2.536 3.248 3.856 3.768 3.240 5.456 50% 2.976 3.696 4.280 4.400 3.688 6.288 55% 3.456 4.312 4.952 5.432 4.800 7.832 60% 4.504 5.560 6.528 7.224 8.136 9.728 65% 7.608 7.920 8.536 8.952 8.992 10.744 70% 8.920 9.176 9.368 9.328 9.288 11.328 75% 9.112 9.512 9.832 9.800 9.768 12.008 80% 9.376 10.032 10.280 10.552 10.792 12.944 85% 9.920 10.896 11.072 11.656 14.216 14.720 90% 11.112 12.448 12.976 14.824 26.960 18.528 95% 16.320 16.808 18.240 20.096 34.536 26.656 100% mayor mayor mayor mayor mayor mayor Tabla 2. Ocupación del enlace WAN (64K) en percentiles De la tabla 2 se puede observar que todas las oficinas medidas tienen un comportamiento similar en términos de la función de distribución de probabilidad FDP de la tasa 1 Es importante resaltar que las mediciones se hicieron en oficinas de Bogotá por ser la de mayor numero de transacciones promedio, para tener holgura en los resultados obtenidos Figura 2. Histograma tasa de bit Unicentro discriminado por rangos de 2 horas y un día completo de medición. De observar la tabla 2 y la figura 2, se puede concluir que la utilización de los enlaces es baja con lo que no parece descabellado pensar en cursar voz a través de estos Ademas es posible concluir que los fenómenos de más baja ocupación del enlace son mas probales que cualquier otro, y que los picos de probabilidad de ocupación están similarmente espaciados (máximo modo 1 entre 1518 y 3036 con probabilidad entre 0.25 y 0.35 y máximo modo 2 entre 9108 y 10626 con probabilidad entre 0.04 y 0.08). 4.2 Ocupación del canal debido a la voz Para determinar la ocupación del canal de 64 K de una oficina típica por una llamada de voz usando los diferentes CODEC s implementados, se siguió una metodología que varia con respecto a la de las transacciones, debido a dos puntos 4

La corta duración de las llamadas de voz con respecto a un día de operación normal de una oficina. La necesidad de determinar los puertos TCP para dar prioridades en los enrutadores a este tipo de tráfico Por estos dos puntos se tomo la decisión de usar un analizador de protocolos para hacer la captura de todos los paquetes de voz, y filtrarlos (ya que solo interesan los paquetes de voz) y asi determinar la tasa de bit de la aplicación usando una macro de MS Excel. (G.729-a = 32.072 K, GSM = 43..746 K, G.711=96.079 K, G.726-24 = 40.765 K, G.726-16=26.329 K, G.729 = 14.964 K, G.723-6.3 = 11.969 K y G.723-5.3 = 10.275 K), haciendolos mas atractivos de implementar; por lo menos en cuanto a consumo de recursos faltando todavía la valoración subjetiva de las pruebas de calidad de voz entregada Para las pruebas se utilizó una conversación estándar de 5 minutos de duración, con los mismos interlocutores y en el ambiente controlado que se aprecia en la figura 3 se interrumpio el enlace WAN para colocar el analizador de protocolos Nube IP 64 K 64 K Puerto FXS Router Cisco 3600 Puerto FXS Analizador de Protocolos Router Cisco 2600 Puerto FXS Puerto FXS Figura 4. Histograma de tasa de bit de los CODEC s G.729, G.723 6.3 y G.723 5.3 Figura 3. Ambiente de prueba de Cisco Los CODEC s probados se listan en la tabla 3. En la figura 4. se puede observar claramente que la dispersión de tasa de bit en el enlace de prueba es muy pequeña, y que esta se concentra en los tres casos por debajo de los 21000, con lo que es posible pensar que cualquiera de estas llamadas de voz puede ser cursada en uno de los enlaces actuales. Solución Cisco Systems Ericsson Nortel Networks CODEC's Medidos G.723 5.3 K G.723 6.3 K G.729 G.726 16 K G.726 24 K G.711 a-law GSM G.729 a Tabla 3. CODEC s probados En la figura 4 se presenta el histograma de frecuencias de utilización de tasa de bit para los CODEC s que mayor compresión realizan a la voz; estos interesan especialmente ya que su promedio de tasa de bit es apreciablemente menor a los otro 5 CODEC s probados. 4.3 Tasa de bit conjunta (voz + datos) A simple vista es posible creer que con la ocupación media obtenida de las mediciones de tasa de bit tanto de oficinas como de llamadas telefónicas (CODEC s G.723 5.3, G.723 6.3 y G.729), es posible cursar voz, pero todavía no existe una completa certeza. Por esta razón, con los datos medidos de voz y tomando a la oficina de Unicentro como tipo, se realizo una superposición de variables aleatorias, para tener una primera aproximación de lo que seria la tasa de bit de voz y datos en un enlace; los resultados se presentan en la tabla 4. 5

Percen Unicentro + G.726 R24 Unicentro Unicentro + G.726 R16 + G.729 Unicentro + G.723 6.3 Unicentro + G.723 5.3 0% 11,463 13,135 14,783 10,583 10,519 5% 34,951 24,023 19,015 16,847 16,127 10% 36,007 27,271 20,423 17,719 16,759 15% 36,535 28,007 21,239 18,247 17,111 20% 37,095 28,743 21,783 18,743 17,591 25% 37,847 29,319 22,375 19,127 17,991 30% 41,847 30,263 22,935 19,647 18,311 35% 44,631 32,823 23,351 20,071 18,599 40% 47,127 33,927 23,903 20,599 19,319 45% 51,847 35,367 24,527 21,239 19,463 50% 54,551 36,559 24,887 21,735 19,895 55% 55,799 38,151 25,319 22,119 20,295 60% 56,919 38,919 25,623 22,631 20,583 65% 58,743 40,183 25,991 23,271 21,079 70% 59,447 40,951 26,423 23,671 21,399 75% 60,295 41,863 26,775 23,927 21,719 80% 61,111 42,759 27,167 24,279 22,135 85% 61,895 44,103 27,607 24,679 22,615 90% 62,439 45,543 28,447 25,127 23,127 95% 63,527 46,151 29,207 25,895 23,751 100% 67,143 49,463 30,655 27,479 27,175 Tabla 4 Suma histogramas tasa de bit de datos + VoIP para la oficina de Unicentro De los resultados de la tabla 4, se confirma la posibilidad de cursar una llamada por los enlaces WAN de las oficinas sucursales, pero llama la atención que con una sola llamada de voz, la utilización del canal sea tan alta; ya que se planea instalar dos teléfonos por oficina, ademas se debe tener en cuenta que este método es meramente indicativo y que no tiene en cuenta cosas como retardo y tamaño de los buffers. También es importante resaltar que esta superposición no presenta toda la información necesaria para determinar la utilización de un enlace con mas de dos oficinas y mucho menos para ciudades como Pereira y Cartagena que tienen 4 y 5 oficinas respectivamente y cuyo enlace de acceso a Bogotá es de 64 K. Es en este punto en donde las mediciones de tasa de bit dejan de ser útiles, para dar paso a la simulación, en donde los fenómenos de retardo, utilización efectiva del canal y tamaño de los buffers pueden ser estudiados con detalle. 5. Pruebas Subjetivas de calidad de voz Ya que una mínima utilización de la tasa de bit disponible en los enlaces WAN para una aplicación de telefonía sobre IP no garantíza que una llamada de voz tenga una calidad satisfactoria, paralelamente a las pruebas objetivas, se han llevado a cabo pruebas subjetivas que miden la calidad de voz de sistemas telefónicos, independientemente de su naturaleza. La ITU-T ha desarrollado las recomendaciones P.800 y P.50 cuyo tema son pruebas subjetivas para medir la calidad de voz de sistemas telefónicos, estas recomendaciones serán tenida en cuenta para este estudio. Dentro de las pruebas subjetivas que la ITU-T recomienda, se han escogido tres que son las que presentan la mejor relación con los tópicos que interesa medir Conversación (/5) En esta prueba se escogen varios grupos de parejas (con criterios específicos ya diseñados por la recomendación) y se hace que la conversación sea calificada por cada una para luego hacer las pruebas estadistas pertinentes así: Esfuerzo de Escucha (/5) Esta prueba busca establecer el esfuerzo necesario para que el significado de las frases sea comprendido por las mismas personas antes seleccionadas. Detectabilidad de Respuesta Cuantificada (/7) A veces es necesario investigar el ruido, desvanecimiento y otras perturbaciones mediante la respuesta de los participantes de la prueba. Ya que en la prueba las mediciones se realizan en 2 escenarios: el primero de ellos con la red en las mejores condiciones de retardo y perdida de paquetes y el segundo con una red congestionada; se congestiono el ambiente controlado utilizando una transferencia de archivos a través FTP, protocolo reconocido por su voracidad de recursos. Para efectos prácticos, los resultados de los CODEC s G.723 5.3, G.723 6.3 y G.729 fueron agrupados bajo el titulo Cisco 1 y los CODEC s G.726 16, G.726 24 y G.711 6

bajo el titulo Cisco 2. Los resultados se aprecian en la tabla 5 Conversación Esfuerzo Escu. Rta. Cuantificada Limpia Congest Limpia Congest Limpia Congest Cisco 1 4.0 3.4 3.7 3.4 4.6 2.8 Cisco 2 3.8 3.3 3.6 3.3 4.5 2.6 Ericsson 3.7 3.3 3.7 3.3 4.5 2.5 Nortel 3.7 3.4 3.6 3.2 4.6 2.4 PBX 4.0 4.0 4.9 Tabla 5 Pruebas Subjetivas En la tabla 5 se observa el fuerte impacto que tiene la congestión del enlace en todas las implementaciones de VoIP, independiente del proveedor utilizado, y aunque se aprecian pequeñas diferencias en la calidad de voz percibida por el jurado 2 que se inclina por un grupo de soluciones, es evidente que los protocolos de reserva de recursos todavía no conservan una buena calidad de voz en condiciones de alto tráfico 6. Caracterización de tráfico y Simulación Ya que las mediciones no ofrecieron los suficientes elementos de juicio para determinar el impacto de VoIP en términos de métricas cuantificables a medida que se escala en el numero de llamadas, se recurrió a la simulación para obtener resultados mas concretos. Para empezar se debe determinar la fdp de la tasa de llegada de paquetes, así como el tamaño de los mismo tanto del trafico transaccional como de los CODEC s de interés 3 Para caracterizar el tráfico transaccional se realizaron mediciones en varias oficinas usando un analizador de protocolos capaz de capturar todos los paquetes del enlace medido y determinar su tiempo de paso con una exactitud de milésima de segundo, y dado que captura los paquetes es fácil determinar el tamaño de los mismos. En el caso de la caracterización de las llamadas de voz, se utilizaron las mismas mediciones hechas para determinar la tasa de bit. 2 El vencedor en calidad de voz es Cisco con los CODEC s del grupo Cisco 1: G.723 5.3, G.723 6.3 y G.729 3 G.723 5.3, G.723 6.3 y G.729, según las mediciones realizadas Con estos datos se procedió a utilizar un paquete que ofreciera facilidades de análisis estadístico de muestras y para esto se uso el Input Analizer del software de simulación por eventos discretos Arena [17], de amplia difusión Durante las pruebas de ajuste estadístico 4, se encontró que las tasas de llegada de paquetes eran capaces de ajustarse a diversas funciones de densidad de probabilidad con un valor p aceptable, pero todas eran ajustables a una función exponencial, encajando con el modelo clásico poissoniano, por lo que se decidió usar estos resultados, que se aprecian en la tabla 6.[8] CODEC Función Paquetes (Bytes) G.711 EXP (29.2353) 166 EXP (26.4197) 166 EXP (27.7935) 66 G.726 24 K EXP (24.2003) 66 EXP (29.0979) 46 G..726 16 K EXP (27.7737) 46 G.729 EXP (25.6728) 26 EXP (25.5559) 26 EXP (39.9311) 30 G.723 6.3 K EXP (38.5818) 30 EXP (39.7709) 26 G.723 5.3 K EXP (40.3788) 26 Oficina EXP (435) EXP (385) EXP (428) EXP (393) No Valor p Muestras 10305 < 0.005 11521 < 0.005 10476 < 0.005 11982 < 0.005 10345 < 0.005 10838 < 0.005 11712 < 0.005 11659 < 0.005 7531 < 0.005 7794 < 0.005 7631 < 0.005 7521 < 0.005 7692 < 0.01 7236 < 0.01 Tabla 6 Parámetros de las pruebas de ajuste Para fortalecer la presunción del modelo possoniano, se determino la correlación datos obtenidos de las mediciones, mediante una técnica gráfica, que consiste en un diagrama de dispersión de las parejas (Xi ; Xi+1) para i = 1,2,...,i-1. Si los valores de X son independientes, se espera que los puntos (Xi ; Xi+1), aparezcan aleatoriamente en el primer cuadrante, en caso contrario estos tenderán a una línea de pendiente positiva o negativa según sean estos positiva o negativamente correlacionados.[9]. Esta técnica se uso para todos los datos obtenidos y se presenta para el CODEC G.729. en la figura 5 4 Smirnov - Kolmogorov 7

buffers, que tienen impacto directo en el retardo y las tramas perdidas y no en la capacidad de procesamiento de los enrutadores, esto se demuestra fácilmente usando una formula básica de teoría de colas así. Po= probabilidad que es sistema este libre λ=tasa de llegada de paquetes µ=tasa de atención 5 Figura 5 Diagrama de dispersión CODEC G.729 En la figura 6 se puede apreciar un histograma de la tasa de llega de paquetes del CODEC G.729 y su respectiva curva de ajuste λ = 34.2052 _ pps µ = 7000 _ pps ρ = λ µ 34.2052 = = 0.00488 7000 = 1 ρ P 0 0 = (1 ρ)*100% = P 99.51% Con una probabilidad teórica de encontrar el enrutador disponible el 99.51% de las ocasiones se demuestra por que para este estudio no es determinante al ocupación de los enrutadores. La red que se piensa simular esta compuesta por las ciudades ya mencionadas y conectadas a través de Bogotá como nodo de transito. Ver figura 6 8. Figura 6 Histograma tasa de llegada CODEC G.729 6.1 Simulación Una vez determinados los parámetros de la sección anterior es posible emprender el plan de simulación de la red que interesa para este estudio. Para la simulación se utilizara el software COMNET III. Conociendo la red y una vez hecho el trabajo de determinar las ciudades que ademas de ser objeto de implementación de VoIP, presentan las condiciones mas complejas. Se encontró que Cartagena y Pereira por tener 5 y 4 sucursales respectivamente y por estar conectadas a Bogotá por un enlace de 64 K cada una, presentan las condiciones óptimas para realizar la simulación en la que se determino el comportamiento de los 3 CODEC s mas atractivos en condiciones de más de una llamada y con problemas de recursos limitados Antes de simular es importante determinar que parámetros intresan, y es fácil determinar que el cuello de botella se encuentra en el throughput del canal y el tamaño de los Se establecerá progresivamente una llamada cada vez, hasta tener simultáneamente 4 llamadas entre las dos ciudades. No se simula el trafico hacia otras ciudades por dos motivos Las otras ciudades candidato a tener VoIP, tienen un numero menor de oficinas haciendolas escenarios menos atractivos Las ciudades que ya tienen solución de VoFR cursaran las llamadas por la red actualmente en operación, teniendo que pasar por Bogotá, que es un escenario que ya se tiene en cuenta Cabe anotar que adicional al tráfico de voz, se encuentra un trafico de naturaleza transaccional que viaja entre las oficinas y el host central en ambos sentidos, según fue caracterizado en un apartado anterior de este documento 5 Las tasas de atención y llegada de paquetes fueron obtenidas según las mediciones hechas y por datos recopilados con los proveedores 6 Los parámetros de la red tales como marca y tipo de enrutadores y otros equipos fueron cuidadosamente observados como parámetros de la simulación 8

Sucursal 5 Sucursal 4 Tamaño promedio del buffer (5 sucursales) Sucursal 4 WAN Frame Relay Sucursal 3 Sucursal 2 Sucursal 1 C/tagena ASN Bogotá BCN 64K 64 K WAN Frame Relay Sucursal 3 Sucursal 2 Pereira ASN Sucursal 1 B/seg 400 300 200 100 0 G.723 5.3 G.723 6.3 G.729 Figura 8 Red objeto de simulación En la simulación se lpresto especial cuidado a 3 factores básicos: Tamaño promedio del buffer Utilización promedio del canal Retardo promedio Y basándose en estos se presentan los resultados obtenidos; en las figuras 9, 10, 11 y 12. Las figuras 9 y 10 presenta el crecimiento pronunciado de los buffers en el caso de 4 y 5 sucursales respectivamente, cuando se realizan entre 0 y 4 llamadas. Tamaño promedio del buffer (4 sucursales) 0 llamada 1 llamada 2 llamada 3 llamada 4 llamada Figura 10. Tamaño promedio del buffer del enrutador concentrador de Cartagena (5 sucursales) En las figuras 9 y 10 se observa la gran diferencia que existe en ambos escenarios ya que con una sola oficina de adicional y para 4 llamadas telefónicas, el aumento del tamaño del buffer es muy importante: crece en proporciones de 1024%, 4617% y 4610% para los CODEC s G.723-5.3, G723-6.3 y G.729. respectivamente En la figura 11 se observa la utilización promedio del enlace WAN de la ciudad de Cartagena, que guarda mucha similitud con la utilización promedio del enlace de Pereira para el mismo número de llamadas, esta figura presenta el aumento escalonado de la utilización del enlace, y su misión es determinar el peso de una llamada de voz en términos de tasa de bit, este peso en promedio es de cerca de 8 K, y empieza a disminuir a medida que se acerca al nivel de saturación del enlace. Ver figura 11. B/seg 10 8 6 4 2 100 90 80 % 70 Utilización promedio del canal 0 G.723 5.3 G.723 6.3 G.729 60 50 0 llamada 1 llamada 2 llamada 3 llamada 4 llamada 40 G.723 5.3 G.723 6.3 G.729 0 llamada 1 llamada 2 llamada 3 llamada 4 llamada Figura 9. Tamaño promedio del buffer del enrutador concentrador de Pereira (4 sucursales) Figura 11. Utilización promedio del canal de 64 K En Cartagena (5 sucursales) 9

ms Retardo promedio enlace WAN 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 G.723 5.3 G.723 6.3 G.729 0 llamada 1 llamada 2 llamada 3 llamada 4 llamada evidencio cuando las condiciones de la red eran las mejores (trafico moderado) eran comparables a una PBX normal, cuando estas condiciones cambiaron (alto trafico) la calidad percibida por el jurado de todos los sistemas telefónicos probados se decremento sustancialmente. También es evidente que no existen grandes diferencias en cuento a calidad de voz en uno y otro proveedor, en cambio lo que si los diferencia son los dispositivos utilizados para empaquetar voz en datagramas IP, ya que cada uno utiliza su fortaleza para hacerlo (Nortel en sus plantas telefónicas, Cisco con sus enrutadores y Ericsson diseño un equipo especialmente para esa labor, que en ultimas es la tendencia para grandes TELCOS ). Figura 12. Retardo promedio del canal de 64 K En Cartagena (5 sucursales) Un resultado que resulta preocupante es el de retardo promedio en el enlace, y su desmedido aumento al pasar de tres llamadas a cuatro, aumentado porcentualmente en 612%, 1331% y 1375% para los CODEC s G.723-5.3, G.723-6.3 y G.729 respectivamente. Este resultado evidencia el problema mas grande de VoIP Y es que un canal sigue admitiendo llamadas independiente de las condiciones de congestión del mismo, desmejorando las condiciones de servicio para las llamadas ya establecidas. 5. Conclusiones. Un resultado significativo obtenido a partir de este estudio, es que no existen mecanismos de bloqueo de llamadas en VoIP, tal como existen en la telefonía convencional, estos mecanismos probaron ser útiles cuando en las simulaciones, una sola llamada adicional deterioro por completo la calidad de la conexión representada en tamaño del buffer y retardo promedio. El que este mecanismo no este presente significa que el desempeño de un enlace y de la red completa se ve comprometido cada vez levanta un teléfono. Este mecanismo de bloqueo de llamadas debería estar asociado a variables que no impliquen envío de paquetes a través del enlace como por ejemplo el tamaño del buffer A través de las pruebas subjetivas se demostró que los protocolos de reserva de recursos, todavía están en sus etapas iniciales ya que si bien la calidad de voz que se El que todavía no exista una tendencia por parte de los proveedores acerca del tipo de equipos que se utilizaran en este tipo de soluciones hace que en el afán de salir al mercado, muchas de las soluciones adolezcan de facilidades que sistemas telefónicos convencionales han implementado hace ya bastante tiempo (llamadas en espera, conferencia, tarificación, etc.). Y que además presenten implementaciones complicadas y que funcionalmente tengan deficiencias. Un aspecto que llamo mucho la atención del autor es el gran tamaño que puede llegar a tener el encabezado IP con respecto al tamaño total del paquete IP. Recordemos que con los CODEC s G.729, y G.723 5.3 el tamaño de los paquetes es de 26 bytes y que además el tamaño mínimo de un encabezado IP es de 20 bytes, lo que deja solo 6 bytes de carga útil. Esta diferencia es de 3.33 : 1 lo que resulta absurdo. Valdría la pena consultar con los proveedores si existen planes de comprimir el encabezado IP para que esta diferencia sea menos notoria; claro que cualquier esfuerzo en esta dirección estaría directamente relacionado con un aumento en la capacidad de procesamiento. El que los tiempos de llegadas entre paquetes hayan podido ajustarse bien a una fdp exponencial y que además resulten no correlacionados no es un resultado ni mucho menos inesperado, lo que si de alguna manera es nuevo es que los tiempos entre llegadas de CODEC s con tasas de bit tan disímiles como G.711 y G.729, guarden semejanzas tan cercanas y que lo único que los diferencie claramente en cuanto a trafico inyectado en la red sea el tamaño de los paquetes (166 y 26 bytes respectivamente). 10

6. Referencias Bibliográficas [1]. VoIP Gateways: Voicing Doubts? Lab Test. Data Communication Magazine Septiembre de 1999. [2]. Internet Protocol Data Communication Service - IP Packet Transfer and Availability Performance Parameters, Draft New ITU-T Recommendation I.380. [3] Daniel Minoli y Emma Minoli, Delivering Voice over IP Networks, Wiley Computer Publishing 1998 [4] Internet telephony: going like crazy, Guy Thomsen & Yashvant Jani. IEEE Spectrum Magazine Mayo 2000. [5] Gary N. Higginbottom. Performance Evaluation of Communication Networks,. Artech House Inc, 1998 [6] Raj Jain, The Art of Computer Systems Performance Analysis,. Jhon Wiley & Sons, 1991} [7] William Stallings, SNMP and SNMPv2: The Infratructure for Network Management. IEEE Communications Magazine, Marzo de 1998. pp 37 43 [8] Analysis and modeling of traffic in modern data communication networks, marzo de 2000 [9] Jerry Banks & John S. Carson II. Discrete-Event System Simulation,. Prentice Hall Inc, 1984. [10] Packet Network Simulation: Spedup and Accuracy versus timing granularity, Jong Suk & Peter B. Danzig. IEEE/ACM Transactions on Networking Vol. 4 No 5. Octubre de 1996 [11] Diclosure on A Simulation Environment and traffic Models for Performance Analisis of Wide Area Networks, Steve M. Klivansky & Amarnath Mukherjee. GIT-CC-95-007. [12] Surveyor: An Infrastructure for Internet Performance Measurements, Sunil Kalidini & Matthew j. Zekauskas [13] Lakshmi Raman, OSI Systems and Network Management. IEEE Communications Magazine, Marzo de 1998. pp 46 53 [14] William Stallings, Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall 1997. Pp 681-691. [15] Udupa Divakara, TMN : Telecommunications Management Network. McGraw-Hill, 1999 [16] Internet Protocol Data Communication Service - IP Packet Transfer and Availability Performance Parameters, Draft New ITU-T Recommendation I.380. [17] David Kelton, Randall P. Sadowski & Deborah A. Sadowski, Simulation with Arena, W.. McGraw Hill 1998. [18] David Kelton, Randall P. Sadowski & Deborah A. Sadowski, Simulation with Arena, W.. McGraw Hill 1998. 11