TRABAJO ESPECIAL DE GRADO SISTEMA DE COMUNICACIÓN PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ, DATOS Y VIDEO, ENTRE LA CENTRAL DIGITAL DE LA EMPRESA CANTV EN LA CIUDAD DE PALO NEGRO Y EL SECTOR LOS HORNOS DE LA MISMA CIUDAD Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela para optar al Título de Ingeniero Electricista Por el Br. Sevilla Enrique. Caracas, 2007
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO SISTEMA DE COMUNICACIÓN PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ, DATOS Y VIDEO, ENTRE LA CENTRAL DIGITAL DE LA EMPRESA CANTV EN LA CIUDAD DE PALO NEGRO Y EL SECTOR LOS HORNOS DE LA MISMA CIUDAD Profesor Guía: Luís Fernández Tutor Industrial: Juan Ávila Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela para optar al Título de Ingeniero Electricista Por el Br. Sevilla Enrique Caracas, 2007 ii
DEDICATORIA A Dios quien me dio la luz de la vida y me ha cubierto con su manto protector y me ha indicado el camino a seguir en todo momento. A mis Padres, quienes me han brindado su apoyo incondicional y han sido mi gran respaldo. Todas la metas que he alcanzado en mi vida han sido pensando en ellos, y en hacerlos sentir orgullosos y en devolverle de alguna manera todo lo que han hecho por mi A mi Familia, por siempre estar a mi lado y colmarme de bendiciones y buenos deseos día a día. A mis amigos que me alentaron y dieron fuerzas en los momentos difíciles. iii
AGRADECIMIENTOS A Dios por darme vida, y por darme tantos regalos y bendiciones. A mis Padres, les agradezco infinitamente por todo lo que me han ayudado y apoyado. A mis Profesores que con ética me han hicieron crecer como persona y dejaron un poquito de sus conocimientos. A todos los muchachos de CANTV Aragua, a todos aquellos que me adoptaron y se esforzaron por enseñarme. A mis amigos y compañeros de clases, que nunca me abandonaron y siempre me brindaron su ayuda, se convirtieron en mi familia y siempre los llevaré en el corazón. Muchas Gracias a todos aquellos que me llenaron de buenos deseos y estuvieron conmigo a lo largo de esta difícil carrera. iv
Sevilla G., Enrique J. SISTEMA DE COMUNICACIÓN PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ, DATOS Y VIDEO, ENTRE LA CENTRAL DIGITAL DE LA EMPRESA CANTV EN LA CIUDAD DE PALO NEGRO Y EL SECTOR LOS HORNOS DE LA MISMA CIUDAD Profesor Guía: Luis Fernández Tutor Industrial: Juan Ávila. Tesis. Caracas. U.C.V. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Opción: Comunicaciones. Institución: Compañía Anónima de Teléfonos Nacionales (CANTV), trabajo de grado 2008. 84 h+anexos Palabras Clave: Sistema de comunicación; transmisión de voz; datos y video; NGN. Resumen. Se plantea el diseño de un sistema de comunicaciones para la transmisión de voz, datos y video dada la necesidad de interconectar el nodo NGN de acceso ubicado en la urbanización Los Hornos del estado Aragua y la Central Palo Negro de CANTV debido a la carencia de servicio telefónico en la zona, La metodología diseñada en el presente trabajo de grado consistió en indagar en la Central Palo Negro de CANTV y el Sector Los Hornos acerca del sistema de transmisión de datos, específicamente de la capacidad de los dispositivos existente en cada zona y disponibilidad de los recursos existentes; lo que proporcionó los datos necesarios para la estructuración de la propuesta como posible alternativa de solución a la problemática presentada. Se estudiaron varias alternativas para el problema planteado, alternativas como enlaces de microondas y conexiones de fibra óptica. Por último se realizaron las conclusiones y recomendaciones obtenidas gracias a la aplicación de dicha metodología. v
INDICE GENERAL Pág. CONSTANCIA DE APROBACION DEDICATORIA.......iii AGRADECIMIENTOS iv RESUMEN...v INDICE GENERAL... vi LISTA DE TABLAS... ix SIGLAS... x ACRONIMOS... xi INTRODUCCION... 1 CAPITULO I... 2 IDENTIFICACION DE LA COMPAÑIA... 2 1.1 Nombre de la empresa... 2 1.2 Descripción de la empresa... 2 1.3 Objetivos de la organización... 2 CAPITULO II... 3 2.1. Planteamiento del problema...3 2.2. Objetivos de la investigación...4 2.2.1. Objetivo general...4 2.2.2. Objetivos específicos...4 2.3. Justificación de la investigación...4 2.4. Metodología...5 2.4.1. Fase I Levantamiento de información...5 2.4.2. Fase II Formulación del planteamiento del problema...5 2.4.3. Fase III Desarrollo de basamentos y/o concepciones conceptuales y metodológicas...5 2.4.4. Fase IV Análisis de la situación actual (estudio topográfico)...6 2.4.5. Fase V Diseño de la propuesta...6 2.5. Limitaciones...6 CAPITULO III. 8 MARCO TEÓRICO... 8 3.1 Arquitetura TCP/IP...8 3.1.1 Capa de aplicación...8 3.1.2 Capa de transporte...10 3.1.3 Capa de internet...11 3.2 Redes telefónicas...14 3.2.1 Red de telefonía pública conmutada (PSTN)...14 3.2.2 NGN (Next Generation Network/Redes de Próxima Generación)...14 3.3 Componentes de la red NGN...16 3.3.1 Softwitch...16 3.3.2 Media gateway...18 3.3.3 Signalling gateway...19 3.3.4 Media server...20 3.3.5 Feature server...21 vi
3.4 Evolución del modelo de red tradicional, PSTN, hacia el nuevo concepto de NGN...22 3.5 Nueva generación de redes (NGN) vs PSTN...24 3.6 Protocolos usados en NGN...27 3.6.1 Protocolos H.248/MGCP...27 3.6.2 SIP y H.323...28 3.6.3 SIGTRAN...29 3.7 Características principales del sigtran...32 CAPÍTULO IV... 34 SITUACIÓN ACTUAL... 34 4.1 Situación actual...34 4.2 Modelo para el desarrollo de la red...35 4.3 Esquema de contracción de la red...35 4.4 Estructura de la propuesta...38 4.5 Características del nodo de acceso...38 4.6 Estudio de capacidad de transmisión de datos del UA5000...41 4.6.1 Transferencia de archivos y texto...42 4.6.2 Sonido...42 4.6.3 Vídeo...43 4.6.4 Restricciones por tipo de tráfico...43 4.7 Conexión del UA5000 a la red IP de CANTV...46 4.8 Estimación de costos para el uso de fibra óptica y radio...47 4.9 Comparación fibra óptica vs radio microondas...48 4.9.1 Economía...48 4.9.2 Capacidad....49 4.9.3 Tiempo de instalación....49 4.9.4 Eficiencia del servicio y escalabilidad....49 4.10 Puntos a enlazar...50 4.11 Análisis del espectro de frecuencia...51 4.12 Perfil del enlace...55 4.13 Cálculo de potencia de señal...58 4.14 Diagrama de interconexión...59 CAPITULO V... 60 PRUEBAS Y MEDICIONES... 60 5.1 Medición de potencia....60 5.2 Prueba de conectividad ip...62 5.3 Pruebas de velocidad del enlace...63 5.4 Descripcion para la prueba de administracion web...66 CONCLUSIONES... 68 RECOMENDACIONES... 70 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 71 BIBLIOGRAFIA... 72 vii
LISTA DE FIGURAS FIGURAS Pág. 1. Comparación modelo TCP/IP y modelo OSI...8 2. Capas de adaptación S7UP/S7AP...29 3. Transporte de MTP3 entre dos puntos de señalización IP, mediante M2UA...30 4. Transporte de primitivas MTP3 hacia una copia MTP2 remota, mediante M2UA.31 5. Aplicaciones de conexiones de trabajo en red de una UA5000...39 6. Conexión del UA5000 a la red IP de CANTV...47 7. Esquema de utilización de equipos para el barrido de Frecuencia...53 8. Funcionalidades del sistema AS3030...54 9. Mapa topográfico...56 10. Perfil topográfico Los Hornos CANTV Palo Negro...57 11. Diagrama de interconexión...59 12. Esquema de la prueba...60 13. Resultado de prueba de gestión... 67 viii
LISTA DE TABLAS TABLA Pág. 1. NGN vs PSTN... 24 2. Componentes de NGN...26 3. Características del equipo UA5000. (Unidad de Acceso Universal)...40 4. Características de interconexión a redes del UA5000...41 5. Requerimientos de delay y jitter para diferentes aplicaciones...44 6. Diferentes codecs usados por el nodo de acceso...45 7. Ancho de banda requerido de acuerdo al codec usado...46 8. Estimación de costos...48 9. Condiciones del nodo de acceso Los Hornos....50 10. Condiciones de Instalación en Central Palo Negro...51 11. Análisis Espectral en la Localidad Los Hornos...52 12. Análisis Espectral en la Central Palo Negro...52 13. Perfil Topográfico del de enlace Los Hornos CANTV Palo Negro...56 14. Descripción técnica de los puntos a enlazar...58 15. Cálculo de Potencia de Señal Los Hornos - CANTV Palo Negro...58 16. Valores teóricos de niveles de Potencia del Enlace...61 17. Resultados Obtenidos de niveles de Potencia del Enlace...61 18. Direcciones Ip de Los Radios...62 19. Direcciones Ip de las PC s...62 20. Resultado de la Prueba de Ping...63 ix
SIGLAS CANTV: CCITT: CONATEL: UCV: Compañía Anónima Nacional Telefónica de Venezuela. Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico. Comisión Nacional de Telecomunicaciones. Universidad Central de Venezuela. x
ACRÓNIMOS ATM: Asynchronous Transfer Mode ó Modo de Transferencia Asíncrona. CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection ó Portador. DTE: Data Terminal Equipment o Equipo Terminal de Datos. IP: Internet Protocol ó Protocolo de Internet. ISDN: Integrated Services Digital Network ó Red Digital de Servicios Integrados. ISP Internet Service Provider. LAN: Local Area Network ó Red de Área Local. MPLS: Multiprotocol Label Switching. NGN: Next Generation Network (Redes de Próxima Generación) OSI: Open System Interconection ó Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos. PBX: Private Branch exchange o Private Business Exchange. PCM: Pulse Code Modulation ó Modulación por Impulsos Codificados. PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy ó Jerarquía Digital Plesiócrona. PSTN: Public Switched Telephone Network ó Red Telefónica Conmutada. PVC: Permanet Virtual Circuite ó Circuito Virtual Permanente. RF: Radio Frequency ó Radio Frecuencia. RTU: Remote Terminal Unit ó Unidad de Terminal Remoto. SAP: Systems Applications and Products, Sistemas Aplicaciones y Productos. xi
SDH: Synchronous Digital Hierarchy ó Jerarquía Digital Sincrónica. SMDS: Switched Multi-megabit Data Services. SNA: Systems Network Architecture ó Arquitectura de Sistemas de Red. SPVC: Soft Permanent Virtual Circuit. STM: Synchronous Transmission Module ó Modulo de Transmisión Digital. TDM: Time Division Multiplexing ó Multiplexación por División de Tiempo. TDMA: Time Division Multiple Access ó Acceso Múltiple por División de Tiempo. TIC: Telecomunicaciones, Informática y Computación. VCI: Virtual Circuit Identifier ó Identificador de Circuito Virtual. VCF: Videoconferencia. WAN: Wide Area Network ó Red de Área Extendida. xii
INTRODUCCIÓN La empresa CANTV es propietaria de la mayor parte de la infraestructura de la red pública de interconexión, la red pública nacional de telefonía básica local y la de larga distancia, así como de la infraestructura para la transmisión de telefonía de larga distancia internacional. Y Actualmente está migrando su plataforma hacia NGN, lo que le permite ahorrar ampliamente costos de operación y mantenimiento. Parte de esta evolución es la instalación de nodos de acceso en lugares remotos carentes de servicio telefónico, encontrándonos con el problema de cómo interconectar estos nodos de acceso con las centrales más cercanas, este es el motivo de la realización del presente trabajo, el cual fue realizado tomando en cuenta soluciones alámbricas e inalámbricas y comparándolas en diversos aspectos, tales como técnicos, económicos y de operación. Este trabajo a pesar de haberse realizado en una zona específica como lo fue el estado Aragua se pueden extrapolar los resultados obtenidos a cualquier zona en donde se presente condiciones similares, en donde la escogencia de distintos sistemas de comunicaciones tanto alámbricos como inalámbricos. Al final del trabajo se presentan recomendaciones importantes a la hora de realizar trabajos de interconexiones en redes NGN, y sobre el uso de enlaces de microondas para este tipo de utilizaciones. 1
CAPITULO I IDENTIFICACIÓN DE LA COMPAÑÍA 1.1 Nombre de la empresa Compañía Anónima Nacional de Teléfonos de Venezuela (CANTV) 1.2 Descripción de la empresa Es la principal empresa proveedora de servicios de telecomunicaciones de Venezuela, fundada en junio de 1930. Con más de 70 años de operación, la empresa es propietaria de la mayor parte de la infraestructura de la red pública de interconexión, la red pública nacional de telefonía básica local y la de larga distancia, así como de la infraestructura para la transmisión de telefonía de larga distancia internacional. CANTV cuenta con un frente único formado por Movilnet, CANTV.net y Caveguías, que ofrece a sus clientes soluciones integrales a sus necesidades de telecomunicaciones, sean estas comunicaciones fijas, inalámbricas, transmisión de datos, internet o servicios de información y directorios telefónicos. 1.3 Objetivos de la organización Ser el proveedor dominante de soluciones integrales de telecomunicaciones en el mercado defendiendo la marca y el cliente. Aplicar la tecnología para responder oportunamente a las necesidades y requerimientos del mercado. Crear y mantener ventajas competitivas mediante el manejo de la información de su base de clientes. Crear y mantener ventajas competitivas basadas en la calidad de los recursos humanos y servicios. 2
CAPÍTULO II 2.1. Planteamiento del Problema En el mundo de las telecomunicaciones los constantes cambios en la tecnología hacen que las empresas estén siempre interesadas en mantenerse al día para ofrecer a sus clientes mejores servicios y siempre tratando de minimizar sus costos de operación. En este sentido la empresa CANTV, observando la tendencia del mercado hacia la integración de servicios y las ventajas que ofrece la conmutación de paquetes sobre la conmutación de circuitos, está implementando la conversión de su red actual de telefonía a una nueva red conocida como NGN (Next Generation Network). Por tanto, la tecnología y los equipos usados para transportar las señales entre los dispositivos de acceso, es decir los que permiten al usuario conectarse a la red, y los nodos que conforman la misma, son diferentes a los usados en la antigua plataforma. Así surge la necesidad de la implantación de nuevos equipos, con tecnologías diferentes, para la transmisión de señales entre los mencionados nuevos equipos de acceso y la red de transporte IP de CANTV. Específicamente en la urbanización Los Hornos, en la ciudad de Palo Negro Estado Aragua, se instalará uno de los primeros equipos de Acceso NGN, modelo UA5000 fabricado por la empresa Huawei Technologies, el cual se debe interconectar con el anillo Gigabit Ethernet de CANTV, cuyo punto de acceso más cercano se encuentra en la central Palo Negro ubicada a algunos kilómetros de la urbanización Los Hornos. El presente trabajo de grado pretende aplicar una metodología de diseño e implantación de un medio de comunicación entre el punto de Acceso a los usuarios conocido como UA5000 y el punto de acceso a la red Metro de CANTV, que cubra las necesidades de la empresa y llene sus expectativas. 3
2.2. Objetivos de la Investigación 2.2.1. Objetivo General Diseñar un sistema de comunicación para la transmisión de voz, datos y video, entre la central digital de la empresa CANTV en la ciudad de Palo Negro y el Sector los Hornos de la misma ciudad 2.2.2. Objetivos Específicos Determinar los requerimientos del sistema de comunicación para el tráfico cursante entre la central digital de la ciudad de Palo Negro y el Sector los Hornos Analizar los diferentes sistemas de transmisión para su escogencia, tomando en cuenta los aspectos técnicos, económicos y legales Seleccionar los equipos necesarios para la instalación del sistema de comunicación. Realizar la puesta en servicio y las pruebas necesarias del sistema de transmisión, en función de los equipos seleccionados y durante el lapso señalado para la instalación. 2.3. Justificación de la Investigación. Dado la necesidad de las personas de estar comunicados, y a la nueva tendencia de una comunicación basada en la conmutación de paquetes, la empresa CANTV ha decidido la instalación de nodos de acceso NGN en las zonas carentes de servicio telefónico, como es el caso del sector Los Hornos de Palo Negro, en donde se quiere ofrecer un servicio integrado de voz y datos, trayendo como consecuencia la necesidad de un medio de interconexión entre el nodo de acceso a instalar y la central Palo Negro de CANTV. 4
Se justifica entonces la necesidad de diseñar un sistema de comunicación entre la Central NGN Palo Negro de CANTV y el Sector Los Hornos de Palo Negro, para así poder ofrecer un servicio telefónico a una población que lo carece, donde además de voz el usuario pueda tener servicios de datos, y de esa manera ir a la par de las necesidad comunicacionales actuales. 2.4. Metodología 2.4.1. Fase I Levantamiento de Información La misma consistió en indagar en la Central Palo Negro de CANTV y el Sector Los Hornos acerca del sistema de transmisión de datos, específicamente la capacidad de los dispositivos existente en cada zona y disponibilidad de los recursos existentes, lo que proporcionó los datos necesarios para la estructuración de la propuesta como posible alternativa de solución a la problemática presentada. 2.4.2. Fase II Formulación del Planteamiento del Problema Posteriormente, se efectuó la descripción de los tópicos e indicadores más relevantes de la problemática enfocándose de manera macro, meso y medio (es decir, general, específico y en detalles) a fin de formular los objetivos de la investigación, justificación, alcance, limitaciones y factibilidad del proyecto. 2.4.3. Fase III Desarrollo de Basamentos y/o Concepciones Conceptuales y Metodológicas Una vez desarrollada la anterior fase se procedió a la obtención de la información necesaria para sustentar teóricamente el desarrollo de la investigación, obteniéndose el apoyo de anteriores proyectos o trabajos a fin de esclarecer dudas sobre el tema objeto de estudio. 5
2.4.4. Fase IV Análisis de la Situación Actual (Estudio topográfico) Una vez aprobado el proyecto de investigación, el investigador con ayuda de un grupo de trabajo, procedió previa aprobación y revisión de expertos a la aplicación del instrumento diseñado para la obtención de información primaria que le puedan servir de mediación a la obtención de los objetivos propuestos. La misma fue tratada de manera cualitativa. Adicionalmente, se efectuó la identificación de los puntos a enlazar, la altura de las antenas expresada en metros sobre el nivel del mar, además se estableció la altitud y la longitud de los sitios a unir, por medio del uso de un sistema de información geográfica. 2.4.5. Fase V Diseño de la Propuesta Sobre la base de la información obtenida y a los requerimientos y necesidades reales del Instituto, se procedió a la estructuración de las alternativas para mejorar la problemática a fin de optimizar las operaciones diarias de la Central NGN Palo Negro de CANTV y el Sector Los Hornos de palo Negro; además se establecen las conclusiones de la investigación. Por último el establecimiento de recomendaciones, donde el autor propone una serie de sugerencias a ser tomadas en consideración a fin de llevar una excelente administración o gestión sobre los cambios a implementar. 2.5. Limitaciones Durante la realización del proyecto se contaron con ciertas limitaciones que impidieron la realización de actividades que si bien no afectaron el producto final, no permitieron la aplicación en su totalidad de la metodología diseñada. Las limitaciones encontradas fueron las siguientes: 6
a. No se contó con un censo oficial de la zona, por ser una zona relativamente nueva, que permitiera estimar la necesidad real de capacidad de los equipos para la población; sin embargo el cálculo de la capacidad del sistema propuesto se basó en la capacidad del equipo de acceso instalado. b. Por estar realizando el proyecto para un área específica de la empresa, Transmisión Aragua, en muchas ocasiones no se contaba con información de otras áreas por salirse de la competencia del área mencionada, reduciéndose así el alcance de la propuesta y confinándola a un área específica. 7
CAPITULO III MARCO TEÓRICO 3.1 Arquitetura TCP/IP Figura 1: Comparación Modelo TCP/IP y Modelo OSI Fuente: http://www.textoscientificos.com/redes/tcp-ip/comparacion-modelo-osi 3.1.1 Capa de Aplicación Corresponde con los niveles OSI de aplicación, presentación y sesión. Aquí se incluyen protocolos destinados a proporcionar servicios, tales como correo electrónico (SMTP, POP3, IMAP), transferencia de ficheros (FTP, TFTP), conexión remota (TELNET) y transferencia en formatos de hipertexto (HTTP). La capa de aplicación proporciona la habilidad de acceder los servicios de otras capas y define los protocolos que las aplicaciones utilizan para intercambiar 8
datos. Hay varios protocolos para la capa de aplicación y constantemente se están desarrollando nuevos protocolos. Los protocolos de la capa de aplicación más ampliamente conocidos son aquellos usados para el intercambio de información del usuario: El Protocolo de Transferencia de Hipertexto (HyperText Transfer Protocol, HTTP) se utiliza para transferir los archivos que componen las páginas Web. El Protocolo de transferencia de Archivos (File Transfer Protocol, FTP) se utiliza para la transferencia interactiva de archivos. El Protocolo Simple de Transferencia de Correo (Simple Mail Transfer Protocol, SMTP) se utiliza para la transferencia de mensajes de correo y anexos. El Telnet, un protocolo de emulación de terminal, se utiliza para el inicio de sesiones remotas en servidores de red. Adicionalmente, los siguientes protocolos ayudan a facilitar el uso y la administración de redes TCP/IP: El Sistema de Nombre de Dominio (Domain Name System, DNS) se utiliza para convertir un nombre de servidor en una dirección IP. El Protocolo Simple de Administración de Red (Simple Network Management Protocol, SNMP) se utiliza entre la consola de administración de red y los dispositivos de la red (enrutadores, puentes y concentradores inteligentes) para colectar e intercambiar información de administración de la red. 9
3.1.2 Capa de Transporte Coincide con el nivel de transporte del modelo OSI. La capa de transporte (también conocida como la capa de transporte de servidor a servidor) es responsable de proporcionar a la capa de aplicación los servicios de comunicación de sesión y datagrama. Los protocolos base de la capa de transporte son el TCP y el UDP, encargados de manejas los datos y proporcionar la fiabilidad necesaria en el transporte de los mismos. El TCP (Transport Control Protocol, protocolo de control de transporte) proporciona un servicio de comunicación confiable, orientado a conexión, uno a uno. El TCP es responsable del establecimiento de una conexión TCP, la secuenciación y la confirmación de los paquetes enviados, y de la recuperación de los paquetes perdidos durante la transmisión. El UDP (User Datagram Protocol, protocolo de datagramas de usuario) proporciona servicios de comunicación no confiables, uno a uno o de uno a muchos, sin conexión. El UDP se utiliza cuando la cantidad de datos a ser transferidos es pequeña, cuando la carga de establecer la conexión no es deseable o cuando la aplicación o los protocolos de capas superiores proporcionan una entrega confiable. SCTP (Stream Control Transmission Protocol) es un protocolo de comunicación de capa de transporte que fue definido por el grupo SIGTRAN de IETF en el año 2000. El protocolo está especificado en la RFC 2960, y la RFC 3286 brinda una introducción al mismo. SCTP es una alternativa a los protocolos de transporte TCP y UDP pues provee confiabilidad, control de flujo y secuenciación como TCP. Sin embargo, SCTP opcionalmente permite el envío de mensajes fuera de orden y a diferencia de 10
TCP, SCTP es un protocolo orientado al mensaje (similar al envío de datagramas UDP). Las ventajas de SCTP son: Capacidad de Multihoming, en la cual uno (o dos) de los extremos de una asociación (conexión) pueden tener más de una dirección IP. Esto permite reaccionar en forma transparente ante fallas en la red. Entrega de los datos en trozos que forman parte de flujos independientes y paralelos Es capaz de seleccionar y monitorizar caminos, seleccionando un camino "primario" y verificando constantemente la conectividad de cada uno de los caminos alternativos. Mecanismos de validación y asentimiento como protección ante ataques por inundación, proveyendo notificación de trozos de datos duplicados o perdidos. SCTP fue diseñado inicialmente por el grupo SIGTRAN para transportar señalización telefónica SS7 sobre IP. La intención fue proveer en IP algunos de las características de confiabilidad de SS7. Por su versatilidad luego se ha propuesto utilizarlo en otras áreas, como por ejemplo para transportar mensajes de los protocolo DIAMETER o SIP. La capa de transporte comprende las responsabilidades de la capa de transporte OSI y algunas de las responsabilidades de la capa de sesión OSI. 3.1.3 Capa de Internet Corresponde con las definiciones del nivel de red del modelo OSI. Incluye al protocolo IP, que se encarga de enviar los paquetes de información a sus destinos correspondientes. Se utiliza con esta finalidad por los protocolos del nivel de transporte. 11
La capa de Internet es responsable de las funciones de direccionamiento, empaque y enrutamiento. Los protocolos base de la capa de Internet son el IP, ICMP, IGMP y los protocolos de enrutamiento. El Protocolo de Internet (Internet Protocol, IP) es un protocolo enrutable responsable del direccionamiento IP y de la fragmentación y ensamble de los paquetes. El Protocolo de Conversión de Dirección (Address Resolution Protocol, ARP) es responsable de la conversión de las direcciones de la capa de Internet a las direcciones de la capa de la interfaz de red, tales como las direcciones de hardware. El Protocolo de Mensajes de Control de Internet (Internet Control Message Protocol, ICMP) es responsable de proporcionar funciones de diagnóstico y de reporte de errores o de condiciones referentes a la entrega de los paquetes IP. El Protocolo de Administración de Grupo de Internet (Internet Group Management Protocol, IGMP) es responsable de la administración de los grupos IP Multicast. El Protocolo de Información de Enrutamiento (Routing Information Protocol, RIP) es un protocolo de enrutamiento que los enrutadores utilizan para intercambiar información de enrutamiento en una red IP. 12
3.1.4 Capa de Acceso a Red Los niveles OSI correspondientes son el de enlace y el nivel físico. Los protocolos que pertenecen a este nivel son los encargados de la transmisión a través del medio físico al que se encuentra conectado cada host, como puede ser una línea punto a punto o una red Ethernet. La capa de interfaz de red (también llamada la capa de acceso de red) es responsable de colocar los paquetes TCP/IP en el medio de la red y de recibir los paquetes TCP/IP del medio de la red. El TCP/IP fue diseñado para ser independiente del método de acceso a la red, del formato de trama (frame) y del medio. De este modo, el TCP/IP puede ser utilizado para conectar diferentes tipos de red. Esto incluye tecnologías de LAN, tales como Ethernet o Token Ring y tecnologías de WAN tales como X.25 o Frame Relay. Esta capa no aprovecha los servicios de secuenciación y la confirmación que pudieran estar presentes en la capa de enlace de datos. Se asume una capa de interfaz de red no confiable, y la comunicación confiable es responsabilidad de la capa de transporte, a través del establecimiento de la sesión y la confirmación de paquetes. El TCP/IP necesita funcionar sobre algún tipo de red o de medio físico que proporcione sus propios protocolos para el nivel de enlace de Internet. Por este motivo hay que tener en cuenta que los protocolos utilizados en este nivel pueden ser muy diversos y no forman parte del conjunto TCP/IP. Sin embargo, esto no debe ser problemático puesto que una de las funciones y ventajas principales del TCP/IP es proporcionar una abstracción del medio de forma que sea posible el intercambio de información entre medios diferentes y tecnologías que inicialmente son incompatibles. 13
3.2 Redes Telefónicas 3.2.1 Red de Telefonía Pública Conmutada (PSTN) La Red Telefónica Conmutada es una red basada en la conmutación de circuitos, diseñada primordialmente para la transmisión de voz, aunque pueda también transportar datos, por ejemplo en el caso del fax o de la conexión a Internet a través de un módem acústico. Los terminales telefónicos se comunican con una central de comunicación por un solo canal compartido por la señal del micrófono y la que va al auricular (hay una sola señal en el cable en un momento dado compuesta por la de subida más la de bajada), por lo que se hacen necesarios supresores de eco. La voz va en banda base, o sea, sin modulación (la señal producida por el micrófono se pone directamente en el cable). Las señales de control (llamar y colgar) se modulaban sobre el mismo canal con tonos especiales, lo que producía que ruidos pudieran cortar las llamadas. Actualmente ya no ocurre con las centrales digitales. 3.2.2 NGN (Next Generation Network/Redes de Próxima Generación) Es el término usado para describir la evolución de ciertos aspectos en la arquitectura de redes de acceso y transporte en telecomunicaciones que serán desarrolladas en los próximos 5 a 10 años. La idea general detrás de NGN es que una red transporte toda la información y servicios (voz, datos y servicios multimedia tales como video) encapsulando todo en paquetes, tal como es en Internet. NGN comúnmente se construye basado en plataformas IP, por tanto el término all-ip algunas veces se usa para describir la transformación hacia NGN. Es una arquitectura de red orientada a reemplazar las redes PSTN (Public Switched Telephony Network) de telefonía para servicios de voz y multimedia. Particularmente adopta del concepto VoIP (Voice over IP) para implementar el 14
acceso al cliente y el trunking de voz por IP (Internet Protocol) o VoATM cuando se trata de una red ATM. Los paquetes de voz son comprimidos mediante un codec, por ejemplo G.711 o G.729 que serán encapsulados en paquetes RTP- UDP. Mediante un determinado protocolo de sesión/aplicación, por ejemplo H.323, H.248, SIP o MGCP se controla el flujo de voz en tiempo real. En la topología básica, existe un Softwitch, encargado de aceptar, conmutar, controlar y finalizar las sesiones. El Softwitch es la pieza central en la red de telefonía IP, puede manejar inteligentemente las llamadas en la plataforma de servicio de los ISP; un Media Gateway, que cumple las funciones de interconexión con el resto de las redes PSTN o carriers VoIP; un Signalling Gateway que sirve como puente entre la red de señalización SS7 y los nodos manejados por el Softswitch en la red IP, y un Access Gateway mediante el cual se accede a la red. Ventajas 1. Los operadores se vuelven independientes de los vendedores de la tecnología y de los protocolos que los soportan. 2. Los proveedores ganarán más control sobre la creación de servicios, y el software reducirá el costo total del servicio. 3. Un softswitch es generalmente 40 ó 45% menos costoso que un switch de circuitos. Debido a que los softswitches utilizan arquitecturas de cómputo generales en donde el precio y desempeño han mejorado considerablemente, la industria espera que esta tecnología pueda brindar aún mayores ventajas en su costo que los switches de circuitos. 4. Un softswitch puede ser distribuido por toda la red o de manera centralizada. En redes grandes se pueden distribuir varios softswitches para administrar diferentes dominios o zonas. También se puede tener acceso a servicios desde la plataforma de manera local o desde otras regiones. Las redes más pequeñas pueden requerir solamente dos softswitches (para redundancia). Los adicionales se agregan para mantener baja la latencia cuando la demanda de los clientes aumenta. Esto 15
también permite a los carriers utilizar softswitches en nuevas regiones cuando construyen sus redes sin tener que comprar switches de circuitos. 5. Esta tecnología permite una transición suave de circuitos a paquetes, con servicios diferenciados e interoperabilidad a través de redes heterogéneas. 3.3 Componentes de la Red NGN 3.3.1 Softwitch Es un dispositivo que provee Control de llamada y servicios inteligentes para redes de conmutación de paquetes. Un Softswitch sirve como plataforma de integración para aplicaciones e intercambio de servicios. Son capaces de transportar tráfico de voz, datos y vídeo de una manera más eficiente que los equipos existentes, habilita al proveedor de servicio para soporte de nuevas aplicaciones multimedia integrando las existentes con las redes inalámbricas avanzadas para servicios de voz y Datos. La interconexión de las redes de circuitos y las redes conmutadas se logra mediante la tecnología de softswitch, la cual se basa en una combinación de software y hardware que se encarga de enlazar las redes de paquetes (ATM o IP) y las redes tradicionales, las cuales desempeñan funciones de control de llamadas tales como conversión de protocolos, autorización, contabilidad y administración de operaciones. Esto significa que los softswitches buscan imitar las funciones de una red de conmutación de circuitos para conectar abonados, interconectar múltiples centrales telefónicas y ofrecer servicios de larga distancia, de la misma manera como lo hacen las centrales telefónicas actuales. Además el uso de esta tecnología ayudará a los operadores a suministrar servicios nuevos y tradicionales a menor costo. Características Una característica clave del Softswitch, es su capacidad de proveer a través de la red IP un sistema telefónico tradicional, confiable y de alta calidad en todo 16
momento. Si la confiabilidad de una red IP llega a ser inferior al nivel de la calidad de la red tradicional, simplemente el tráfico se desvía a esta última. Las interfaces de programación permitirán que los fabricantes independientes de software creen rápidamente nuevos servicios basados en IP que funcionen a través de ambas redes: la tradicional y la IP. Además los conmutadores por software permiten ofrecer servicios de voz avanzados así como nuevas aplicaciones multimedia, las cuales se caracterizan por: Su inteligencia, la cual les permite controlar los servicios de conexión asociados a las Media Gateways y los puntos terminales que utilizan IP como protocolo nativo. La posibilidad de seleccionar los procesos, los cuales se pueden aplicar a cada llamada. El enrutamiento de las llamadas en función de la señalización y de la información almacenada en la base de datos de los clientes. La capacidad para transferir el control de una llamada a otro elemento de red. Interfaces con funciones de gestión como los sistemas de facturación y provisión. Pueden coexistir con las redes tradicionales de redes conmutadas así como puede proveer los servicios de la tecnología de conmutación de paquetes. Los servicios que pueden soportar incluye Voz, Fax, vídeo, datos y nuevos servicios que serán ofrecidos en el futuro. Los dispositivos finales incluyen teléfonos tradicionales, teléfonos IP, computadores, beepers, terminales de videos conferencia y más. Separar los servicios y el control de llamadas, de los servicios de la red de transporte subyacente es una característica esencial de las redes basadas en softswitch; en función a esto los operadores pueden elegir en todas las capas de la red los mejores productos de cada categoría de distintos fabricantes Control de llamada 17
Control sobre la Calidad y Clase de Servicio. Detalle de las llamadas para facturación. Control de manejo del Ancho de Banda. 3.3.2 Media Gateway El media gateway proporciona el transporte de voz, datos, fax y vídeo entre la Red IP y la red PSTN. En este tipo de arquitectura de red la carga útil se transporta sobre un canal llamado DS0. El componente más básico que posee el media gateway es el DSP (digital signal processors). Sirve de puente para redes de diferentes características, incluyendo PSTN, SS7 y redes IP. Esta función de puente incluye la validación e iniciación del establecimiento de la llamada. Es responsable del manejo del tráfico de Voz y datos a través de varias redes. Típicamente el DSP se encarga de las funciones de conversión de analógico a digital, los códigos de compresión de audio/video, cancelación del eco, detección del silencio, la señal de salida de DTMF, y su función más importante es la traducción de la voz en paquetes para poder ser comprendidos por la red IP. Un Media Gateway soporta: Transmisión de los paquetes de voz usando RTP como protocolo de transmisión. Los recursos del DSP y las ranuras de tiempo del E1 son controladas por el Gateway Controller. Habilidad para escalar en puertos, tarjetas, nodos externos y otros componentes del softswitch. Protocolos de establecimiento de llamadas: H.323, SIP Protocolos de Control de Media: MGCP, MEGACO H.248 Asignación y tiempo de configuración de los recursos DSP. Asignación de Canal DS0. Soporte de traducción digital para IP, FR, ATM y otras redes. 18
3.3.3 Signalling Gateway Crea un puente entre la red SS7 y la red IP bajo el control del Gateway Controller. El Signalling Gateway hace aparecer al Softswitch como un nodo en la red SS7. El Signalling Gateway únicamente maneja señalización SS7, Media Gateway maneja los circuitos de voz establecidos por el mecanismo de señalización. El Protocolo SIGTRAN es definido como un grupo de protocolos y capas de adaptación para transportar la información de señalización sobre las redes IP. SigTran es usado como protocolo entre el Gateway Controller y el Signalling Controller entonces MTP1, MTP2 y SigTran residen en el Signalling Gateway. En este caso MTP3 y los protocolos de alto nivel residen en el Gateway Controller. El Signalling Gateway maneja los siguientes protocolos: SCTP, la cual es responsable de la confiabilidad de la señalización de transporte, evitar la congestión y proporciona control. M3UA, la cual soporta el transporte de ISUP, SCCP y los mensajes TUP sobre IP. M2UA, la cual soporta la congestión y el transporte de los mensajes MTP3. IUA, soporta las interfaces Q.931/Q.921 M2Peer, soporta las interfaces MTP3 a MTP2. Un Signalling Gateway establece el protocolo, tiempo y requerimiento de las redes SS7, también como las funcionalidades equivalentes de la red IP. El Signalling Gateway debe soportar las siguientes funciones: Proveer conectividad física para la red SS7 vía T1/E1 o T1/V.35. 19
Capaz de Transportar información SS7 entre el Gateway Controller y el Signalling Gateway vía red IP. Proveer una ruta de transmisión para la voz y opcionalmente para la data. Proveer alta disponibilidad de operación para servicios de telecomunicaciones. 3.3.4 Media Server Mejora las características funcionales del Softswitch, si se requiere soporta Digital Signal Processing ( DSP) así como las funcionalidad de IVR. Un media server usualmente se clasifica de manera separada del Feature Server porque contiene las aplicaciones de procesamiento del medio. Esto significa que el Media Server soporta un alto funcionamiento del hardware del DSP. Un Media Server no se requiere estrictamente como parte de las funciones del switch. En el contexto ASP este se puede incorporar en la tecnología de switch y proporciona la oportunidad de integrar la voz y los datos en la solución. También es usado para explotar las capacidades del Standard H.110. El Media Server provee las tiene los siguientes requerimientos funcionales. Funcionalidad básica de voicemail. Integrar fax y mail box, notificando por e-mail o pregrabación de los mensajes. Capacidad de videoconferencia, utilizando como medio de transmisión H323 o SIP. Speech-to-text, el cual se basa en el envío de texto a las cuentas de e-mail de las personas o a los beeper usando entradas de voz. Speech-to-Web, es una aplicación que transforma palabras claves en códigos de texto los cuales pueden ser usados en el acceso a la Web. 20
Unificación de los mensajes de lectura para voice, fax y e-mail por una interfaz Ethernet. Fax-over-IP usando el protocolo Standard T.38 IVR/VRU es un dispositivo que tiene como interfaz hacia el usuario un script de voz, y recibe comandos a través de tonos DTMF. 3.3.5 Feature Server Controla los datos para la generación de la facturación, usa los recursos y los servicios localizados en los componentes del softswitch. Se define como una aplicación al nivel de servidor que hospeda un conjunto de servicios. Estos servicios de valor agregado pueden ser parte de CALL AGENT o pueden ser desarrollados separadamente. Las aplicaciones se comunican con el CALL AGENT a través de los protocolos SIP, H.323 y otros. Estas aplicaciones son usualmente hardware independiente pero requieren un acceso ilimitado a las base de datos. Servicios 800: Provee un bajo costo para los altos niveles de tráfico de llamadas entrantes. La translación del número 800 a un número telefónico es proporcionada por la base de datos. El usuario que recibe la llamada al 800 paga el costo de la misma. Servicios 900: Provee servicios de información, contestadora de la llamada, sondeos de opinión pública. El que origina la llamada paga la misma. Servicios de Facturación H.323 GateKeeper: Este servicio soporta enrutamiento a través de dominios. Cada dominio puede registrar su número y los números de acceso troncal con el GateKeeper vía H.323. El GateKeeper provee los servicios de enrutamiento de llamada para cada punto final, puede proveer facturación y control del ancho de Banda para el Softswitch. 21
Tarjeta de Servicios para llamadas: Este servicio permite a un usuario acceder a un servicio de larga distancia vía un teléfono tradicional. La Facturación, autenticación PIN y el soporte de enrutamiento son proporcionados en el servicio. Autorización de llamada: Este servicio establece redes virtuales VPN usando autorización PIN. VPN: Establece redes privadas de voz, las cuales pueden ofrecer las siguientes características: -Ancho de Banda dedicado. -Garantía de Calidad de servicio. -Plan de marcado privado. -Transmisión encriptada. Centro de Servicio: El proveedor de servicio ofrecerá características usualmente encontradas únicamente en Centrales avanzadas y sistemas PBX, tales como: Centralización de llamadas -Características Básicas: Llamadas en espera, transferencia, Correo de Voz y búsqueda. -Facilidades: Auto marcado, identificador de llamada, Velocidad de marcado. -Plan de Marcado a la medida del cliente. -Distribución Automática de llamadas con eficiente enrutamiento a múltiples destinos. -Respuestas basadas en la configuración de un plan de políticas de manejo 3.4 Evolución del modelo de Red Tradicional, PSTN, hacia el nuevo concepto de NGN. En la red pública conmutada PSTN cada dispositivo se conecta a Centrales Telefónicas clase 5, usando un par de hilos referidos como última milla. El teléfono a su vez se conecta a otros usando líneas troncales a través de Centrales Clase 4. La 22
señalización es manejada por las centrales hasta que las conexiones son establecidas, luego el circuito de diálogo se habilita para la conversación entre ambas partes. Las operaciones de colgar, descolgar, intermitencia de la bocina y la emisión de tonos son parte de la señalización desde el dispositivo a la Central. Los Tono de ocupado, Tono de repique, tono de marcado son un tipo de señalización emitida por la Central. El dispositivo telefónico permite el intercambio de información entre el que llama y la persona que es llamada. La información se transmitía de forma analógica a través de pares de cables entre las centrales y los teléfonos. Entre las centrales la comunicación se realiza por medio de modulación TDM y cada llamada toma un ranura de tiempo especial para realizarse. La primera generación de Centrales telefónicas utilizaba un arreglo enorme de circuitos eléctricos basados en Relés para el establecimiento de las conexiones físicas para crear el establecimiento de las llamadas y en algunas ocasiones necesitaban de un operador en paralelo para ejecutar algunas funciones manuales. Este tipo de sistema de telefonía de primera generación se refiere a los servicios básicos los cuales no contemplan las capacidades de caller ID y llamada en espera. Posteriormente surge la generación de Centrales automáticas equipados con generadores de tonos, decodificadores de tono, codificador de pulso rotativo, plan de numeración y plan de cableado que mejoran las características funcionales de los switches de primera generación. En los años 1970 las tecnologías digitales llegaron a ser las más populares utilizado TDM Multiplexación por división de tiempo, lo cual resolvió las limitaciones de los métodos analógicos. La primera implementación de TDM en un canal simple DS0 utilizó 7 bits para digitalizar la voz y un bit para señalización. La 23
Banda de señalización para este tipo de tecnología eventualmente era muy propensa a errores. La información es transmitida a través de un bus TDM y el proceso de señalización se transmite a través de señalización SS7. En la generación actual los paquetes digitalizados son transportados en un solo canal DS0 mientras que la información de señalización es transmitida por medio de unos paquetes separados en la red conmutada. Existen 32 canales, 8 bits por cada canal. Treinta canales se usan para la voz; el canal 0 es usado para alineación de tramas y multitramas y el canal 16 se usa para señalización, el cual se divide en 2 grupos de 4 bits, cada uno asociado a la señalización de 16 canales dentro de la trama. La señalización más comúnmente usada es la SS7, basada en el Signalling Systems 7 y la carga útil es transportada sobre la red digital TDM la cual es direccionada directamente por el Switch, de esta manera la red PSTN es conformada por la red TDM para voz y la red SS7 para señalización. La nueva generación de Voz, datos, videos y fax será implementada utilizando tecnología IP basada en Conmutación de Paquetes. Dentro de esta generación se encuentra la tecnología Softswitch; en este modelo la información útil y la señalización se transportan a través del mismo paquete. Los mensajes de SS7 son transmitidos a la red IP y son transportados usando el protocolo TCP; la voz, datos y videos son transportados por la red IP usando el protocolo UDP. 3.5 Nueva Generación de Redes (NGN) vs PSTN Tabla 1 NGN vs PSTN 24
PSTN Basada en conmutación de Circuitos Excelente Calidad de servicio Posee Servicios avanzados de Voz, datos y Fax Red de bajo retardo Ancho de banda Fijo Los servicios son proporcionados por los nodos de conmutación y las RI Las Redes Inalámbricas poseen conectividad Global NGN Basada en conmutación de paquetes No garantiza la Calidad de servicio (QoS) Provee servicios de datos muy flexibles Red de retardo variable Ancho de Banda variable Existencia de Nodos de Paquetes Mayor crecimiento Etapa de línea y de grupo en la arquitectura softswitch Básicamente la arquitectura tandem la cual es la encargada de controlar el tráfico entre centrales telefónicas se piensa remplazar por el media Gateway, el backbone IP y el controlador de llamadas. Las otras etapas siguientes las cuales se dividen en las antiguas centrales telefónicas clase 4 y 5 podrán ser retiradas. La conexión con los equipos o etapa de línea será realizada por los gateway de línea o de acceso, que remplazaran las grandes concentraciones de cables de cobre que se encuentran en las avenidas y calles. Luego en vez de ampliar la etapa de grupo de la central local las líneas serán conectadas directamente a los media gateway. Sin embargo un obstáculo para la implantación de estas nuevas redes las cuales manejaran el tráfico telefónico actual y más, ha sido la falta de un sistema telefónico de señalización inteligente fundamentalmente para establecer parámetros de la llamada (como por ejemplo la dirección de destino, las necesidades de ancho de banda y la autorización para realizar las llamadas). Después de superado este obstáculo se podrán ofrecer servicios avanzados en un entorno híbrido con tecnologías de conmutación de paquetes y de circuitos. 25
Los servicios modernos que ofrecen las redes de telefonía se basan en tecnología SS7. Las nuevas empresas de desarrollo pueden volver a crear todos estos servicios en las redes IP o pueden utilizar la señalización número 7 bajo el dominio IP. Para realizar consultas a bases de datos y configurar sus servicios avanzados, en cualquiera de los dos escenarios las redes conmutadas y las redes RTPC necesitaran hablar entre ellas. La siguiente tabla resume los requerimientos para los cinco componentes de una NGN Tabla 2 Componentes de NGN GATEWAY MEDIA SIGNALING MEDIA FEATURE GATEWAY GATEWAY SERVER SERVER CONTROLLER CARACTERIS- Capacidades de Tiempo real de Escalabilidad Alto tráfico IP, Capacidad TICAS procesamiento elevadas, respuesta y IP,T1/E1,SS7. tiempo real de alta de Escalabilidad y soporte de disponibilidad Acceso remoto respuesta, alta Procesamien un amplio rango de remota. disponibilidad, to protocolos. escalable según mayormente demanda. de tráfico IP De la tabla se deduce que las características funcionales manejadas por la plataforma están sujetas a los requerimientos de tráfico I/O. En vista de las consideraciones es recomendable agrupar la funcionalidad y los factores de mantenimiento, disponibilidad y crecimiento de unidades separadas e integrarla con el fin de formar el Softwitch. 26
3.6 Protocolos Usados en NGN 3.6.1 Protocolos H.248/MGCP MGCP es un protocolo de control de dispositivos, donde un gateway esclavo (MG, Media Gateway) es controlado por un maestro (MGC, Media Gateway Controller). MGCP, Media Gateway Control Protocol, es un protocolo interno de VoIP cuya arquitectura se diferencia del resto de los protocolos VoIP por ser del tipo cliente servidor. MGCP está definido informalmente en la RFC 3435, y aunque no ostenta el rango de estándar, su sucesor, MEGACO está aceptado y definido como una recomendación en la RFC 3015. Está compuesto por un MGC, Media Gateway Controller, uno o más MG, Media Gateway, y uno o más SG, Signalling Gateway. Un gateway tradicional, cumple con la función de ofrecer conectividad y traducción entre dos redes diferentes e incompatibles como lo son las de Conmutación de Paquetes y las de Conmutación de Circuitos. En esta función, el gateway realiza la conversión del flujo de datos, y además realiza también la conversión de la señalización, bidireccionalmente. MGCP separa conceptualmente estas funciones en los tres elementos previamente señalados. Así, la conversión del contenido multimedio es realizada por el MG, el control de la señalización del lado IP es realizada por el MGC, y el control de la señalización del lado de la red de Conmutación de Circuitos es realizada por el SG. MGCP introduce esta división en los roles con la intención de alivianar a la entidad encargada de transformar el audio para ambos lados de las tareas de señalización, concentrando en el MGC el procesamiento de la señalización. 27