Diseño de una Red de Voz sobre IP para una Empresa Operadora que brinda Servicios de Larga Distancia by christian

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

Diseño de una Red de Voz sobre IP para una Empresa Operadora que brinda Servicios de Larga Distancia Nacional e Internacional. TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRÓNICO

PRESENTADA POR CHRISTIAN CHEÉ CUCALÓN ÁNGEL MADGE ROJAS

LIMA – PERÚ AGOSTO 2003

Resumen En la presente tesis se analiza la factibilidad tecnológica y económica del uso de

una

red

datos

por

parte

una

empresa

operadora

telecomunicaciones, para el transporte de servicios de voz de larga distancia nacional e internacional. Si bien la integración de las redes de voz y datos no es un tema novedoso, el desarrollo actual de la tecnología permite llegar a niveles altos de integración y reducción de costos sin necesidad de sacrificar la calidad de la voz, requisito indispensable para poder brindar servicios de telefonía en un mercado competitivo.

Para conseguir los objetivos propuestos, se realizó un trabajo de investigación teórico-práctico que comprendió varios puntos tales como: recolección de información de nuevas tecnologías, información de empresas operadoras en el Perú, selección de equipos, pruebas de laboratorio, marco regulador vigente, modalidades de servicios, costos operacionales de empresas operadoras, aspectos económicos, etc. Para tal efecto se contó con la asesoría de profesionales

con experiencia

en el área,

combinación

con los

conocimientos adquiridos por los autores a lo largo de la carrera profesional.

La rentabilidad obtenida tras la integración de la red presentada en la tesis, demuestra la factibilidad del proyecto y justifica ampliamente su ejecución. La nueva red no solo hace un mejor uso de los recursos, sino que además cuenta con un buen nivel de flexibilidad que la ayudará a adaptarse en forma más dinámica y eficiente a los constantes cambios de la tecnología y el mercado.

ÍNDICE DE CAPÍTULOS INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 1 1 TECNOLOGÍAS ACTUALES DE TRANMISIÓN DE VOZ ............................................................ 9 1.1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 10 1.2 RED TELEFÓNICA ........................................................................................................................ 13 1.3 INTERCONEXIÓN DE CENTRALES ................................................................................................. 14 1.4 ESTRUCTURA DE LA RED TELEFÓNICA ........................................................................................ 16 1.4.1 Red complementaria .......................................................................................................... 21 1.4.2 Red urbana ......................................................................................................................... 23 1.4.3 Red Departamental ............................................................................................................ 23 1.4.4 Red internacional ............................................................................................................... 24 1.5 EVOLUCIÓN DE LA ESTRUCTURA DE LA RED TELEFÓNICA ........................................................... 26 1.6 NUEVA ESTRUCTURA DE RED ...................................................................................................... 27 1.7 PRINCIPIOS DE TRÁFICO TELEFÓNICO .......................................................................................... 29 1.8 PRINCIPIOS DE SEÑALIZACIÓN .................................................................................................... 30 1.9 PRINCIPIOS DE NUMERACIÓN ...................................................................................................... 38 1.9.1 Llamadas de larga distancia .............................................................................................. 40 1.10 PRINCIPIOS DE TARIFICACIÓN ..................................................................................................... 46 1.11 JERARQUÍAS DIGITALES .............................................................................................................. 47 1.11.1 PDH ................................................................................................................................... 47 1.11.2 SONET/SDH ...................................................................................................................... 51 2 TECNOLOGÍA DE VOIP ................................................................................................................... 60 2.1 ARQUITECTURA DEL SOFTWARE DE LA RED ................................................................................ 61 2.1.1 Diseño por capas ............................................................................................................... 61 2.1.2 El Modelo de Referencia OSI ............................................................................................. 64 2.1.2.1 2.1.2.2 2.1.2.3 2.1.2.4 2.1.2.5 2.1.2.6 2.1.2.7

2.1.3 2.1.3.1 2.1.3.2 2.1.3.3 2.1.3.4

Capa física................................................................................................................................... 65 Capa de enlace de datos .......................................................................................................... 65 Capa de red................................................................................................................................. 65 Capa de transporte..................................................................................................................... 66 Capa de sesión ........................................................................................................................... 67 Capa de presentación ................................................................................................................ 68 Capa de aplicación ..................................................................................................................... 68

El Modelo de Referencia TCP/IP ....................................................................................... 68 Capa de estación a red ............................................................................................................. 70 Capa de Internet ......................................................................................................................... 71 Capa de transporte..................................................................................................................... 71 Capa de aplicación ..................................................................................................................... 73

2.2 FUNCIONAMIENTO DEL PROTOCOLO IP ....................................................................................... 73 2.2.1 Formato del paquete IP ..................................................................................................... 73 2.2.2 Direccionamiento ............................................................................................................... 75 2.2.3 Enrutamiento...................................................................................................................... 76 2.2.4 ¿Por qué usar Redes IP? ................................................................................................... 77 2.3 INTEROPERABILIDAD Y CALIDAD DE SERVICIO............................................................................ 79 2.3.1 Protocolos de Señalización ................................................................................................ 80 2.3.1.1 2.3.1.2

2.3.2 2.3.3 2.3.3.1 2.3.3.2

2.4 2.5 2.6

SIP (Session Initiation Protocol): .............................................................................................. 80 H.323 ............................................................................................................................................ 83

Protocolos Estándar para Transporte de Voz.................................................................... 84 Protocolos de Calidad de Servicio ..................................................................................... 85 DiffServ ........................................................................................................................................ 87 MultiProtocol Label Switching: MPLS ...................................................................................... 91

ALGORITMOS DE COMPRESIÓN DE VOZ ....................................................................................... 93 ALGORITMOS DE COMPRESIÓN DE CABECERAS ......................................................................... 101 TRANSMISIÓN DE FAX ............................................................................................................... 103

3 DISEÑO DE RED ............................................................................................................................... 105

3.1 CARACTERÍSTICAS Y REQUERIMIENTOS DE LA OPERADORA MODELO ....................................... 106 3.1.1 Servicios ofrecidos ........................................................................................................... 107 3.1.1.1 3.1.1.2

3.1.2 3.1.2.1 3.1.2.2

Servicios de portador LD (Telefonía) ..................................................................................... 107 Servicios de Internet ............................................................................................................... 110

Requerimientos de tráfico ................................................................................................ 111 Red de Voz ................................................................................................................................ 111 Red de Datos ............................................................................................................................ 112

3.2 ARQUITECTURA DE RED ACTUAL ............................................................................................. 113 3.2.1 Dimensionamiento de la Red Actual ................................................................................ 113 3.2.1.1 3.2.1.2

3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2

3.2.3 3.2.3.1 3.2.3.2

Dimensionamiento de la Red de Voz .................................................................................... 113 Dimensionamiento de la Red de Datos ................................................................................. 127

Diagrama de Red Actual .................................................................................................. 129 Diagrama de Red de Telefonía .............................................................................................. 129 Diagrama de Red de Datos .................................................................................................... 132

Detalle de equipos utilizados en la red actual ................................................................. 134 Detalle de equipos utilizados para la red de Telefonía ...................................................... 134 Detalle de equipos usados para la Red de Datos ............................................................... 134

3.3 ARQUITECTURA DE LA RED INTEGRADA PROPUESTA ............................................................... 136 3.3.1 Dimensionamiento de la Red Integrada Propuesta ......................................................... 136 3.3.2 Diagrama de Red ............................................................................................................. 138 3.3.3 Detalle de equipos utilizados en la Red integrada Propuesta ......................................... 142 4 ANÁLISIS ECONÓMICO ................................................................................................................. 144 4.1 OBJETIVO DEL ESTUDIO ............................................................................................................ 145 4.2 DEFINICIÓN DE PARÁMETROS ECONÓMICOS A ANALIZAR.......................................................... 145 4.2.1 Tasa Interna de Retorno (TIR) ......................................................................................... 145 4.2.2 Relación Beneficio/Costo ................................................................................................. 146 4.3 ANÁLISIS DE INGRESOS DE LA OPERADORA MODELO ................................................................ 149 4.3.1 Ingresos por Servicios de Telefonía ................................................................................. 149 4.3.2 Ingresos por Servicios de Internet: .................................................................................. 152 4.4 ANÁLISIS DE COSTOS DE LA OPERADORA MODELO CON LA RED ACTUAL .................................. 153 4.4.1 Costos Administrativos .................................................................................................... 154 4.4.2 Costos Operativos ............................................................................................................ 157 4.4.2.1 4.4.2.2 4.4.2.3 4.4.2.4 4.4.2.5

Alquiler de Enlaces para las Redes de Voz y Datos ........................................................... 158 Costo de Tráfico ....................................................................................................................... 160 Costo de Facturación y Cobranza.......................................................................................... 165 Mantenimiento .......................................................................................................................... 167 Capacitación ............................................................................................................................. 168

4.4.3 Costos de marketing y Publicidad: .................................................................................. 168 4.5 ANÁLISIS DE LA INVERSIÓN ...................................................................................................... 169 4.6 ANÁLISIS DE COSTOS DE LA OPERADORA MODELO CON LA RED PROPUESTA ............................. 172 4.6.1 Costos administrativos ..................................................................................................... 172 4.6.2 Costos operativos ............................................................................................................. 174 4.7 EVALUACIÓN ECONÓMICA Y FINANCIERA DEL PROYECTO ........................................................ 177 4.7.1 Flujo de caja actual y proyectado ................................................................................... 177 4.7.2 Supuestos para la construcción de los flujos de caja ....................................................... 181 4.7.2.1 4.7.2.2

4.7.3

Flujo de Caja Actual ................................................................................................................. 182 Flujo de Caja Futuro................................................................................................................. 183

Parámetros de evaluación ............................................................................................... 184

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES .......................................................................................... 187 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 194 ANEXO A PRUEBAS DE LABORATORIO ...................................................................................... 197 A.1 ESCENARIO DE PRUEBAS SIN CARGA DE TRÁFICO ........................................................................... 199 A.1.1 Pruebas de Transmisión de voz .............................................................................................. 200 A.1.2 Pruebas de Transmisión de FAX ............................................................................................ 202 A.2 ESCENARIO DE PRUEBAS CON CARGA DE TRÁFICO ......................................................................... 203

A.2.1 Pruebas de Transmisi贸n de voz y datos .................................................................................. 204 A.2.2 Pruebas de Transmisi贸n de FAX ............................................................................................ 206

iii

ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1 - GANANCIAS ANUALES DE TELEFONÍA IP .................................................................. 6 FIGURA 2 - ARQUITECTURA DE RED DE VOZ .............................................................................. 12 FIGURA 3 - JERÁRQUICO DE LAS CENTRALES DE CONMUTACIÓN ..................................... 20 FIGURA 4 - EJEMPLO DE DIVISIÓN EN ÁREAS ............................................................................ 21 FIGURA 5 - SEÑALIZACIÓN BÁSICA ISUP ...................................................................................... 35 FIGURA 6 - MULTIPLEXIÓN SDH ....................................................................................................... 53 FIGURA 7 - ENLACE EN UNA RED SONET/SDH ............................................................................ 57 FIGURA 8 - EJEMPLO DE DISEÑO POR CAPAS ............................................................................ 63 FIGURA 9 - MODELO DE SIETE CAPAS OSI .................................................................................. 64 FIGURA 10 - MODELO DE CUATRO CAPAS TCP/IP ..................................................................... 70 FIGURA 11 - FORMATO DE LA CABECERA IP ............................................................................... 73 FIGURA 12 - CLASES DE DIRECCIONES IP ................................................................................... 75 FIGURA 13 - RED DE VOZ ACTUAL ................................................................................................ 131 FIGURA 14 - RED DE DATOS ACTUAL ........................................................................................... 133 FIGURA 15 - RED INTEGRADA PROPUESTA ............................................................................... 141 FIGURA A.1 - ESCENARIO DE PRUEBAS SIN CARGA DE TRÁFICO ................................... 200 FIGURA A.2 - TELÉFONO A TELÉFONO SIN CARGA ............................................................ 201 FIGURA A.3 - TRANSMISIÓN DE FAX SIN CARGA ................................................................ 203 FIGURA A.4 - ESCENARIO DE PRUEBAS CON CARGA DE TRÁFICO ................................. 204 FIGURA A.5 - COMUNICACIÓN TELÉFONO A TELÉFONO CON CARGA ............................ 205 FIGURA A.6 - TRANSMISIÓN DE FAX CON CARGA .............................................................. 206

ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1.1 - VELOCIDADES DE SDH .................................................................................................. 55 TABLA 2.1 - MÉTODOS DE COMPRESIÓN Y SUS RESPECTIVOS PUNTAJES MOS ................... 97 TABLA 2.2 - RETARDO INTRODUCIDO POR LOS CODIFICADORES ......................................... 100 TABLA 3.1 - DISTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO POR DEPARTAMENTOS ........................................ 114 TABLA 3.2 - TABLA DE DISTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO ............................................................... 114 TABLA 3.3 - DISTRIBUCIÓN DE TRÁFICO POR CADA TIPO DE SERVICIO PORTADOR LD . 115 TABLA 3.4 - LDI VS LDN ..................................................................................................................... 115 TABLA 3.5 - DISTRIBUCIÓN DE MINUTOS LD POR DEPARTAMENTO Y SERVICIO .............. 116 TABLA 3.6 - TABLA DE DISTRIBUCIÓN DE MINUTOS ORIGEN LDI ......................................... 116 TABLA 3.7 - DISTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO ORIGINADO POR LOS SERVICIOS DE LDN ..... 118 TABLA 3.8 - DISTRIBUCIÓN DE TRÁFICO ON NET Y OFF NET .................................................. 119 TABLA 3.9 - DISTRIBUCIÓN DE TRÁFICO ON NET PARA CADA DEPARTAMENTO .............. 120 TABLA 3.10 - TRÁFICO POR CADA UNA LAS INTERCONEXIONES CON LA PSTN ................ 122 TABLA 3.11 - FLUJO DE MINUTOS POR ENLACE .......................................................................... 123 TABLA 3.12 - CANTIDAD DE ERLANGS POR ENLACE ................................................................. 125 TABLA 3.13 - CANTIDAD DE CANALES POR ENLACE ................................................................. 126 TABLA 3.14 - CANTIDAD DE E1’S POR ENLACE ........................................................................... 126 TABLA 3.15 - CANTIDAD DE E1’S PARA INTERNET ..................................................................... 128 TABLA 3.16 - LISTA DE EQUIPOS RED DE VOZ ............................................................................. 134 TABLA 3.17 - LISTA DE EQUIPOS RED DE DATOS ........................................................................ 135 TABLA 3.18 - FLUJO DE VOZ COMPRIMIDA (VOIP) ...................................................................... 137 TABLA 3.19 - REQUERIMIENTOS DE CAPACIDAD ON NET ........................................................ 138 TABLA 3.20 - LISTA DE EQUIPOS RED INTEGRADA .................................................................... 143 TABLA 4.1 – TARIFAS TELEFONICAS PROMEDIO ........................................................................ 150 TABLA 4.2 – TARIFAS TELEFONICAS POR PAIS Y OPERADOR ................................................. 151 TABLA 4.3 - INGRESOS ANUALES POR SERVICIOS DE TELEFONIA ........................................ 152 TABLA 4.4 - COSTOS CON LA RED ACTUAL .................................................................................. 154 TABLA 4.5 - COSTOS ADMINISTRATIVOS ...................................................................................... 157 TABLA 4.6 - COSTOS OPERATIVOS DE LA RED ACTUAL ........................................................... 158 TABLA 4.7 - COSTOS DE ENLACES DE LA RED ACTUAL ............................................................ 158 TABLA 4.8 - COSTOS POR DESTINO ................................................................................................. 160 TABLA 4.9 - CARGOS PROMEDIO ..................................................................................................... 161 TABLA 4.10 - COSTOS DE TERMINACION ...................................................................................... 162 TABLA 4.11 - COSTOS DE DISTRIBUCION DE TERMINACION ................................................... 162 TABLA 4.12 - COSTOS DE TERMINACION INTERNACIONAL ..................................................... 164 TABLA 4.13 - COSTOS ANUALES DE TERMINACION ................................................................... 165 TABLA 4.14 - TARIFARIO DE FACTURACIÓN INDIRECTA .......................................................... 166 TABLA 4.15 - COSTOS DE FACTURACION Y COBRANZA ........................................................... 167 TABLA 4.16 - CATEGORIAS DE INVERSION ................................................................................... 170 TABLA 4.17 - COSTOS DE LA NUEVA RED ..................................................................................... 172 TABLA 4.18- COSTOS ADMINISTRATIVOS DE LA NUEVA RED .............................................. 173 TABLA 4.19 - COSTOS OPERATIVOS DE LA NUEVA RED ........................................................... 174 TABLA 4.20 - COSTOS DE ENLACES PARA LA NUEVA RED ....................................................... 175 TABLA 4.21 - CRECIMIENTO EN CAPACIDAD (ENLACES) .......................................................... 176 TABLA 4.22 - COSTO DE ENLACES................................................................................................... 176 TABLA 4.23 - FLUJO DE CAJA ACTUAL .......................................................................................... 179 TABLA 4.24 - FLUJO DE CAJA FUTURO ........................................................................................... 180 TABLA 4.25 - EVALUACIÓN ECONÓMICA Y FINANCIERA ......................................................... 186

INTRODUCCIÓN

Hace algunos años la única manera de hacer una llamada telefónica era utilizando un teléfono ordinario que se conectaba a través de la Red Conmutada de Telefonía Pública (Public Switched Telephony Network: PSTN). Recientemente los medios de prensa han propiciado una creciente discusión relacionada a la habilidad de realizar “llamadas gratuitas sobre Internet”. Las primeras ofertas del servicio se llevaron a cabo con un cierto grado de informalidad debido a la baja calidad de la voz y a la dificultad para establecer las llamadas. Paralelamente a ello se requería que el usuario final tuviera:



Computadoras Multimedia



Una conexión Internet Activa con un Proveedor de Servicios Internet (Internet Service Provider: ISP)



Software propietario de iguales características en ambos extremos de la comunicación



Conocer por adelantado que la llamada se realizaría, y



Conocer de alguna manera la dirección IP del otro extremo para establecer la comunicación.

Este proceso, obviamente engorroso, no se igualaba a ejecutar una llamada telefónica normal. Sin embargo, con la disponibilidad de Gateways de Telefonía basados sobre Internet (Internet Telephony Gateways), la situación cambia sustancialmente. La tecnología actual habilita a cualquiera que cuente con un teléfono normal o con un equipo Fax estándar, a realizar o recibir llamadas por Internet. Hoy la ejecución de una llamada por Internet puede ser tan simple

como la de llamadas tradicionales y los niveles de calidad de servicio son altamente aceptables.

Actualmente, y en todo el mundo, Internet, o más ampliamente las redes IP, es uno de los fenómenos que capta mayor interés dentro del mundo de las telecomunicaciones y prueba de ello, es el crecimiento experimentado en el número de usuarios que utilizan estos servicios. El crecimiento y fuerte implantación de las redes IP, el desarrollo de técnicas avanzadas de digitalización de voz, mecanismos de control y priorización de tráfico, protocolos de transmisión en tiempo real, asi como el estudio de nuevos estándares que permitan la calidad de servicio en redes IP, han creado un entorno donde es posible transmitir telefonía sobre IP lo que no significará en modo alguno la desaparición de las redes telefónicas modo circuito, sino que habrá, al menos temporalmente, una fase de coexistencia entre ambas y por supuesto la necesaria interconexión mediante gateways, denominadas genéricamente gateways VoIP. Si a todo lo anterior, se le suma el fenómeno Internet, junto con el potencial ahorro económico que este tipo de tecnologías puede acarrear, la conclusión es clara: El VoIP (Voz Sobre Protocolo de Internet - Voice over Internet Protocol) es un tema actual y estratégico para las empresas.

Por otra parte, en muchos países las tarifas del servicio telefónico no se corresponden con los costos del mismo, lo que hace que resulten excesivamente altas, sobre todo para las llamadas internacionales, lo que crea

una gran oportunidad para los servicios de voz sobre IP, a través de Internet, al ser su costo muy inferior al no depender de la distancia y aplicarse tarifa local, o utilizando una red IP privada constituida a tal efecto. La VoIP es muy adecuada para dar un servicio de telefonía de larga distancia a bajo costo ya que todas las llamadas se facturan como locales. Los clientes son típicamente los carriers tradicionales, y una nueva categoría de ISP, los ITSP, nacida específicamente para este mercado. En estos momentos, los grandes ahorros en cuanto a la telefonía sobre IP se realizan en las llamadas internacionales.

Notemos que la telefonía por Internet no es sólo un reemplazo de la telefonía actual sino que abre un nuevo mundo de servicios convergentes que va más allá de solamente ofrecer servicios de telefonía. Por otro lado, la Telefonía IP es mucho más que mover un paquete sobre una red de paquetes conmutados. Las redes convergentes necesitan acomodar protocolos múltiples como IP, ATM y Frame Relay. A su vez y para ser útiles a sus usuarios, las redes convergentes deben proporcionar todos los servicios de voz existentes hoy (derivación de llamada, conexiones de tres vías, número de emergencia, etc.) y deben interoperar una con otra, con la Internet y con la Red Pública Conmutada.

Una de las ventajas actuales más grandes de la telefonía por Internet es el potencial que tiene para capturar grandes cantidades de usuarios de los que existen en los mercados de telecomunicaciones. Independientemente de la disponibilidad de la Telefonía por Internet, la competencia en estos mercados

se está incrementando exponencialmente. La desregulación y la globalización están creando nuevos competidores a velocidades meteóricas; la telefonía por Internet es simplemente un arma más para el atacante agresivo (o defensor) que desea lograr una mayor participación en el mercado. La telefonía por Internet es inevitable, le da al atacante la oportunidad de introducirse en el mercado con un producto de alta calidad y al defensor la oportunidad de permanecer en la vanguardia para servir adecuadamente a sus usuarios y proteger su mercado.

En particular los segmentos de servicios de voz/ fax de larga distancia nacional e internacional son las áreas de mayor potencial para la generación de ganancias. Las ganancias anuales en estos mercados se miden en decenas de billones de dólares (ver la Figura 0.1). Los comités de regulación y los mecanismos del mercado harán que probablemente estos números bajen, pero esta evolución tomará tiempo y aunque se lleguen a niveles de mercado más bajos, es muy probable que aún haya sitio para ofrecer servicios con precios muy competitivos.

FIGURA 1 - GANANCIAS ANUALES DE TELEFONÍA IP $63,683

$70,000 $60,000 $ Mill.

$50,000 $34,292

$40,000 $30,000

$16,210

$20,000 $10,000

$6,844 $741

$2,473

$0 1997

1998

1999

2000

2001

2002

Año Fuente: Killen & Associates

Uno de los valores particulares de la Telefonía por Internet es su habilidad de ofrecer distintos niveles de calidad, permitiendo una discriminación de precios en el mercado por parte del usuario final. Los clientes muy sensibles al precio pueden recibir un servicio de menor calidad a menor precio, mientras que los clientes exigentes pueden recibir un servicio premium a mayor precio. Otro ejemplo es el ofrecer nuevas opciones de entrega de faxes para documentos que no tengan una alta prioridad de entrega. Los proveedores de servicios pueden escoger lanzar una segunda rama de servicios que ofrezca diferentes opciones.

No son sólo las razones económicas las que justifican el interés e inversiones que se están llevando a cabo para hacer converger la red de voz y datos. Según coinciden los expertos, una de las razones principales que actúa como motor de esta tendencia son las aplicaciones. Hay una alta expectativa

relacionada a que la telefonía por Internet abra las puertas de la innovación, por lo que se estima que rápidamente habrá disponibles nuevos servicios. La Internet en sí tiene ciertamente un modelo que sigue este patrón, por lo que es natural asumir que la telefonía por Internet tendrá el mismo comportamiento. El proveedor de servicios agresivo tiene una gran opción de tener mayor cantidad de oportunidades para incrementar su ganancia que va más allá de ofrecer únicamente servicios básicos de voz y fax. El factor común en todos estos servicios es el protocolo IP, que permitirá la existencia de paquetes de servicios, transporte de datos y voz simultáneamente por el mismo acceso.

Es en ese sentido que el objetivo de la presente tesis es el de evaluar las factibilidad tecnológica y económica de la integración de una red de voz convencional y una red de datos en una plataforma unificada IP. Para llevar a cabo esta evaluación, se analizará la situación de una supuesta empresa operadora modelo de larga distancia en el mercado peruano que brinde servicios de telefonía e Internet.

Es decir, que se considerarán todas las

variables tecnológicas y económicas existentes en el entorno peruano, para evaluar el impacto de un cambio tecnológico en la red de dicha operadora modelo de tal manera que la convergencia de su red de voz y de datos sea posible y rentable. La mejora tecnológica se basará en la implementación de Gateways VoIP, de tal manera que la red de voz tradicional se convierta en una red VoIP, ya que de esta manera se pueden aprovechar los recursos IP de transporte de la red de datos de la empresa operadora modelo y del Internet en general.

Teniendo como premisa, una empresa operadora en el entorno nacional de telecomunicaciones, se ha hecho una exhaustiva labor de investigación para obtener información del estado real de las empresas operadoras que brindan servicios de voz e Internet en el mercado peruano. Para tal fin, se han llevado a cabo entrevistas con diversos trabajadores de empresas de ese rubro, una revisión de las regulaciones y disposiciones vigentes y obtención de información de tráfico del Organismo Supervisor de Inversión Privada en Telecomunicaciones (Osiptel).

La estructura de la tesis contiene seis partes básicas; el primer capítulo contiene una revisión de las tecnologías actuales de transmisión de voz. En el segundo capítulo se desarrollan los conceptos más relevantes de la tecnología VoIP sobre la cual se fundamenta el cambio tecnológico. En el tercer capítulo se tocan temas relacionados a la arquitectura de la red de la operadora modelo antes y después del cambio tecnológico, detallando cómo la red tradicional de voz y la red de VoIP cumplen con los requerimientos de servicios ofrecidos por dicha empresa. En el cuarto capítulo se presenta un minucioso análisis económico de la conveniencia de inversión en VoIP por el ahorro que conlleva el uso de esta tecnología. En el quinto capítulo se muestran pruebas de laboratorio con los equipos que se eligen para la implementación, donde se muestra en forma práctica el ahorro de recursos de ancho de banda sin que la calidad de servicio de la voz se vea afectada. Por último, se muestra un resumen de las conclusiones que se obtuvieron en el proceso de generación de la presente tesis.

TECNOLOGÍAS ACTUALES DE TRANSMISIÓN DE VOZ

1.1

Introducción

El objetivo de este capítulo es el de proporcionar una visión general de las tecnologías de voz actuales y su evolución desde sus inicios conforme se han venido presentando mejoras tecnológicas e incremento de la demanda. Básicamente, se describe la evolución de tres aspectos fundamentales de una red telefónica; la arquitectura de red, la señalización y las jerarquías digitales.

Desde que las primeras centrales manuales fueron atendidas por operadoras, la información que intercambiaban (información de voz) estaba orientada a conmutar, supervisar y liberar llamadas o conversaciones de abonados. Esta transferencia poseía riqueza en cuanto a la calidad de la información, pues en algunos casos las operadoras conocían el estado de la línea, implementando en forma primaria algunos servicios como llamada en espera, despertador, transferencia de llamada, etc. Cuando la cantidad de abonados comenzó a aumentar, el realizar todas estas tareas en forma manual se fue haciendo más difícil y, como era de esperarse, la calidad del servicio prestado fue degradándose. Es entonces cuando hacen su aparición las centrales automáticas, las que podían atender un número mayor de líneas. Las operadoras fueron relegadas a servicios de larga distancia.

La señalización entre centrales fue también automatizada e inicialmente fueron pulsos o cambios de impedancia en la línea los que transportaban la información. A mediados de los años 50 hace su aparición un nuevo sistema: la

Multifrecuencia Obligatoria (MFC o R2) donde una combinación de dos frecuencias entre seis transporta la información, principalmente numérica, y aporta las ventajas de rapidez y seguridad por las que se generaliza rápidamente entre las redes nacionales e internacionales del mundo. Tanto el sistema de pulsos como el de multifrecuencia utilizan el mismo canal de habla para señalizar. Una consecuencia de esto será que en un canal donde la señalización no puede progresar normalmente nunca se encontrará una conversación.

Ya en los sesenta aparecen los sistemas SPC (centrales telefónicas que tienen una computadora central que asume las principales funciones de conmutación gracias a programas almacenados en memorias de ferrita), que permiten además una mayor gama de servicios que, al ser implementados en la red, encuentran serias dificultades de implementación con la señalización multifrecuencia. La primera solución fue la de comunicar a los procesadores de cada central mediante una especie de módem que permitía enviar y recibir información de señalización por ese solo canal. De esta forma tenemos, en un primer momento, a los procesadores de cada central enlazados en una red propia mediante módems analógicos.

La actual infraestructura de telecomunicaciones pública conmutada consiste en una variedad de diferentes redes, tecnologías y sistemas. Gran parte de esa infraestructura es aún la de circuitos conmutados por línea física (cobre). Podemos definir entonces la conmutación telefónica como el proceso mediante

el cual se establece y mantiene un circuito de comunicación, capaz de permitir el intercambio de información entre dos usuarios cualesquiera. La imposibilidad de tener permanentemente conectados todos los usuarios entre sí, con dedicación exclusiva de ciertos medios para su uso, es lo que hace necesario el empleo de un sistema que permita establecer el enlace para la comunicación solamente durante el tiempo que ésta dure. Los sistemas que consiguen hacer esto con mayor eficacia son las centrales telefónicas en sus diversas modalidades tal como se puede observar en la figura:

FIGURA 2 - ARQUITECTURA DE RED DE VOZ

El bucle local analógico es conectado a una central local. Dicha conexión transporta tanto la voz como los mensajes de señalización de todos los bucles de abonado. La central local se conecta mediante dos redes separadas con centrales Tandem y con otras centrales locales. La primera transmite la información de voz en forma de flujos de 64 Kbps multiplexados por división en el tiempo (Time Division Multiplexing: TDM) Toda la información asociada con

el control es transportada por una red de señalización y control basada en paquetes, usando el Sistema de Señalización #7 (SS7).

1.2

Red telefónica

La dependencia y relación se establecen al configurar una red telefónica, entendiendo por tal un conjunto ordenado de medios de transmisión y conmutación que facilitan el intercambio de la palabra entre dos abonados. Con el tiempo, la red telefónica se ha ido convirtiendo en el soporte de prestaciones distintas al intercambio de la señal hablada, tales como la transmisión de señales escritas, música, textos, señales de alarma, datos en general e incluso imágenes.

El concepto fundamental que caracteriza a una red telefónica es el sentido de conexión entre todos los usuarios de la red, tanto a nivel geográfico local como nacional o internacional. Todos los aparatos telefónicos, gracias al enlace que mantienen con la central de conmutación, deben estar posibilitados para la comunicación de unos con otros. No obstante, la interconexión entre ellos puede presentar problemas cuando se incrementa considerablemente el número de usuarios que dependen de una misma central. Aunque las redes actuales se basan fundamentalmente en el empleo de medios digitales de transmisión y conmutación, y las facilidades que estas presentan, no nos

tenemos que olvidar que los inicios no eran como estos y que las redes eran analógicas.

1.3

Interconexión de centrales

Las compañías de servicio telefónico diseñan sus redes optimizando al máximo los desembolsos para la instalación de centrales y sus medios de enlace, considerando los gastos de mantenimiento con los que se tendrá que hacer frente para proporcionar fiabilidad en la red de comunicaciones. La decisión de adoptar un tipo de configuración de red depende, en gran medida, del número de abonados a cubrir, de la ubicación geográfica de los mismos, de las características de la zona y sus planes de expansión, de los tipos de servicios ofrecidos o por ofrecer y de las previsiones relativas a transmisión de datos a mediano y largo plazo. Aunque las tendencias actuales en la configuración de centrales de abonados se centran en su instalación con elementos remotos controlados a distancia, inicialmente las arquitecturas básicas de red se sustentaban en los modelos de interconexión de centrales, según las organizaciones de red tipo malla, estrella o mixta. Todos los modelos organizativos mencionados coexisten en la actualidad en alguno de los diversos niveles de red. Una red en malla se caracteriza porque todas las centrales están interconectadas entre si. La configuración de red en estrella se fundamenta en que un conjunto de centrales se conectan individualmente con otra central, normalmente de rango superior, a la que se le encomienda la

misión de tránsito de llamadas o de interconexión. Se observa que el número de enlaces necesarios en una red tipo estrella es siempre inferior al de una estructura tipo malla, supuesta la misma carga de tráfico en ambos casos. La conexión de las líneas del abonado a una central se realiza mediante redes estrella, ya que cada equipo telefónico permanece conectado por un par de hilos individualizados con la central a que pertenece. La red mixta ofrece un tipo organizativo de red en donde coexisten las modalidades de redes en malla y en estrella. Una red de estas características es habitual en la organización general de una red telefónica mientras que una red tipo malla se adopta cuando es elevado el tráfico entre centrales, cosa que hace que la red estrella sea más apropiada cuando el volumen de tráfico es inferior. La mixta optimiza la jerarquización de éstas al coexistir situaciones opuestas referidas al tráfico cursado por la red.

Los principios de organización jerárquica se sustentan en consideraciones técnicas y económicas. Tales aspectos requieren un estudio previo de la red que englobe los puntos siguientes:

 Volumen de tráfico entre centrales.  Aspectos económicos sobre costos de las centrales, medios de enlace, canalizaciones y cables de distribución.  Análisis de rutas directas.  Condiciones técnicas acerca de las exigencias marcadas en los planes de transmisión, conmutación, señalización y numeración.

 Confiabilidad y calidad de la red.  Explotación y mantenimiento.

1.4

Estructura de la red telefónica

Todo equipo telefónico tiene que estar posibilitado para comunicarse con cualquier otro situado en cualquier parte del país o del resto del planeta. Para conseguir este objetivo es preciso disponer de una estructura de red, entendiendo por tal el conjunto de equipos de abonado y centrales automáticas de conmutación telefónica interconectadas entre si según unas pautas de encaminamiento de las comunicaciones previamente fijadas. Tal como se indicó anteriormente, la incorporación de técnicas digitales en los medios de transmisión y en los equipos de conmutación ha permitido transformar anteriores estructuras de red en otras más avanzadas que aportan mejores funcionalidades al usuario del servicio telefónico. Ya se conoce que ambas estructuras pueden coexistir en el proceso de transformación de la clásica hacia la moderna estructura red digital. Por esta razón, añadida a la idea de ofrecer los principales rasgos característicos de la red clásica, se comentarán a continuación sus particularidades más significativas.

El gran número de usuarios y el alto tráfico que una red telefónica ha de poder soportar hace que sea necesario agruparlos por áreas geográficas y hacerlos depender de varias centrales de conmutación que tengan acceso entre sí o a

través de otras. Aparece entonces el concepto de "jerarquía". Dado que el número máximo de usuarios que una central admite es limitado, mayor o menor, dependiendo de su categoría, es necesario, una vez que éste se supera, el concurso de más centrales de conmutación para atenderlos y, cuando el de estas centrales es alto, se necesitan, a su vez, otras centrales de mayor nivel para gobernar la comunicación entre ellas. La red jerárquica corresponde a un sistema básico de interconexión de centrales que, en la mayoría de los casos, se modifica en función de las peculiaridades del área geográfica y del volumen de tráfico a transmitir. En estas circunstancias obligan a crear rutas directas entre centrales que no se contemplan en la jerarquización inicial de centrales telefónicas. El punto donde se reúnen las líneas de abonado de todos los aparatos telefónicos de una determinada área quedaba definido como central local. Podemos decir entonces, que el objetivo básico de una central telefónica es establecer el enlace entre dos abonados -uno llamante y otro llamado- que desean establecer una comunicación; para ello se debe disponer de los medios físicos, funciones y señalización necesaria para alcanzarlo con efectividad.

En una red jerárquica se pueden dar varios niveles pero cada central de un nivel depende solamente de otra de nivel superior, aunque la tendencia es a conectar a más de una asegurándose así el establecimiento de rutas entre usuarios del servicio telefónico. Para resolver el problema de interconexión entre centrales que tienen el mismo nivel, al objeto de no necesitar escalar toda la estructura para establecer una comunicación entre usuarios pertenecientes a

centrales diferentes, se utilizan enlaces que constituyen lo que se llama red complementaria. Ésta a veces se usa también para establecer los enlaces entre centrales separadas por dos o más grados de jerarquía.

Atendiendo a la configuración de la red pública, tenemos la siguiente clasificación (Ver FIGURAS 1.2 y 1.3):

 Central local: A éstas se conectan todas las líneas de abonado, de tal forma que, mediante un par físico, se une el teléfono con la central. También se le denomina central terminal, si los abonados pertenecen a una o varias poblaciones pequeñas, o central urbana si los abonados pertenecen a la misma población.  Central primaria: Cuando un usuario desea comunicarse con otro que depende de una central distinta a la suya, la comunicación se realiza a través de los circuitos de enlace entre ambas (red secundaria), siendo determinado éste en función del tráfico que se espera va a cursarse entre ellas. También es denominada central de tránsito sectorial, de la que dependen varias centrales locales situadas en la misma o en distintas poblaciones. En ciertas redes el tráfico entre algunas centrales urbanas es muy pequeño y ello hace que disponer de enlaces directos no sea económicamente rentable, por lo que se utilizan las centrales primarias, encargadas de canalizar este tipo de tráfico entre ellas. Son, por tanto, centrales sin abonados, cuya misión es unir unas centrales con otras.

 Central Tandem: Centrales de tránsito que sirven para cursar llamadas entre centrales primarias, actuando como concentradores. No pertenecen a la red jerárquica -estructura básica de comunicación entre centros de conmutación- sino a la red complementaria -conjunto de enlaces directos no contemplados en la red anterior.  Central secundaria: Centrales de tránsito encargadas de manejar el tráfico entre provincias pertenecientes a la misma área de forma automática. Tienen uniones con centrales primarias y tandem sin disponer en ningún caso de abonados propios.  Central terciaria: Centrales que sirven para cursar llamadas entre centrales secundarias pertenecientes a distintos Departamentos que se conectan entre sí, formando una red en malla. Se conocen también como centrales automáticas interurbanas o nodales, a la que se conectan varias centrales departamentales.  Central internacional: Cursan el tráfico entre distintos países, siendo las centrales terciarias las que se conectan. Suelen haber varias de éstas por país.

Cada una de las centrales que constituyen la red jerárquica abarca una determinada extensión geográfica tanto mayor cuanto mayor sea la categoría de la central considerada. Las áreas geográficas asignadas a cada central se denominan siguiendo la misma nomenclatura que ha servido para clasificar las distintas categorías de la central considerada. De esta forma, se consideraba área primaria a la superficie de dominio de la central primaria y la de sus

centrales locales. Lógicamente, el número de áreas primarias suele ser muy elevado donde en cualquier país el número de centrales se cuentan por el orden de los miles. La comunicación de abonados dependientes de dos áreas primarias distintas se llevaba a cabo mediante la conexión a otra central de mayor rango (la central secundaria) de la cual dependían todas las centrales de nivel inferior incluidas en su correspondiente área secundaria. Todas las centrales primarias dependen de una central secundaria. El área de influencia de esta central se correspondía con un Departamento de la red telefónica. La misión de las centrales secundarias era interconectar centrales primarias cursando llamadas de tránsito, sin disponer en ningún caso de abonados propios.

FIGURA 3 - JERÁRQUICO DE LAS CENTRALES DE CONMUTACIÓN

FIGURA 4 - EJEMPLO DE DIVISIÓN EN ÁREAS

El número de niveles de este régimen escalonado de centrales y áreas geográficas depende de la superficie de cada país, ya que pueden existir centrales terciarias que interconecten centrales de nivel secundario. Toda comunicación estatal o internacional es posible dentro de una red jerarquizada y ordenada, cosa lógica que facilita las transmisiones de todo tipo y ahorra tiempo y dinero.

1.4.1 Red complementaria

La red jerárquica es la estructura básica de comunicación entre centros de

conmutación,

pero

numerosas

ocasiones

crean

encaminamientos directos, no contemplados en la red estructurada; el

conjunto de estas rutas directas constituye la red complementaria. El motivo de establecer comunicaciones directas se debe a causas económicas y de calidad del servicio: se precisan menos enlaces intermedios y también un número inferior de equipos de conmutación. De este modo se reducen los costos y aumenta la fiabilidad de los enlaces. La creación de encaminamientos directos se hace precisa cuando existen altos volúmenes de tráfico entre dos núcleos de población. La red complementaria puede llegar a estar tan extendida como la jerarquizada. Ambas

coexisten

superpuestas

facilitan

alternativas

encaminamiento, ya que dos centrales permanecen conectadas a dos rutas distintas.

Dentro del ámbito de la red complementaria conviene citar la existencia de centrales tandem, no consideradas en la red jerarquizada, encargadas de realizar las funciones de tránsito para la interconexión de centrales. Aunque se destinaban a los niveles urbano e interurbano, se disponían especialmente para concentrar en un punto el tráfico procedente de centrales locales dispersas en áreas urbanas extensas, lo cual evita un gran número de enlaces entre estas centrales y su central primaria. Actualmente también se contempla la existencia de un red complementaria en las vigentes redes de carácter digital. Aunque la nueva estructura de red ofrezca encaminamientos regulados, siempre será preciso crear rutas directas entre dos puntos por el elevado tráfico existente entre ciudades o núcleos de población concretos.

1.4.2 Red urbana

En la red urbana, unas ciudades precisan una sola central telefónica atendiendo un área unicentral y otras, con mayor número de abonados, requerían varias centrales locales y urbanas con capacidad para atender a miles de usuarios; todas ellas dependían de una central primaria, según las redes jerarquizadas. Normalmente, salvo en poblaciones con más de 15 centrales urbanas, todas las centrales de una misma ciudad estaban conectadas entre sí mediante una red de tipo malla; a esta estructura se le denominada red urbana multicentral simple. En las grandes áreas de población donde fuera preciso un gran número de centrales

urbanas,

ante

los

muchos

enlaces

necesarios

para

interconectar la totalidad de las centrales, se introducía la central tandem urbana, sin abonados, cuya función era atender un grupo de centrales urbanas para realizar tránsito según una estructura de red en estrella, sin perjuicio de crear rutas directas entre ellas si fuese necesario.

1.4.3 Red Departamental

Las centrales de cabeceras de cada Provincia, que configuraban un Departamento eran regidas por la central automática interurbana. Esta central se fijaba en la capital de Departamento y a ella se incorporaban las centrales urbanas y las centrales tandem interurbanas si las hubiese

instaladas en dicha ciudad. Según este tipo de estructura departamental, toda comunicación entre dos abonados del Departamento sería posible; la conexión con la central nodal a la que pertenecía aseguraba la interconexión con el resto de Departamentos.

Es preciso recordar que enlaces directos entre este tipo de centrales interurbanas eran frecuentes debido al elevado tráfico entre ciertos Departamentos; circunstancias de esta magnitud obligaban a no seguir únicamente los cauces de la red jerárquica, lo cual evitaba que la central interurbana mantuviese solamente conexión con su central nodal. La mayor parte del tráfico entre Departamentos se cursaba por rutas directas de la red complementaria y se encaminaba el tráfico restante a través de los enlaces jerárquicos con sus respectivas centrales terciarias o nodales, estas ultimas interconectadas entre sí.

1.4.4 Red internacional

La red internacional está configurada por una parte nacional y otra de conexión internacional con el resto de países. En la parte nacional se cuenta con las centrales internacionales, centros de conmutación que disponen de enlaces con otras centrales internacionales extranjeras. También en la sección nacional de la red internacional se considera la existencia de las rutas directas. La red jerárquica es el último

encaminamiento elegido en una comunicación, por considerar como camino óptimo el establecimiento por las secciones directas de la red complementaria.

Aunque todas las centrales secundarias (capitales de Departamento) y terciarias (nodales) estaban conectadas a la central internacional, la conexión

cualquier

abonado

servicio

internacional podía

establecerse por la llamada directa desde las primarias (cabeceras del sector) e incluso desde centrales locales, si razones de tráfico aconsejaban este enrutamiento. Tanto las llamadas de salida como las de entrada internacional se encaminan en primer lugar a través de la central internacional sobre enlaces directos, cursando el tráfico de sobrecarga hacia la sección final internacional de la red jerárquica convencional. Se conoce como sección nacional internacional al enlace de dos centros internacionales dentro del mismo país y sección internacional al conjunto de circuitos entre dos centrales de países distintos. La comunicación entre países se consigue mediante rutas directas con sus centros internacionales o bien, si el tráfico lo aconseja, a través de centros internacionales de tránsito de un tercer país. En este caso se fijan acuerdos para determinar el número de llamadas aceptadas en cada sentido y convenir el cobro por cada operación realizada con la red internacional de destino.

1.5

Evolución de la estructura de la red telefónica

La incorporación de sistemas digitales, tanto de conmutación como de transmisión, obliga a modificar las estructuras de las redes telefónicas analógicas existentes. Esta evolución surge ante las nuevas características y facilidades que ofrecen los modernos equipos de central y los medios físicos portadores que las enlazan. El inicio de digitalización de la red surgió al resultar competitiva económicamente, en términos generales, la conmutación digital frente a la analógica. Este tipo de conmutación ofrecía mayor facilidad en las ampliaciones de centrales además de la reducción considerable en los costos cuando

hubiese

que

modificar

tanto

tarifas,

numeración

como

encaminamientos, dado que se efectúan mediante comandos. Por otro lado, el uso de equipos digitales suponía menores costos de mantenimiento, facilidades para incorporar nuevos servicios, apertura hacia el mercado de la red de servicios integrados (RDSI) y una amplia relación de ventajas que pueden resumirse en la calidad del servicio que aporta la conmutación digital.

La incorporación de equipos de estas características no debe considerarse únicamente como una mera sustitución de los centros analógicos por los digitales ya que dicho cambio induce a una reestructuración del esquema de encaminamiento de la red. La estructura existente influye en la filosofía de la red a crear y se hace preciso contar con la interconexión de las redes antigua y nueva ante la imposibilidad de eliminar la primera de un modo inmediato. La nueva estructura debe aprovechar al máximo la planta instalada y proporcionar

calidad y seguridad, posibilitando en ciertos casos la duplicación de centros y de las rutas que los interconectan. Aunque en la red coexisten tecnologías analógicas y digitales, se tiende a la supresión total de lo analógico para contar con una operatividad completamente digital. Esta fase de sustitución contempla la suspensión de instalación de cables coaxiales y la implantación de cables de fibra óptica, pero sin dejar de considerar el paso intermedio de aprovechar los cables coaxiales para la transmisión digital.

1.6

Nueva estructura de red

Al tomar como base las consideraciones hasta aquí apuntadas, la estructura de una red digital es la siguiente:

 En la red de tránsito, al eliminar conceptos de central secundaria y terciaria, se reducen dos niveles a uno: aparece la central nodal. A cada nodo, constituido por dos centrales, se conectan las centrales autónomas incorporadas en su área geográfica de competencia.  Todos los nodos están interconectados entre sí. Respecto al área departamental, desaparece el concepto de central primaria para ser sustituida por el de central autónoma. A esta central se conectan centros remotos que sustituyen a las centrales locales de abonado. Todas las centrales

autónomas se

interconectan

Departamento.

entre

sí dentro del mismo

 En las áreas urbanas, la nueva estructura contempla la existencia de abonados de RDSI, así como el empleo de concentradores y multiplexores. Los enlaces entre centros y los bucles de abonado tienden a estar construidos mediante fibra óptica.

La configuración estructural de la red digital telefónica es fundamentalmente una arquitectura de dos niveles: el de tránsito, constituido por las centrales nodales y el de acceso, que integra centrales autónomas y los centros remotos que de ellas dependen. Como se ha indicado, las centrales nodales se organizan geográficamente de dos en dos y se conectan a todas las parejas de centrales nodales que constituyen la red. El tráfico internacional se cursará a través de dichas centrales, cada una de ellas conectada a dos centrales de carácter internacional. Las centrales autónomas mantienen conexión con las dos centrales nodales de su área nodal. Si fuese necesario, las centrales autónomas pueden establecer enlaces directos con la central internacional. El encaminamiento de la red nodal adopta una estrategia no jerárquica sobre la base de la elección secuencial de rutas. Esta circunstancia permite que el tráfico procedente de un nodo pueda desbordar sobre la ruta duplicada y posteriormente, ante una siguiente elección, sobre otra pareja de centrales nodales.

1.7

Principios de tráfico telefónico

Si tráfico es el fenómeno físico originado al intentar ocupar unos medios para el uso de un servicio, tráfico telefónico se define como el conjunto de llamadas telefónicas realizadas sobre un enlace, considerando su duración y número. La bondad de un servicio público telefónico depende del trato que la compañía del mismo efectúe con las llamadas de los usuarios. Tanto las tarifas satisfechas por el cliente como las inversiones de la empresa que proporciona el servicio, deberán ser equilibradas y aceptables por ambas partes. El objetivo a conseguir en el tráfico telefónico es obtener las condiciones óptimas para ofrecer un adecuado servicio con la mínima inversión económica; esta exigencia se obtendrá con un correcto dimensionado de la red. Un reducido número de centrales y enlaces proporciona un mal funcionamiento de la red e impide

crecimiento

del

servicio

telefónico.

Por

otra

parte,

sobredimensionado de los elementos que integran una red telefónica implica altos costos, obligando a una elevación de las tarifas. En ambos casos se genera una falta de confianza en el uso del servicio telefónico.

Se entiende por tiempo de ocupación de un enlace, el tiempo que media desde el momento en que empieza a ser utilizado hasta que se libera. Al estado en que permanece un sistema cuando todos sus órganos están ocupados se le llama congestión. Llamada es la ocupación de dispositivos de conexión cuando se produce cualquier intento de comunicación entre dos abonados. El producto del número de llamadas durante un período concreto y su tiempo medio de

ocupación se define como volumen de tráfico; si los abonados conectados a una central generan en una hora 300 llamadas de una duración media de 4 minutos, el volumen de tráfico será de 1200 minutos en el periodo indicado. Si el valor anterior se divide entre la duración total del volumen de tráfico considerado, se obtiene la intensidad del tráfico. Su unidad es el Erlang, entendiendo que el valor de 1 Erlang corresponde a la ocupación continua de un enlace. La intensidad de tráfico en ruta se interpreta como el número de circuitos ocupados simultáneamente. Un análisis de estas unidades de tráfico ayudará a optimizar las estructuras de red, pudiendo ofrecer así una mejor calidad. Para dimensionar una central se estudian las variaciones de tráfico a lo largo del año, donde el número de llamadas durante la hora de mayor tráfico se llama la hora cargada. Una central se considerará bien dimensionada cuando pueda atender el tráfico de la hora cargada.

1.8

Principios de señalización

La interconexión de dos abonados de la red telefónica conlleva el establecimiento previo de un determinado lenguaje entre los terminales telefónicos y las centrales que los interconectan y de ellas entre sí, con el fin de encaminar la llamada hasta su destino y completar la comunicación. Este proceso es la señalización. Se inicia al descolgar el auricular del teléfono que produce la llamada y detectar la central un determinada señal. A partir de este momento, la central debe identificar el número del abonado, facilitarle el tono

para iniciar la llamada, identificar el número del abonado de destino, decidir el enlace de salida en función de dicho número, concretar el encaminamiento a seguir entre las centrales de la red, avisar al abonado llamado, efectuar la conexión (si tiene lugar), mantenerla hasta el término de la misma impidiendo la entrada de otras llamadas y finalmente reestablecer los órganos de la comunicación cuando haya finalizado. Como acción complementaria, los sistemas de señalización encargados de desarrollar este proceso deben registrar la llamada, para después proceder a la facturación de acuerdo con las tarifas establecidas.

El establecimiento de toda conexión telefónica contempla varios tipos de señalización según los tramos de comunicación, uno entre el abonado-central y el inverso en el extremo opuesto; un segundo relativo a la señalización interna del centro de conmutación y el último referido a la señalización entre centrales. A través de la línea de abonado, la señalización se inicia con la transmisión de señales sencillas con objeto de no encarecer el equipo telefónico, ya que se generan en él. Estas señales, señalización didáctica, son cierres y aperturas, impulsos de disco de una señal de 48 voltios en corriente continua suministrada desde la central, o bien pares de frecuencias emitidas desde el teclado del aparato telefónico, señalización multifrecuencia.

La segunda fase del proceso de señalización se origina internamente en la central, entre los diferentes órganos que configuran cada centro de conmutación, y depende de las propias características que identifican aquélla.

Para proceder a tomar un determinado enlace de salida, los equipos de señalización elaborarán una información dirigida a la central distante o de tránsito en función del enrutamiento elegido o disponible. La señalización en su tercera fase se origina entre las centrales por donde la llamada ha sido encaminada. Normalmente, los enlaces entre centrales están constituidos por sistemas analógicos o digitales, aunque estos últimos están dominando las modernas estructuras de redes telefónicas.

El encaminamiento de la llamada se lleva a cabo sobre sistema multiplex, tanto analógicos como digitales, mediante el empleo de señalización denominada de hilos E y M o por señalización por canal común. Inicialmente se dispuso la del tipo E y M utilizada sobre sistemas de alta frecuencia analógicos donde, a modo de resumen, puede indicarse que los hilos E y M generaban la señalización al recibir una determinada señal (tierra), la cual provocaba la emisión de una frecuencia que se transmitía inherente al canal de alta frecuencia hasta el terminal distante. Actualmente, sobre sistemas digitales, tales señales son trenes de bits representativos de los cambios de estado de la información de señalización a transmitir.

El Sistema de Señalización #7 es un estándar global para telecomunicaciones definido por la International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization

Sector

(ITU-T).

estándar

define

los

protocolos

procedimientos mediante los cuales los elementos de la Red de Telefonía Básica (RTB) intercambian información sobre una red de señalización digital

para llevar a cabo el establecimiento de llamadas telefónicas convencionales e inalámbricas, enrutamiento y control. Este tipo de señalización usa un único canal como vía de transmisión e incorpora información de señalización relativa a diversos circuitos de conexiones conmutadas. Puede usarse igualmente como un sistema de transporte de información entre centrales y centros especializados, tales como centros de gestión, de mantenimiento o centros de inteligencia de red, o bien para otra clase de servicios suplementarios de la red. Una de las ventajas de esta modalidad de señalización es permitir una transmisión libre de errores por fallos de red, al disponer de procedimientos de corrección y detección de errores en todos los enlaces. Incluye señalizaciones redundantes y permite el re-encaminamiento automático del tráfico de señalización ante posibles fallos de los enlaces, o para evitar desbordamientos producidos por un excesivo número de llamadas. El SS7 es usado básicamente para:

 Establecimiento, administración y finalización de llamadas.  Servicios inalámbricos como Roaming, PCS y autenticación del abonado móvil.  Llamadas de cobro revertido y demás servicios especiales (0800-0808).  Funcionalidades avanzadas de llamada como redireccionamiento de llamadas, exhibición del número llamante, conferencia tripartita, etc.

La red de Señalización #7 consiste básicamente de tres tipos de puntos de señalización: Punto de Servicio de Conmutación (Service Switching Point,

SSP), Punto de Transferencia de Señal (Signal Transfer Point, STP) y Punto de Control de Servicio (Service Control Point, SCP). Cada punto de señalización es identificado por un único Código Numérico de Punto, análogo a la dirección IP en una red de datos IP. Cada punto de señalización posee una tabla de enrutamiento para seleccionar el camino apropiado para cada mensaje.

Los SSP’s son centrales que originan, terminan o conmutan llamadas. Los STP’s son centrales que interconectan y enrutan tráfico en una red de Señalización #7. La tarea de un STP es similar a la de un router en una red IP. Los SCP’s son servidores centralizados de base de datos para realizar funciones de red inteligente, tales como la traducción de números 0-800.

En lo que se refiere al direccionamiento, para que cualquier red telefónica funcione, cada teléfono debe estar identificado por un único número. Este direccionamiento se sostiene en una combinación de estándares nacionales e internacionales. La recomendación E.164 de la ITU-T define un plan de numeración internacional para redes ISDN. El plan de numeración del servicio de telefonía internacional es un agregado de ésta recomendación. El plan de numeración nacional de cada país debe estar en conformidad con la recomendación E.164 y funcionar en forma conjunta y armónica con el plan de numeración internacional.

El enrutamiento de la voz está muy relacionado con el plan de numeración y la señalización

anteriormente

descritos.

enrutamiento

permite

establecimiento de una llamada del teléfono fuente al teléfono destino y es el resultado de establecer un juego de tablas o reglas en cada central. Cuando se quiere realizar una llamada, el destino deseado y el tipo de servicios disponibles es derivado de estas tablas o reglas. Veamos a continuación los pasos seguidos para conmutar una llamada según el protocolo ISUP (que forma parte del SS7), ayudándonos de la siguiente figura:

FIGURA 5 - SEÑALIZACIÓN BÁSICA ISUP

Cuando se hace una llamada de un teléfono a otro que está conectado a otra central, la central desde la cual se origina la llamada transmite un IAM (Initial Address Message) para reservar un circuito disponible entre ambas centrales (1a). El IAM incluye el Código de Punto de origen, el de destino, el Código de

Identificación del Circuito (Circuit Identification Code: CIC, en la figura es 5), los números marcados y opcionalmente el número llamante y el nombre. En la figura se aprecia que el IAM es re-enrutado, por el STP de la central de origen, hacia la central de destino (1b). El mismo enlace de señalización es usado mientras dure la llamada a menos que una falla en el enlace obligue a la central a usar un enlace alterno.

La central de destino examina el número marcado, determina si le corresponde y si la línea está disponible para timbrar. Si es así transmite un ACM (Address Complete Message) a la central de origen (2a) a través de su STP para indicar que el circuito ha sido reservado. Así mismo hace timbrar el terminal llamado y envía la señal de timbrado a la central de origen sobre el circuito de voz. El STP re-enruta el ACM a la central de origen (2b), la que a su vez realiza la conexión de la línea de voz hacia el terminal que originó la llamada completando el circuito de voz. En el terminal llamante se puede escuchar la señal de timbrado a través del canal de voz. Cuando en el terminal llamado se levanta el auricular, la central de destino deja de enviar la señal de timbrado y transmite un ANM (Answer Message) a la central de origen a través de su STP (3a). Este a su vez re-enruta el ANM a la central de origen (3b). Este verifica que la línea del terminal llamante esté conectada al circuito reservado. De ser este el caso, se inicia la tarifación.

Si el terminal que origina la llamada es colgado primero, la central de origen envía un REL (Release Message) para liberar el circuito entre las centrales

(4a). El STP re-enruta el REL hacia la central de destino (4b). Si el terminal llamado es colgado primero o si la línea está ocupada, la central de destino envía un REL a la central de origen indicando la causa del mensaje. Tras recibir el REL, la central de destino desconecta el circuito, lo declara como libre y transmite un RLC (Release Complete Message) a la central de origen (5a) para notificar la liberación del lado remoto del circuito. Cuando la central de origen recibe el RLC (5b), termina la tarifación y declara el circuito como libre en espera de otra comunicación.

Las señalizaciones que incorporan los enlaces entre centrales se asocian en un mismo circuito digital de 64 kb/s, distinto e independiente del canal de conversación. Cada enlace transmite unidades de señalización conformadas por una información de usuario, de longitud variable y una información de control, con un número de campos de longitud fija. Es posible distinguir tres tipos distintos de dichas unidades, según contengan información de señalización, información del estado del enlace o estén dedicadas a dar acuse de recibo y notificación de errores de las unidades de señalización recibidas. Estas unidades, integradas en el SS7 se configuran a partir de una base de bits repartidos en campos.

Los bits que son intercambiados por las redes de canal común Nº 7 son:

 8 bits –

Parte inicial denominada bandera, 01111110

 16 bits –

Campo de control de errores

 8 bits –  8 bits –

Campo de información de señalización Indicador de red nacional/internacional y de mensajes internos de servicio

 2 bits –

Tipo 00, de reserva

 6 bits –

Identifica el tipo de unidad de información

 1 bit –

Función de control y de acuse de recibo

 7 bits –

Número secuencial en transmisión

 1 bit –

Función de control y de ajuste de recibo

 7 bits –

Número secuencial en recepción

 8 bits –

Parte final denominada bandera, 011111110

La filosofía del sistema de señalización por canal común se basa en el entendimiento por software entre dos centrales de conmutación y permite incorporar al mensaje de señalización información diversa (número del abonado que llama, estado de la red, tarifa de la conmutación, detección y corrección de los errores de enlace, código de identificación de circuitos,...) En una comunicación telefónica en que haya intervenido un proceso de señalización por canal común, puede suceder que la conversación se mantenga por un enlace de enrutamiento distinta al del enlace de señalización.

1.9

Principios de numeración

Para la explotación del servicio telefónico es preciso disponer de un conjunto de normas a cumplir por la empresa operadora y los abonados, con el fin de regular la práctica de acceso a comunicaciones telefónicas nacionales e internacionales.

El plan de numeración recoge tales requerimientos, disponiendo cada nación del propio. Producto de este ordenamiento, se le asigna un número a cada abonado al servicio telefónico, diferenciado del resto de los terminales conectados a la red. El número que identifica cada terminal telefónico ofrece información sobre el país donde está situado, la zona geográfica y la ciudad; abonados de dos ciudades distintas pueden tener el mismo número telefónico, pero el hecho de incluir prefijos cuando llama uno al otro los identifica perfectamente. A cada teléfono se le asigna un número que posibilita la tarificación y proporciona a los equipos de conmutación el adecuado encaminamiento para efectuar la conexión. La identificación de las primeras cifras de una llamada advierte si es internacional, nacional, departamental o local, y permite así a la central elegir el enlace correspondiente. Aunque los planes de numeración tienden a ofrecer números con la menor cantidad de cifras, no siempre resulta posible por la elevada densidad telefónica y la diversidad de nuevos servicios que, lógicamente, precisan un número diferente (fax, RDSI, móvil,…)

Se conoce como número internacional al conjunto de cifras asignadas a un equipo de distinto país y está formado por el indicativo del país al que

pertenece, el indicativo interurbano de su zona de numeración y el número local del abonado. A pesar que los planes de numeración son específicos de cada país, la filosofía es la misma para todos. El usuario marca el número local del abonado distante cuando accede a otro teléfono de la misma provincia e incorpora un prefijo para comunicarse con un abonado nacional situado geográficamente fuera de ella.

En cambio, para iniciar una llamada internacional desde cualquier país, es preciso marcar en primer lugar el prefijo internacional, seguido del indicativo del país del abonado llamado y a continuación el indicativo más el número local del usuario que debe recibir la llamada.

1.9.1 Llamadas de larga distancia

Siempre que se hace una llamada de larga distancia, hay una cantidad asombrosa de tecnología trabajando detrás de ella. Sin embargo, para entender los sistemas automatizados usados hoy en día, es conveniente mirar atrás en el tiempo para saber cómo se encaminaron alguna vez este tipo de llamadas. Antiguamente la oficina central de la compañía de teléfonos era construida en el centro de la ciudad, y desde allí se llevaba un par de alambres de cobre al teléfono de cada hogar. La operadora trabajaba en esa sede, sentada delante de una pequeña central telefónica en donde había una colección de sockets (o entradas), uno

para cada teléfono de la ciudad. El procedimiento para realizar una llamada era el siguiente: una vez que se descolgaba algún teléfono, se encendía una luz sobre su correspondiente socket en la centralita. La operadora conectaba un jack en este socket y le preguntaba al usuario con quién deseaba hablar. La operadora entonces conectaba un jack al socket de la persona con quien se deseaba hablar, le enviaba una señal auditiva (ring) a través de la línea, y hablaba con la persona que contestaba. La operadora entonces conectaba ambos jacks mediante un cable permitiendo la comunicación. Cuando la operadora veía que la luz sobre el jack se apagaba (señal indicadora que el teléfono se había colgado), quitaba el cable que unía los dos sockets. Como vemos éste era un sistema sumamente sencillo.

Para realizar llamadas de larga distancia con este sistema simple, la compañía de teléfono local agregaba una línea (o múltiples líneas) para conectarse con una oficina interurbana (o de larga distancia). Supongamos que la persona X desea hacer una llamada de larga distancia para hablar con la persona Y. Para hacer la llamada, X tomaba el teléfono y le decía a la operadora el número de Y. La operadora (llamémosle "A") se conectaba entonces con una de las líneas que iban a la oficina interurbana y hablaba con la operadora de dicha oficina ("B"). La operadora B conectaba a su vez a la operadora A con otra oficina interurbana -- según el código de área de la persona a llamar (Y). La operadora A decía a la nueva operadora el número y ésta la

conectaba con la oficina siguiente hasta que finalmente la operadora A era capaz de hablar con la operadora ("F") de la sede para la ciudad en la cual vivía Y. Esta operadora F hacía la conexión con Y. Entonces la operadora A conectaba a X con la línea interurbana y se podía tener la conversación deseada entre X e Y. Como se puede ver, este sistema sigue siendo notablemente simple. La llamada fue conectada por medio de alambres directos, físicos que iban de una oficina a la siguiente. La operadora de la oficina interurbana no perdía de vista la longitud de la llamada y se creaba un expediente de facturación.

El primer paso hacia la automatización fue sustituir a la operadora "A" por un interruptor mecánico. Cuando se hacía una llamada local, era el interruptor el que hacía la conexión. Para hacer una llamada de larga distancia, se marcaba "O" para hablar con un operador humano y éste hacía la conexión de la llamada a través de las oficinas interurbanas como se vio antes. Las computadoras permitieron el reemplazo de los operadores interurbanos por los interruptores automatizados. Las computadoras podían crear las conexiones y los expedientes de facturación tal como un operador humano. Los alambres seguían siendo las conexiones físicas en cada llamada, pero era la computadora la que los conectaba en cada oficina.

Pongamos otro ejemplo. Si de Santa Mónica (California), usted marcó 1212-555-1234 en Nueva York, el 1 la identificó como llamada de larga

distancia (en este caso, nacional) diciendo al interruptor local conectar con un interruptor interurbano. Los 212 dijeron al interruptor interurbano qué línea interurbana tomar. Entonces los 555 dijeron a la oficina interurbana de Nueva York con qué oficina local se debía conectar. Finalmente la oficina local le conectaría con el teléfono de la persona con que deseaba hablar. Las computadoras en cada oficina pasarían el número de una a otra como datos digitales vía las líneas de datos conectadas entre los interruptores.

Por otro lado si el número comienza por 00, se trata de una llamada de larga distancia internacional por lo que se dirige a la central de frontera que cada operador tiene en su país, desde donde se envía a la central de frontera del país siguiente. La señal continúa viajando por tierra a través de la infraestructura de los operadores internacionales y elige la ruta más rápida: por ejemplo, una llamada a Holanda que no pueda pasar por la red belga porque está saturada, sabe que tiene que seguir su ruta a través de Alemania. Esto es posible porque todos los operadores tienen acuerdos entre sí para transportar las señales. No está de más recordar que la estructura de telefonía es piramidal: en la base hay varias centrales locales, más arriba, un número menor de centrales nacionales, después, unas pocas internacionales, y en la cúspide, la central de frontera.

A modo de resumen, en una llamada hacia Perú desde otro país, sea cual sea se precisa marcar por ejemplo: 00 51 54 20 26 57

 00 : prefijo internacional  51 : indicativo del país  54 : indicativo departamental  20: indicativo local  2657: número local del abonado

Se estableció, a través de órganos internacionales, que hubieran 9 zonas de numeración mundial que son los siguientes.

 1 – América: EEUU, Canadá y países isleños de pequeñas dimensiones  2 – África  3 y 4 – Europa  5 – América Central y del Sur  6 – Oceanía y países isleños del Pacífico sur  7 – Países de la antigua Unión Soviética  8 – Asia occidental y Servicio Marítimo INMARSAT  9 – Asia oriental

De esta distinción se desprenden los números internacionales de cada país: como España pertenece a Europa zona 3, país número 4, se

desprende el número 34. Para el caso del Perú tenemos que pertenece a la zona 5, país número 1 dando como resultado el número 51. En el mundo de hoy, hay dos cosas que hacen el sistema más interesante: los alambres físicos ya no conectan las oficinas para cada llamada telefónica. Este sistema es muy costoso. En su lugar, una línea de fibra óptica lleva una versión digitalizada de la voz. Su voz (junto con millares de otras) se convierte en una corriente de bytes que fluyen en una línea de fibra óptica entre las oficinas. La diferencia en costo entre "un par de alambres de cobre que llevan una sola conversación" y "una sola fibra que lleva miles y miles de conversaciones" es fenomenal. Hoy cuando Ud. hace una llamada de larga distancia, el interruptor en la oficina local tiene acceso a una base de datos que contiene un expediente para cada número de teléfono conectado con dicho interruptor. La base de datos contiene lo que se llama un código PIC (Primary Interchange Carrier code), que indica que portador de larga distancia usted ha elegido (cuando se cambia los portadores de larga distancia, este código PIC es el que cambia). El interruptor busca el código PIC para su número y después conecta con un interruptor de larga distancia para su portador de larga distancia. Los interruptores de su portador de larga distancia encaminan la llamada al portador local de la persona con que desea hablar, y este portador local completa la llamada hacia esa persona.

1.10

Principios de tarificación

La tarificación telefónica es el medio por el cual el usuario del teléfono contrapresta económicamente a la compañía suministradora del servicio por la utilización del mismo. Es preciso señalar que los objetivos marcados en los planes de tarificación se fundamentan como mínimo y desde un punto de vista económico, en hacer frente a los gastos y fuentes de financiación necesarios para la prestación del servicio. La relación empresa-usuario debe mantener la concepción de obtener rentabilidades razonables con la aplicación del sistema tarifario e incluso las modificaciones necesarias para reestructuración de tarifas. La existencia de equipos obsoletos de conmutación en la planta telefónica dificulta estas labores e impide facilitar con detalle al abonado ciertos datos relativos al uso del servicio. Esta variedad de opciones induce a arbitrar un criterio común que armonice cualquier política de tarifas del servicio telefónico. Una característica generalizada es el trato dado al concepto de paso de contador: cada abonado tiene, en la central de donde depende su línea telefónica, un dispositivo contador que acumula el número de pasos que consume en cada comunicación de tal forma que, en función del destino, cada paso avanzará con mayor o menor cadencia. Según este principio, cualquier reestructuración de tarifas podrá traducirse en modificar la cuantía económica asignada al paso de contador o variar la cadencia de tiempos entre pasos.

La mayoría de las administraciones rebajan sus cuotas, según ciertos horarios en los que el tráfico disminuye; el paso también disminuye y a efectos

económicos para el abonado también disminuyen considerablemente. Así en términos prácticamente generalizados, una tarifa suele constar de tres partes diferenciadas: cuota de instalación, de abono mensual y del servicio medido. La primera se refiere a los gastos de carácter no recuperable y se efectúa una sola vez con motivo de la instalación inicial; la cuota de abonado supone una cantidad fija en concepto de alquiler por la asignación de elementos de la infraestructura de la red, independientemente del tiempo que el abonado utilice su particularizado circuito con la central y la tercera cuota por servicio medido, se refiere al número de llamadas realizadas y al tiempo empleado en las mismas según el destino. Todos los abonados disponen de un contador donde sus llamadas quedan anotadas y archivadas pendientes de facturación.

1.11

Jerarquías Digitales

1.11.1 PDH

Uno de los principales objetivos de todas las compañías telefónicas es agrupar el mayor número posible de conversaciones telefónicas en las líneas troncales (entre centrales); la técnica que permite hacer esto se denomina multiplexación y puede hacerse básicamente de dos formas: la multiplexación por división de frecuencias (FDM, Frequency Division Multiplexing) y la multiplexación por división de tiempos (TDM, Time Division Multiplexing).

La multiplexación por división de frecuencias se hace normalmente cuando las señales son analógicas. Sin embargo, como ya hemos visto, las compañías telefónicas transmiten generalmente la voz de forma digital; una de las razones que les llevó a digitalizar la voz era que se podían multiplexar canales con relativa facilidad por la técnica denominada multiplexación por división de tiempos (TDM.)

Por el teorema de Nyquist sabemos que para digitalizar la voz se ha de hacer un muestreo la señal con una frecuencia al menos doble que el ancho de banda que se desea capturar. En la práctica se utilizan 8 KHz, que corresponden a los 4 KHz de un canal telefónico (3,1 KHz útiles mas 450 Hz de margen a cada lado). Como consecuencia de esto en todo sistema telefónico del mundo las cosas ocurren en múltiplos o 'latidos' de 125 m seg. El códec que convierte la señal analógica en digital produce para cada muestra un número de 7 u 8 bits. Esta técnica se denomina PCM (Pulse Code Modulation).

En el sistema de multiplexación por división de tiempos utilizado en América del Norte y Japón el códec recibe 24 conversaciones simultáneas y hace un muestreo cada una 8.000 veces por segundo; cada muestra está formada por ocho bits, con lo que el códec genera cada 125 m seg una trama formada por 193 bits (24 x 8 = 192 bits más un bit de señalización), lo cual da una velocidad de línea de 1,544 Mbps. Este tipo de línea se conoce como T1. En el resto del mundo se suele

utilizar una agrupación distinta, poniendo 30 canales de voz más dos de señalización, con lo que se genera una trama de 256 bits cada 125 m seg, lo cual da una línea de 2,048 Mbps (256 x 8.000 = 2.048.000) que denominamos E1. Del mismo modo que en FDM existían grupos de jerarquía superior (supergrupos y grupos maestros) en TDM existen también niveles superiores. Por ejemplo cuatro líneas E1 forman una E2 (8,848 Mbps). A su vez cuatro líneas E2 forman una E3 (34,304 Mbps), y así sucesivamente. La jerarquía sigue hasta llegar a velocidades de más de 500 Mbps. Cuando se multiplexan varias líneas E1 cada una lleva su propia señalización de sincronismo, que puede no coincidir exactamente con la de las demás. Por este motivo la jerarquía formada con este tipo de

líneas

denomina

Jerarquía

Digital

Plesiócrona

PDH

(Plesiochronous Digital Hierarchy); plesio es un prefijo que en griego significa próximo. Del mismo modo que no hay acuerdo entre América, Japón y Europa respecto al primer nivel de la PDH, tampoco lo hay respecto a los siguientes.

Conocida la velocidad de una línea es posible calcular el tamaño de trama dividiéndola por 8.000 (recordemos que la frecuencia de muestreo en todo el mundo es de 8 KHz); por ejemplo, una trama E2 tiene un tamaño de 1.056 bits. La trama correspondiente a cada nivel se construye multiplexando a su vez tramas del nivel anterior; así por ejemplo, la trama E2 (120 canales) está formada por cuatro E1 (30

canales). Cada nivel añade bits de sincronismo adicionales al construir su trama, por ejemplo, una trama E2 está formada por cuatro tramas E1 de 256 bits cada una más 32 bits adicionales.

A menudo cuando se solicita a una compañía telefónica una línea dedicada para la transmisión de datos ésta ofrece como posibilidades las velocidades de la PDH, ya que son las que de forma natural soportan sus equipos, lo cual simplifica la constitución del enlace y optimiza los recursos utilizados. Las velocidades que se suelen utilizar con más frecuencia para la transmisión de datos son la de 64 Kbps y los niveles 1 y 3 de la jerarquía (T1 y T3 en América, E1 y E3 en Europa); dado que hay un salto considerable entre 64 Kbps y T1 o E1 y una demanda grande de velocidades intermedias, muchas compañías telefónicas ofrecen servicios intermedios, denominados n x 64. Cuando la compañía telefónica facilita una línea PDH T1, E1 o superior para transmisión de datos la estructura de la trama la define el propio usuario, es decir, el usuario o programa de comunicaciones dispone de toda la trama sin tener que respetar la estructura que normalmente tiene una trama PDH al transmitir voz. Así por ejemplo una trama E1 tiene normalmente 240 bits útiles y 16 de señalización, pero al utilizar una línea E1 para transmitir datos los 256 bits de la trama estarán disponibles para el protocolo a nivel de enlace de los equipos. Esto es lo que la compañía Telefónica denomina una trama o un enlace no estructurado.

Aunque la PDH contempla velocidades muy elevadas, en redes de ordenadores nunca se utilizan las superiores a 34 Mbps (en Europa) y 44 Mbps (en Norteamérica); para velocidades más elevadas se recurre a una jerarquía superior que veremos a continuación.

1.11.2 SONET/SDH

El sistema de multiplexación PDH que acabamos de ver fue desarrollado a principios de los sesenta por AT&T en los Estados Unidos. Un poco más tarde, en Europa, la ITU-T (entonces CCITT) diseñó otro sistema pero tomando decisiones diferentes en cuanto a la forma de multiplexar los canales, lo cual produjo un sistema incompatible con el americano, tanto en las velocidades de la jerarquía como en la estructura de las tramas. Por su parte Japón decidió seguir la versión americana de PDH hasta el nivel 2 de la jerarquía (6,312 Mbps) pero creó la suya a partir del nivel 3. Hay por tanto tres sistemas incompatibles de PDH. Dicho en pocas palabras, el sistema telefónico digital mundial basado en PDH es un desastre. Como consecuencia de ello los enlaces telefónicos transoceánicos necesitan el uso de costosas y caras cajas negras que conviertan un sistema en otro.

Además de la incompatibilidad intercontinental el sistema PDH tiene otros dos inconvenientes importantes: fue diseñado pensando en

sistemas de transmisión de cable coaxial y microondas y no en fibra óptica; por consiguiente la PDH no utiliza la transmisión por fibra óptica con toda la eficiencia que sería posible. El hecho de ser una transmisión plesiócrona (uso de múltiples relojes en las jerarquías 2 y superiores) impide extraer directamente canales cuando viajan en tramas de jerarquía superior a T1 o E1. Por ejemplo para extraer (o sustituir) un sólo canal de una línea E4 es necesario demultiplexar todos los niveles hasta el E1 correspondiente.

Podemos sintetizar los cinco problemas principales de PDH:  Incompatibilidad intercontinental  No pensada para fibra óptica  Capacidades máximas bajas (Japón 98 Mbps, EEUU 274 Mbps, Resto del Mundo 139 Mbps)  Carece de herramientas de gestión ni posibilidad de tolerancia a fallos  El uso de bits de relleno impide el multiplexado entre niveles no contiguos.

Para resolver estos problemas, los ingenieros de Bellcore (laboratorio de investigación de las compañías telefónicas en Estados Unidos) empezaron a trabajar en 1985 en un estándar que denominaron SONET (Synchronous Optical Network). En SONET la técnica de bits de relleno se sustituyó por el uso de punteros que indicaban exactamente en que bit empezaba cada una de las tramas multiplexadas; de esta forma se

podía acceder de forma directa a la información de un canal determinado y extraer la información deseada sin tener que perturbar al resto de los canales.

SONET pretendía ser una jerarquía síncrona que sustituyera a la PDH americana por encima del nivel T3 (que era el más utilizado); la velocidad básica que se definía con la nueva tecnología era de 49,9 Mbps, adecuada para encapsular de manera relativamente eficiente una línea T3 (los 5 Mbps adicionales eran necesarios para información de gestión del sistema, otro de los puntos en que SONET mejoraba considerablemente las facilidades respecto a PDH). Sucesivos valores se construían sencillamente como múltiplos de esta velocidad.

FIGURA 6 - MULTIPLEXIÓN SDH E3 E1 . . E1 E3 E3 E3

-1

STM-1

Codificador Conversor (scrambler) electro-óptico

ST M

-4

STM-4

STM-16

-4 -1 STM STM -4 -1 TM M S ST Multiplexor Multiplexor 4:1 4:1

Tramas SDH

OC-48c

Dado que la conectividad transoceánica era uno de sus principales problemas, Bellcore propuso a la CCITT en 1987 la adopción de SONET como estándar internacional. La propuesta no fue bien recibida en Europa, ya que las dos jerarquías mas utilizadas (E3 y E4) no encajaban bien en los valores elegidos por los americanos: la E3 desperdiciaba mucha capacidad de los 49,9 Mbps, y la E4 no cabía con la información de gestión en 149,7 Mbps, por lo que tenía que utilizarse para su transporte una trama de 199,6 Mbps, que de nuevo desperdiciaba mucha capacidad. Por su parte Japón, con su sistema peculiar, tenía también sus objeciones. Todos tuvieron que ceder en parte de sus pretensiones, y finalmente se llegó al siguiente acuerdo: La velocidad básica de SONET se estableció en 51,84 Mbps. Esta se denomina OC-1 (Optical Carrier 1) para interfaz óptica y STS-1 (Synchronous Transfer Signal 1) para interfaz eléctrica; los valores superiores son múltiplos de esta velocidad y se denominan OC-n o STS-n donde n es el número de veces que contiene el valor básico. No todos los múltiplos están permitidos. El estándar internacional, que se denomina SDH (Synchronous Digital Hierarchy) utiliza como velocidad fundamental OC-3, es decir 155,52 Mbps, y se denomina STM-1 (Synchronous Transfer Module 1). Los valores superiores son múltiplos de esta velocidad, y se denominan STM-n, donde n es el número de veces que contiene un STM-1. No todos los múltiplos están permitidos.

Así sobre un OC-1 se transporta en América un T3, en Europa un E3 y en Japón un 'J3.1' (32,064 Mbps); sobre un OC-3 se transporta en Europa un E4 y en Japón un 'J3.2' (97,728 Mbps); sobre un OC-9 se transporta en Japón un 'J4' (397,2 Mbps). En cada caso el grado de aprovechamiento varía. La compatibilidad internacional está garantizada por la existencia de velocidades comunes en todos los países a partir de 155,52 Mbps. A este estándar se le conoce habitualmente como SONET/SDH. La comunicación en SONET/SDH es siempre full dúplex y simétrica.

TABLA 1.1 - VELOCIDADES DE SDH Señal eléctrica u óptica STM-1 STM-2 STM-3 STM-4 ... STM-16 ...

Equivalencia SONET STS-3, OC-3 STS-6, OC-6 STS-9, OC-9 STS-12, OC-12 ... STS-48, OC-48 ...

Caudal (Mb/s) 155,52 311,04 466,56 622,08 ... 2488,320 ...

En la tabla anterior hemos especificado las velocidades total y de datos en cada caso. A partir de ellas podríamos calcular el tamaño de trama, por ejemplo una trama STM-1 tiene un tamaño de 2430 bytes (155.520.000/8.000/8) de los cuales 2349 son aprovechables; quedando los 81 restantes reservados para información de gestión del sistema. Las interfaces OC-3 (STM-1) y OC-12 (STM-4) que corresponden a 155,52

Mbps y 622,08 Mbps están especificadas en la capa física de ATM. La velocidad de 155,52 Mbps es la más utilizada en estas redes; a menudo se la suele referir como 155 Mbps (aunque sería más correcto decir 156 Mbps).

sistema

SONET/SDH

está

formado

por

conjunto

conmutadores, multiplexadores y repetidores, todos interconectados por fibra óptica. Si por ejemplo queremos interconectar dos ordenadores mediante un STM-1 los enchufaremos físicamente a dos multiplexores SDH (también llamados ADM, Add-Drop Multiplexer), que a su vez estarán interconectados mediante dos fibras (una para cada sentido). Según la distancia que separe los ADM’s puede ser necesario el uso de repetidores. Se puede conectar varios multiplexores en forma de anillo, en cuyo caso los datos viajan siempre en el mismo sentido, con lo que se consigue comunicación full dúplex utilizando una sola fibra para constituir el anillo; sin embargo lo normal es utilizar dos fibras y tener una de ellas de reserva para caso de avería, con conmutación automática en cuestión de milisegundos. Se puede hacer también topologías más complejas, en malla, utilizando conmutadores SDH.

La fibra que une directamente dos equipos SDH cualesquiera (multiplexores, conmutadores o repetidores) se denomina sección; a la unión entre dos multiplexores contiguos (posiblemente a través de repetidores) se la conoce como línea; por último la definición de un

camino completo de comunicación entre dos multiplexores para la interconexión de dos equipos finales (que puede atravesar varios repetidores y multiplexores intermedios) se llama ruta.

FIGURA 7 - ENLACE EN UNA RED SONET/SDH

Las velocidades de SONET/SDH son tan elevadas que estas infraestructuras se utilizan normalmente para transportar múltiples canales de datos, voz, etc. Estos pueden ser canales SDH de velocidad inferior, por ejemplo un STM-4 transportando cuatro STM-1, o canales PDH, o combinaciones de ambos (por ejemplo un STM-4 transportando dos STM-1, un E4, dos E3 y 21 E1). Existen unas reglas que especifican las capacidades máximas, que son siempre inferiores a lo que cabría esperar de la simple suma de velocidades. Los canales que se agrupan en uno de velocidad superior se denominan tributarios de éste.

La capa física de SONET/SDH se subdivide en cuatro subcapas. La más baja se denomina subcapa fotónica y especifica las características físicas de la luz y la fibra utilizadas, que pueden ser monomodo o multimodo y siempre trabajan en segunda ventana. Las tres capas siguientes corresponden a la sección, línea y ruta. La subcapa de sección se ocupa de los enlaces punto a punto entre elementos contiguos cualesquiera (repetidores, multiplexores o conmutadores); la subcapa de línea se encarga de la multiplexación y desmultiplexación de tributarios entre dos multiplexores. La subcapa de rutas se ocupa de los problemas relacionados con la comunicación extremo a extremo. Como podemos ver existe un cierto paralelismo entre las cuatro subcapas de SONET/SDH y las cuatro primeras capas del modelo OSI.

Una red SONET/SDH está formada por:

 Repetidores  Multiplexores llamados ADMs (Add-Drop Multiplexer). Permiten intercalar o extraer tramas (p.e. una STM-1 en una STM-4). Permiten crear anillos.  Digital Cross-Connect: actúan como los ADMs pero permiten interconexiones más complejas (con más de dos puertos)

Sinteticemos entonces las seis soluciones de SONET/SDH para los problemas de PDH:

 El sistema americano (SONET) no es idéntico al internacional (SDH) pero ambos son compatibles.  Define interfaces de fibra óptica  La capacidad llega (de momento) a 10 Gbps  Dispone de herramientas de gestión y tolerancia a fallos (recupera averías en 50ms.)  Utiliza punteros; permite el multiplexado entre niveles no contiguos  Permite seguir utilizando PDH en enlaces de menor capacidad

Los sistemas de transmisión basados en SONET/SDH son la base de las

modernas

transmisión

infraestructuras datos

telecomunicaciones.

SONET/SDH

suministra

Para

transporte

extremadamente fiable, tanto por la baja tasa de errores de la fibra óptica y el sistema de transmisión síncrono, como por la posibilidad de disponer de caminos físicos redundantes con conmutación automática en caso de avería. Algunas compañías telefónicas están poniendo a disposición de sus grandes clientes el uso de infraestructuras SONET/SDH, especialmente para la constitución de redes privadas virtuales, es decir la creación de redes integradas de voz y datos de alta capacidad.

TECNOLOGÍA DE VoIP

Antes de poder hablar de Voz sobre IP, es necesario explicar lo que es IP. La abreviación IP quiere decir Internet Protocol. La versión 4 es la más usada actualmente y es común usar el término IPv4 para referirse a ella. Cuando no se menciona la versión, normalmente se habla de la versión 4. Es también este el caso de la presente tesis.

Veremos

a continuación algunas características de

las redes IP

describiremos los protocolos que más se usan sobre IP. Después se darán algunas razones para el uso de IP en las comunicaciones de voz.

2.1

Arquitectura del software de la red 2.1.1 Diseño por capas

Para facilitar el diseño del software de red, se utiliza el modelo de “Diseño por Capas”. En este modelo cada capa provee una cierta funcionalidad, que puede ser usada por la capa inmediata superior. Hay muchas ventajas en el uso de este modelo.

Antes que nada, el software es mucho más fácil de diseñar. Tratar de implementar una funcionalidad deseada sin tener una base sobre la cual comenzar o tratando de resolver todos los problemas en forma unificada y conjunta sería sustancialmente difícil y probablemente resultaría en un software plagado de fallas. Las mismas, gracias a la complejidad del

diseño, serían difíciles de encontrar. Dividiendo el software en capas, uno solo se preocupa por implementar una funcionalidad por cada capa. Esto eleva la eficiencia del diseño y hace más sencilla la detección de errores.

Otra ventaja es la adaptabilidad. Si se quiere hacer cambios al software, como por ejemplo corregir una falla o mejorar algún algoritmo, sólo se necesita modificar las capas relacionadas si la interfaz con la capa superior se mantiene. Estrechamente relacionada con esta característica se encuentra la portabilidad. Si las capas están bien diseñadas sólo algunas de ellas deberán ser cambiadas para usar el software con otro hardware de red u otro sistema operativo. Finalmente, debido a que algunas de estas capas serán muy probablemente implementadas como parte del sistema operativo como tal, las aplicaciones de usuario no tienen que contenerlas, haciendo de este modo posible que su tamaño no se incremente innecesariamente.

Para hacer posible la comunicación entre dos estaciones, es preciso que ambas estén conectadas a algún tipo de medio físico. Toda la información será enviada a través de este medio pero sólo la capa inferior tendrá acceso directo a ella. Conceptualmente, sin embargo, dos capas en diferentes estaciones pero en la misma capa se pueden comunicar directamente. Las reglas y convenciones usadas en esta comunicación están contenidas en el protocolo específico de dicha capa.

El juego completo de protocolos es llamado “Pila de protocolos”. La figura 2.1 ilustra mejor lo anterior.

FIGURA 8 - EJEMPLO DE DISEÑO POR CAPAS

Cuando una capa quiere transmitir cierta información a la capa correspondiente en la otra estación usa las funcionalidades de la capa que está debajo para realizarlo. Dicha capa añade algo de información, usualmente en forma de cabecera, y usa la capa inferior para transmitir la información. Este proceso se repite hasta que los datos son finalmente enviados a través del medio físico.

Cuando estos llegan al receptor la primera capa procesa la información pertinente y pasa los datos a la capa superior. En cada capa este proceso se repite.

2.1.2 El Modelo de Referencia OSI

El modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection) posee siete capas y fue desarrollado por la ISO (International Standards Organization). Este modelo define únicamente la función de cada capa sin

definir,

por

ejemplo,

qué

protocolo

debe

usar.

implementaciones reales resulta que algunas de las capas están casi vacías mientras que otras son demasiado elaboradas.

FIGURA 9 - MODELO DE SIETE CAPAS OSI Capa 7

Capa de Aplicación

Capa 6

Capa de Presentación

Capa 5

Capa de Sesión

Capa 4

Capa de Transporte

Capa 3

Capa de Red

Capa 2

Capa Enlace de Datos

Capa 1

Capa Física

Sin embargo, conceptualmente el modelo es bueno y es un buen ejemplo de un diseño por capas.

2.1.2.1

Capa física

Es la capa más baja en el modelo y la única que tiene acceso inmediato al medio de comunicación. Es responsable por la transferencia de bits de la fuente al destino que está conectado al mismo medio.

2.1.2.2

Capa de enlace de datos

Esta capa usa las facilidades de la capa física para crear un canal de comunicación más confiable. Esta capa hace posible mandar bloques de información, llamados tramas en forma confiable de una estación a otra.

2.1.2.3

Capa de red

Hasta ahora las capas sólo se han encargado de transportar información entre estaciones conectadas al mismo medio.

función de la capa de red es hacer posible el envío de paquetes a una estación que tiene una conexión con la fuente pero que no está conectada al mismo medio físico. Esto implica que entre los diferentes medios físicos debe haber dispositivos que transfieren datos de un medio a otro. Estos dispositivos son llamados

usualmente ruteadores o gateways. El uso de estos dispositivos hace necesario adicionar funciones a la capa de red.

En primer lugar, que entre una fuente y un destino existan varias rutas posibles. La capa de red debe determinar cuál usar. Estas rutas pueden determinarse con anticipación pero también es posible que la capa de red ajuste la información de enrutamiento en forma dinámica para alcanzar un mejor rendimiento. Por otra parte como el tráfico entre redes adyacentes puede ser muy grande es posible que uno solo de estos dispositivos no sea suficiente, convirtiéndose entonces en un cuello de botella. La capa de red trata de lidiar con tales congestiones.

2.1.2.4

Capa de transporte

La capa anterior hizo posible el envío de los datos de una estación a otra. En esa capa la comunicación se realizaba intercambiando paquetes. La capa de transporte hace posible considerar los datos como un flujo de bytes y no en términos de paquetes. La misma capa divide la información en unidades más pequeñas y la entrega a la capa de red. Si algunos paquetes se pierden esta capa debe manejarlo y enviar al receptor la secuencia correcta de bytes. Para poder seguir el rastro de los datos han sido ya enviados y cuales no, la capa de transporte utiliza una táctica orientada a la conexión.

La capa de transporte tendrá también mecanismos para el control de flujo, para prevenir el envío excesivo de información a receptores lentos, y mecanismos de prevención de congestión. Notar que la capa de red posee también un mecanismo de control de congestión. Sin embargo, la mejor manera de manejar la congestión es prevenirla antes que suceda. Esta es la función de la capa de transporte.

Esta es la primera capa en ser realmente end-to-end. La capa física y de enlace de datos sólo se pueden comunicar con los terminales vecinos. La capa de red transporta la información, paso a paso, de la fuente al destino. Para esta capa, sin embargo, la topología de la red se vuelve transparente al usuario.

2.1.2.5

Capa de sesión

La capa de sesión hace posible establecer sesiones entre dos estaciones. Una sesión extiende las capacidades de la capa de transporte con servicios adicionales. Un ejemplo de dichos servicios es la sincronización. Durante una transferencia pueden existir puntos de sincronismo. Si la transferencia de datos se interrumpiera

por

error,

transferencia

podría

ser

recomenzada desde el último punto de sincronismo en vez de comenzar la transmisión nuevamente.

2.1.2.6

Capa de presentación

Esta capa toma en consideración el tipo de información que esta siendo transferida. Esta capa podría, por ejemplo, hacer las conversiones necesarias si una computadora esta enviando caracteres ASCII y la otra caracteres Unicode.

2.1.2.7

Capa de aplicación

Es la capa más alta en el modelo. En esta residen la mayoría de aplicaciones de red del usuario final. Para comunicarse dichos programas usan sus propios protocolos. Ejemplos de tales aplicaciones son los programas de transferencia de archivos las que representan un terminal virtual.

2.1.3 El Modelo de Referencia TCP/IP

El IP es un protocolo usado en el modelo TCP/IP. Este fue originalmente diseñado para su uso en ARPANET, una red militar de fines de los sesenta. Esta red es, en verdad, la que creció para convertirse en lo que hoy conocemos como Internet.

Debido a su orientación militar, existieron dos requerimientos principales en su diseño. El primero fue su robustez. El Departamento de Defensa quería que la comunicación estuviera asegurada aún cuando algún

ruteador o línea saliera de operación. El segundo requerimiento fue la interoperabilidad. Como existían diferentes tipos de hardware envueltos (redes de cobre, enlaces satelitales, etc.), se deseaba una serie de protocolos que no sólo pudiera manejar estos tipos de hardware por separado, sino que también hiciera posible conectarlos.

Comparado con el modelo OSI hay una gran diferencia en la forma en que este modelo fue creado. El modelo OSI fue diseñado primero y posteriormente se crearon los protocolos que se adecuaran al modelo. Esto hizo al modelo OSI bastante genérico. El modelo TCP/IP, en cambio, fue creado de la manera opuesta. Los protocolos fueron diseñados para satisfacer los requerimientos del Departamento de Defensa y luego de la descripción de estos protocolos surgió el modelo de referencia. Esto quiere decir que el modelo TCP/IP en realidad no encaja en ninguna red que no sea una red TCP/IP. Por otra parte, el modelo por capas no es seguido en forma estricta. En el modelo TCP/IP existen ciertas violaciones a este principio. El modelo TCP/IP tiene cuatro capas, como se aprecia en la figura a continuación.

FIGURA 10 - MODELO DE CUATRO CAPAS TCP/IP Capa 4

Capa de Aplicación

Capa 3

Capa de Transporte

Capa 2

Capa de Internet

Capa 1

Capa de Estación a Red

A continuación una descripción de las cuatro capas:

2.1.3.1

Capa de estación a red

Es la capa más baja del modelo. Es también llamada Capa de Enlace o Capa de Interfaz de Red. El único requerimiento del modelo es que esta capa debe ser capaz de transmitir y recibir los datagramas IP que recibe de la capa superior. Se puede hacer un paralelo con las capas física y de enlace del modelo OSI. Esto implica que esta capa usualmente sólo es capaz de enviar información a estaciones que estén conectados al mismo medio físico.

2.1.3.2

Capa de Internet

Esta capa equivale a la capa de red en el modelo OSI. Su trabajo consiste en llevar paquetes de la fuente al destino, a través de diferentes redes de ser necesario. Sin embargo no hay garantía de que el paquete llegue, o de que el orden de la transmisión se respete en la recepción. Esta capa ofrece un servicio conocido como "el mejor esfuerzo”. No hay noción de conexión en esta capa. Los paquetes intercambiados son llamados datagramas IP, los cuales consisten en un campo de cabecera y uno de información.

Como en la capa de red de OSI, dispositivos intermedios, llamados ruteadores, son necesarios para transmitir la información a través de redes distintas. Los datagramas IP pueden ser enviados a su destino mediante saltos de ruteador a ruteador. Una vez más, como en la capa de red de OSI, esto implica que los algoritmos de enrutamiento y de control de congestión son aspectos importantes para la capa de Internet.

2.1.3.3

Capa de transporte

Para asegurar que múltiples aplicaciones puedan usar la red al mismo tiempo, es necesario un mecanismo de nomenclatura. La capa de Internet posee un mecanismo para identificar diferentes estaciones, pero aun se hace necesario diferenciar entre los

diferentes procesos que hacen uso de la red. Esto es realizado por la capa de transporte mediante el número de puerto. Esta capa tiene una funcionalidad similar a la capa de transporte del modelo OSI.

El modelo TCP/IP tiene dos protocolos de capa de transporte. Uno de ellos es el Transmission Control Protocol (TCP). Este protocolo transforma el inseguro servicio por paquetes no orientado a la conexión de la capa de Internet a un flujo orientado a la conexión confiable de bytes. Es un protocolo muy importante pues le brinda la confiabilidad a la comunicación.

El otro protocolo es el User Datagram Protocol (UDP). Este es un protocolo para aplicaciones que no necesitan el servicio ofrecido por TCP o quieren usar un protocolo propio. El UDP es simplemente una extensión del IP. Es un protocolo inseguro, no orientado a la conexión y cuya única extensión sobre el IP es la presencia de un número de puerto y de un verificador de errores (checksum).

2.1.3.4

Capa de aplicación

Como en el modelo OSI, la capa de Aplicación contiene protocolos de aplicaciones de red. Entre estas se encuentran aplicaciones de terminal virtual (TELNET), aplicaciones de transferencia de archivos (FTP) y aplicaciones de correo electrónico (SMTP).

2.2

Funcionamiento del protocolo IP 2.2.1 Formato del paquete IP

Cada paquete enviado por la capa IP se conforma de una cabecera IP seguida por la información real a enviar. Al enviar la información el byte más significativo es enviado primero y el menos significativo es enviado último.

FIGURA 11 - FORMATO DE LA CABECERA IP 0

31 Versión

IHL

Tipo de Servicio

Identificación Time to Live

Protocolo

Longitud Total Flags

Corrimiento del Fragmento

Checksum de Cabecera

Dirección IP Fuente Dirección IP Destino Opciones (no obligatorio)

El campo “Versión” en la actualidad tiene siempre el valor de 4. En un futuro permitirá hacer la transición a IPv6 más sencilla. El campo IHL (Internet Header Lenght) especifica la longitud de la cabecera en grupos de 32 bits. La parte obligatoria de la cabecera IP consiste, como se aprecia en la figura, en 5 palabras de 32 bits. Este por lo tanto es el mínimo valor válido para este campo. El campo de “Tipo de Servicio” (ToS) fue creado para proveer calidad de servicio, pero en la práctica ha sido muy poco usado. Sin embargo para fines de brindar a la voz la calidad requerida será necesario prestarle atención a este campo. El tamaño del paquete IP esta especificado en el campo “Longitud Total”. Es un campo de 16 bits por lo que la longitud máxima es de 65535 bytes. El campo “Identificación” es una ayuda para reconstruir datagramas. Todos los fragmentos de un datagrama dado tienen el mismo valor en este campo. El valor en este campo es incrementado para cada datagrama enviado. Usando los campos de “Flags” y “Corrimiento de Fragmento” la capa de Internet puede reensamblar datagramas fragmentados. El campo “Time to Live” es usado para limitar el tiempo de vida de un datagrama. El valor en este campo será decrementado por cada ruteador que se encuentre en el camino. Cuando el valor en este campo sea cero el datagrama será descartado. El campo “Protocolo” es usado para especificar a qué protocolo pertenece la información dentro del datagrama. Puede pertenecer al TCP o a algún otro protocolo de control de la capa de Internet. El

“Checksum de Cabecera” se utiliza para verificar la recepción sin errores de la cabecera IP. A continuación la cabecera contiene las direcciones de fuente y destino en campos de 32 bits cada uno. Las opciones pueden ser usadas para brindar facilidades adicionales a los datagramas IP (timestamp, source routing, etc.).

2.2.2 Direccionamiento

Cada estación en una interconexión de redes (Internet) que usen IP, debe tener una única dirección IP. La dirección IP es un valor de 32 bits que puede ser clasificado de la siguiente manera:

FIGURA 12 - CLASES DE DIRECCIONES IP Clase A 0 Identificador de Red Clase B 1 0 Clase C 1 1 0 Clase D 1 1 1 0

Identificador de Estación

Identificador de Red

Identificador de Estación

Identificador de Red

Identificador de Estación

Identificador de grupo Multicast

Clase E 1 1 1 1 0

Reservado

Una dirección IP es normalmente mostrada en formato decimal con puntos intermedios. Los 32 bits, que se separan en 4 grupos de 8, se escriben en formato decimal separados por puntos.

Las tres primeras clases contienen direcciones que pueden ser asignadas a estaciones. Existen, sin embargo, algunas restricciones. Por ejemplo, el identificador de estación no puede tomar el valor de 0 (dirección de la red), ni el de 255 (broadcast). De las otras dos clases, sólo la clase D es realmente usada. La clase E esta reservada para uso futuro. La clase D especifica una dirección multicast, la que permite enviar información a un grupo de estaciones. Es decir, un paquete es enviado a todas las estaciones pertenecientes a un grupo multicast.

2.2.3 Enrutamiento

La capa de Internet usa la capa de enlace para poder transmitir la información. Sin embargo, la capa de enlace puede solamente entregar información a estaciones que estén conectadas al mismo medio. Para poder enviar esta información a través de múltiples redes se usan los ruteadores. Estos dispositivos conectan redes distintas y se aseguran que los datagramas IP sean enviados a la red correcta. Explicaremos en forma básica el mecanismo de enrutamiento.

Cuando la capa de Internet de la estación transmisora envía un datagrama a alguna otra estación, primero examina la dirección IP de la estación receptora. Esto es necesario porque la capa de Internet debe comunicar a la capa de enlace a qué máquina enviar la información. Si la

dirección IP de destino se encuentra en la misma red la información se enviará directamente hacia la estación destino. De no ser este el caso la capa de Internet examina su tabla de enrutamiento. En esta tabla, de acuerdo a la dirección IP de destino, se puede encontrar la dirección de otro ruteador apropiado para llegar hacia la estación destino. Este ruteador llevará a cabo el procedimiento anterior hasta que el datagrama llega a su destino final.

Para asegurarse que las rutas escogidas sean las correctas, los ruteadores se comunican entre si. Intercambian información de las redes a las cuales están conectadas y de sus tablas de enrutamiento, después de lo cual actualizan su propia tabla de modo que se obtiene la mejor ruta para cada destino. El tipo de información y la forma en como es intercambiada son determinados por el protocolo de enrutamiento usado. Ejemplos de este tipo de protocolos son OSPF (Open Shortest Path First) y BGP (Border Gateway Protocol).

2.2.4 ¿Por qué usar Redes IP?

Las redes IP tienen ciertas características no deseadas para la transmisión de voz. Por ejemplo, el retardo de las celdas es variable y difícilmente predecible, un mecanismo común en caso de congestión es el descarte de paquetes, los datagramas no siguen necesariamente la

misma ruta para llegar de una misma fuente a un mismo destino por lo que pueden llegar en desorden, etc. Sin embargo, transportar información de voz en paquetes tiene algunas ventajas sobre el sistema tradicional. Cuando se hace una llamada telefónica se reservan recursos para construir un circuito temporal entre la fuente y el destino. El ancho de banda usado durante toda la llamada es fijo lo que, por un lado, es una garantía en términos de calidad de voz, pero por otro lado desperdicia gran cantidad de ancho de banda porque durante una conversación hay muchos intervalos en los cuales las personas permanecen calladas. Usando Voz sobre IP estos silencios pueden ser detectados de modo que sean descartados antes de enviarlos para ahorrar ancho de banda. Otra ventaja es la posibilidad de compresión.

Llegado este punto una posible pregunta podría ser: Si el IP no es el único protocolo basado en paquetes ¿Por qué usarlo específicamente? Este protocolo fue diseñado para transporte de datos y tiene muy limitados mecanismos para brindar calidad de servicio. La razón principal es su amplio despliegue a lo largo del mundo. Otras alternativas son por ejemplo Voz sobre Frame Relay (VoFR) o Voz sobre ATM (VoATM), las cuales si bien brindan un mejor soporte para el tráfico en tiempo real, son protocolos mucho menos difundidos.

2.3

Interoperabilidad y calidad de servicio

Hasta hace unos años los desarrollos realizados para comunicaciones en tiempo real sobre las redes de datos eran propietarios, es decir, cada fabricante producía sus protocolos, procedimientos y algoritmos propios. Esto traía como consecuencia inmediata la no interoperabilidad entre equipos de distintos fabricantes. Poco a poco fueron apareciendo recomendaciones y estándares que fueron siendo adoptados por el mercado. En la actualidad una comunicación de voz usando tecnología de VoIP, consiste básicamente en lo siguiente:

Antes de que la transmisión de la información en tiempo real se lleve a cabo, la conexión entre los puntos a comunicarse debe ser establecida mediante un protocolo de señalización. Luego de este paso, la voz será comprimida mediante algún algoritmo para luego ser encapsulada en una serie de protocolos que se adapten a las necesidades de la transmisión en tiempo real. Al llegar al otro lado los datos son desencapsulados, descomprimidos y pueden ser reproducidos para el usuario final. Mientras dure la comunicación deben existir mecanismos que controlen y monitoreen la llamada y que, una vez esta termine, liberen los recursos utilizados. Todas estas funciones son cumplidas en la actualidad por los protocolos RTP, RTCP, H.323, SIP, UDP, DiffServ, MPLS y una serie de algoritmos de compresión de voz y cabeceras. A continuación pasamos a explicar en forma más detallada en que consisten estos protocolos.

2.3.1 Protocolos de Señalización

Los protocolos de señalización son usados para establecer, modificar y terminar sesiones multimedia. A diferencia de la señalización para telefonía convencional, sobre una red IP la señalización necesita intercambiar información referente a requerimientos de ancho de banda, codificadores de audio y video, capacidades de transmisión de datos, etc. Antes de que se inicie una comunicación, es necesario estar seguro que ambos puntos comparten las mismas capacidades. En la actualidad, los principales protocolos que proveen estos servicios son: SIP y H.323.

2.3.1.1

SIP (Session Initiation Protocol):

SIP es un protocolo de la capa de aplicación que está siendo diseñado por la IETF (Internet Engineering Task Force). SIP es un protocolo basado en texto, debido a que fue derivado del protocolo HTTP. El SIP puede ser encapsulado en TCP o UDP (ver 2.1.2), pero en caso de usar UDP en la capa de aplicación se deben proveer mecanismos que garanticen cierta confiabilidad. El SIP es un protocolo que sigue el modelo cliente-servidor, lo que en términos generales significa que un cliente hace una solicitud (request) de un servicio y un servidor maneja la solicitud y responde (response) con un servicio.

El manejo de los mensajes se puede realizar en dos modos: modo proxy y modo de redireccionamiento. En el modo proxy, el servidor se encarga de la localización y notificación al usuario llamado, por lo que el proceso es transparente para el cliente. En el modo de redireccionamiento, el servidor recibe la solicitud de contacto con un usuario dado, pero en vez de localizarlo y enviarle la solicitud, le envía al usuario llamante la dirección donde puede localizarlo. El cliente debe enviar una nueva solicitud, esta vez direccionada hacia el usuario final en vez de al servidor.

La versión actual del SIP (2.0) tiene 6 tipos de solicitudes: 

INVITE: Invita a un usuario a una comunicación y establece una nueva conexión. Es usada para identificar y localizar a un usuario específico. Para la negociación de los parámetros de la sesión (número de puertos, codificador de voz a usar, etc.) usa este tipo de solicitud.



ACK: Es usada para indicar que una solicitud del tipo INVITE ha sido aceptada.



OPTIONS: Es usada para recopilar información acerca del las capacidades de los usuarios.



BYE: Termina una conexión entre dos usuarios.



CANCEL: Sirve para cancelar la búsqueda de un usuario.



Cuando un servidor recibe una solicitud, envía una respuesta. Cada tipo de respuesta está identificado por un código numérico. Existen 6 tipos de respuestas:



1xx: Información



2xx: Éxito



3xx: Redireccionamiento



4xx: Fallo en solicitud



5xx: Fallo en servidor



6xx: Fallo Global

El servidor mantiene informado al cliente por medio de estas respuestas. Un listado más detallado de los códigos numéricos puede hallarse en la especificación del SIP (RFC 2543).

Además del tipo de solicitud y del código numérico, los mensajes SIP contienen más información. Un mensaje consiste en una línea inicial, varios campos de cabecera, una línea en blanco y un cuerpo

del mensaje (opcional) que

puede

contener una

descripción de la sesión. Las sesiones se describen usando el protocolo SDP (Session Description Protocol).

2.3.1.2 H.323 El H.323 es un estándar de la ITU-T. En su arquitectura cada cliente pertenece a una zona y hay un “gatekeeper” en cada zona, en el cual todos los clientes deben estar registrados. Dicho “gatekeeper”

brinda

las

funcionalidades

traducción

direcciones y control de admisión y ancho de banda.

La especificación H.323 define 3 canales de señalización:  RAS (Registration, Admission and Status) - Canal establecido entre el usuario y el “gatekeeper”. Es usado para registrarse y solicitar recursos y ancho de banda para la llamada. Usa el protocolo UDP.  H.225/Q.931 - Es el canal usado para comenzar y culminar llamadas. También se usa para la provisión de servicios suplementarios. Usa el protocolo TCP.  H.245 - Canal usado para transmitir información de control durante una llamada y controlar los canales lógicos entre los puntos finales. Usa el protocolo TCP. En la actualidad el protocolo más usado es el H.323 (por ser más antiguo), pero poco a poco el SIP está ganando mercado debido a su simplicidad y su gran escalabilidad.

2.3.2 Protocolos Estándar para Transporte de Voz

Los requerimientos de las aplicaciones en tiempo real son diferentes a los de las aplicaciones tradicionales, puesto que el énfasis se centra en la disminución del retardo más que en la integridad de la información. El protocolo TCP (Transfer Control Protocol) es utilizado para llevar a cabo comunicaciones confiables, pero sus mecanismos de control de flujo y detección de errores lo hacen no apropiado para transmisiones cuyo retardo debe ser mínimo. Debido a esto se desarrolló el RTP (Real-Time Transfer Protocol). Este protocolo puede correr sobre protocolos de capas inferiores, con o sin orientación a la conexión, quienes se encargan

del

entramado

segmentación.

Típicamente,

las

aplicaciones encapsulan el RTP sobre el protocolo UDP (User Datagram Protocol) para usar sus servicios de multiplexación y verificación de errores. El RTP realiza las funciones de identificar el tipo de información y marcar los paquetes con un número de secuencia y hora de envío. Hay que notar que el RTP en sí no provee de ningún mecanismo para asegurar la calidad de servicio y más bien confía en los protocolos de capas inferiores para realizar tal tarea. A su vez el RTP utiliza un protocolo llamado RTCP (Real-Time Control Protocol) que realiza un monitoreo de la calidad de la comunicación y recopila información acerca de los participantes.

2.3.3 Protocolos de Calidad de Servicio

Las redes basadas en IP serán la base de la infraestructura de la red pública del siglo XXI y brindarán tanto servicios en tiempo real como servicios para los cuales el retardo no sea importante. Sin embargo, el brindarlos de manera exitosa depende de la posibilidad de proveer un transporte confiable, predecible y diferenciado sobre IP. Con tráfico de requerimientos muy especiales siendo transportados a través de una infraestructura de red que por diseño es “best-effort”, el tópico de Calidad de Servicio (Quality of Service: QoS) se vuelve clave.

Dentro de este contexto, QoS se refiere al exitoso alcance de un nivel de calidad deseado o “clase de servicio”. Una clase de servicio se caracteriza por un grupo de parámetros de desempeño que incluyen:



Retardo



Variación del retardo o jitter



Ancho de Banda



Pérdida de Paquetes

Estos parámetros son usados para diferenciar el nivel de calidad que provee un servicio. Está implícita en el concepto de QoS la posibilidad de diferenciar el tráfico hacia diferentes clases de servicio, las cuales

pueden ser tratadas en forma individual y predecible por los dispositivos de red.

El principal problema con el IP clásico es que no fue diseñado para manejar tráfico con distintos requerimientos de calidad. En una red basada en IP todo el tráfico es tratado igual y el servicio está basado en la disponibilidad de los recursos, sin ofrecer garantía alguna. Ante este problema

los

proveedores

servicio

evitaban

congestión

sobredimensionando sus enlaces de manera que el retado, el jitter y las perdidas fueran mínimas. Esta solución es aceptable para transportar voz sobre la red de telefonía pública, sin embargo para una red como Internet, cuyo tráfico se duplica cada 4 meses, es prácticamente imposible relacionar el volumen del tráfico de datos con el ancho de banda de los enlaces a usar en una red IP. Debemos entonces usar otra clase de mecanismos para poder llevar esta tarea a cabo de manera eficiente.

Antes de poder entregar calidad de servicio al tráfico que atraviesa una red, se debe implementar mecanismos que puedan separar dicho tráfico en diferentes clases de servicio. Por ejemplo, los requerimientos de aplicaciones como VoIP son distintos que los de fax o que los de correo electrónico, los que son menos sensibles al retardo y ancho de banda. Por lo tanto, tráfico con diferentes requerimientos debe ser separado en

diferentes categorías. Este concepto de clasificación de tráfico se conoce como Clase de Servicio (Class of Service: CoS). Para definir y brindar una Clase de Servicio los requerimientos tanto del usuario como de la aplicación deben ser conocidos por la red. A su vez la red debe ser capaz de proveer los mecanismos que logren que el servicio alcance los parámetros de calidad requeridos. Técnicas recientes que enfrentan este problema incluyen el manipular el campo ToS (Type of Service) de la cabecera IP, o encapsular el paquete IP. Estas técnicas son usadas por el DiffServ (Differentiated Services) y el MPLS (MultiProtocol Label Switching), que se encuentran bajo revisión en la IETF. Veremos a continuación con más detalle de qué se tratan estas técnicas.

2.3.3.1

DiffServ

El DiffServ marca cada paquete que tenga requerimientos especiales de servicio, permitiendo de esta manera que las decisiones de enrutamiento sean tomadas por paquete en vez de por sesión. Este proceso hace más eficiente el uso del ancho de banda porque elimina la necesidad de reservar ancho de banda ya que no se sabe cuánto se necesita exactamente.

DiffServ marca el paquete usando el campo ToS de la cabecera IPv4. No se ciñe a la actual especificación del uso del campo ToS (RFC 1349), sino que más bien lo renombra como el campo DS

(Differentiated Services), el cual incluye un subcampo de seis bits: DSCP (CD Code Point) y dos bits actualmente no usados. El campo DSCP lleva información acerca de los requerimientos del servicio, o prioridad relativa del paquete IP. Usando los 6 bits, el DiffServ es capaz de definir 64 niveles de servicio, permitiendo una mayor granularidad. Por ejemplo actualmente están definidas las clases de servicio:

 Best Effort (RFC2474), que no da ningún tratamiento especial al tráfico, otorgándole el ancho de banda que no está siendo ocupado.  Expedited Forwarding (RFC 2598), usado para establecer un servicio con ancho de banda garantizado, minimizando el retardo y la pérdida de paquetes.  Assured Forwarding (RFC 2597), define una clase de servicio con una garantía de entrega mayor a la del Best Effort, pero inferior a la de Expedited Forwarding. Interiormente define cuatro distintas clases de tráfico, cada una con tres posibles probabilidades de descarte.

Gracias a que el DiffServ trabaja en la capa 3, la calidad de servicio solicitada puede ser alcanzada hasta que el paquete alcance su destino, ya que cada ruteador lee la cabecera IP. Ahora, veamos los mecanismos que hacen posible que, una vez

reconocido un paquete dentro de una clase de servicio, los parámetros de calidad deseados sean alcanzados. Los ruteadores de borde de la red IP deben cumplir la tarea de acondicionar el tráfico, es decir clasificar el tráfico - según diversos criterios - y marcar el campo DS, monitorear y modificar las características de la distribución del tráfico cuando sea necesario, y de reforzar acuerdos de servicio entre redes IP bajo distintas administraciones. Gracias a que son los ruteadores de borde los que realizan esta minuciosa tarea, los ruteadores en el núcleo ven simplificada su labor en forma considerable.

Los ruteadores de núcleo cumplen la función de leer el campo DS y de, según la clase de servicio, distribuir los paquetes entre las distintas colas de salida que existen en cada interfaz. Las colas de salida proveen un alto grado de control sobre la calidad entregada al tráfico. Cuando existe congestión en una interfaz las colas se usan para mantener en espera, en forma ordenada, al tráfico en exceso mientras la congestión disminuye. Para proveer diferentes niveles de QoS a diferentes tipos de tráfico, se puede otorgar niveles de prioridad a las colas de salida. De este modo paquetes con distintos requerimientos de calidad pueden ser localizados en colas separadas y ser tratados en forma distinta en una misma interfaz.

Las colas de salida deben ser administradas en forma cuidadosa para prevenir la ocurrencia de pérdida de paquetes y retardo excesivo. Estos problemas pueden ocurrir bajo numerosas situaciones, pero la principal razón es que hay demasiados paquetes esperando ser enviados y muy poco espacio en la cola. WRED (Weighted Random Early Detection) y WFQ (Weighted Fair Queuing) son mecanismos que ayudan a lidiar con las situaciones de congestión.

RED (Random Early Detection) trabaja con el TCP (Transfer Control Protocol) para detectar y evitar la congestión en el núcleo de la red. Cuando el RED detecta que los datos están llegando a una velocidad mayor a la que pueden ser enviados, un algoritmo es usado para descartar paquetes en forma aleatoria. Este descarte causa que el TCP haga más lenta la transmisión de los distintos flujos de datos desde su respectiva fuente, lo que a su vez provoca un uso mucho más eficiente de la red. WRED ajusta los parámetros del algoritmo de descarte para que los flujos de datos de alta prioridad tengan una probabilidad mucho menor de ser descartados en caso de congestión.

WFQ usa un algoritmo que provee tratamiento preferencial a los volúmenes bajos de tráfico y permitiendo a los volúmenes altos de tráfico obtener igualdad en la capacidad de cola restante. Este

proceso es usado para evitar que las ráfagas que son muy largas (en su mayoría pertenecientes a aplicaciones que no tienen mayores requerimientos en cuanto a retardo) causen retrasos a las ráfagas cortas (normalmente aplicaciones de voz). Bajo el ambiente de DiffServ el algoritmo usa los valores del campo DS para tomar decisiones.

En resumen, el DiffServ provee un modelo de clasificación de tráfico altamente escalable y estándar que puede ser fácilmente administrada por los ruteadores de la red IP.

2.3.3.2

MultiProtocol Label Switching: MPLS

MPLS es una tecnología emergente que clasifica el tráfico en diferentes flujos que pueden ser manejados en forma diferente de acuerdo a ciertas condiciones específicas. Aunque el MPLS puede ser utilizado para brindar distintas calidades de servicio, su fuerza reside en su facilidad para realizar ingeniería de tráfico. Mientras que QoS se refiere al concepto de clasificación, priorización y administración del tráfico, la ingeniería de tráfico se refiere al concepto de la elección de rutas y la manipulación de los flujos.

MPLS añade a cada paquete que entra a la red una etiqueta que permite que sea encaminado por una cierta ruta a través de la red.

Al salir de la red MPLS la etiqueta es removida y el paquete es enrutado por los métodos tradicionales del IP. Una etiqueta es un valor corto de longitud fija que se lleva en la cabecera del paquete para identificarlo dentro de la red. Es análoga al VPI/VCI del ATM o al DLCI del Frame Relay, porque sólo tiene significado local, no lleva información de la cabecera de la capa de red y es usada para dar al paquete un trato específico. El mecanismo de selección de rutas de virtualmente todas las tecnologías de conmutación (Ej.: ATM, Frame Relay) incluyendo al MPLS se basa en un algoritmo de cambio de etiquetas. Los conmutadores MPLS ignoran la cabecera de la capa de red y retransmiten el paquete usando dicho algoritmo. Cuando llega un paquete, el conmutador utiliza el número del puerto de entrada y la etiqueta para llevar a cabo una búsqueda exacta en su tabla de enrutamiento. Al encontrar una coincidencia se recupera la etiqueta de salida y la interfaz de salida, se procede a remplazar la etiqueta de entrada y a direccionar el paquete hacia la interfaz respectiva para ser transmitido hacia el siguiente punto.

Bajo el esquema convencional de enrutamiento, el tráfico IP sigue el camino más corto a través de la red; en contraste, bajo el esquema MPLS, la ruta tomada por el tráfico IP puede ser predeterminada configurando rutas específicas. Moviendo el tráfico de la ruta más corta determinada por enrutamiento

convencional a la ruta menos congestionada, el MPLS puede equilibrar el tráfico de la red y de esta forma mejorar la eficiencia del enrutamiento IP. El prevenir la sobre o sub-utilización de los enlaces de la red mejora los tiempos de respuesta y la cantidad de tráfico cursado puede ser maximizada.

De manera similar al ATM, el MPLS utiliza un mecanismo de señalización, como RSVP (Resource Reservation Protocol) o CRLDP (Constraint-based Routing Label Distribution Protocol), para reservar recursos y establecer rutas a través de la red.

2.4

Algoritmos de compresión de voz

La conversación humana y, en general, todo lo que escuchamos se transmite en forma analógica. La comunicación analógica, si bien puede ser ideal para la comunicación directa, como método de transmisión no es eficiente ya que es muy propenso al ruido. En las primeras redes telefónicas, cuando la comunicación analógica pasaba a través de los amplificadores para elevar el nivel de la señal, no solo se amplificaba la voz sino también el ruido. Esto resultaba a menudo en una conexión inservible.

La transmisión digital consiste en el muestreo continuo de la señal de voz y su transformación en datos consistentes en sólo ceros y unos. Las señales digitales son mucho más inmunes al ruido de línea por lo que la inteligibilidad

de las comunicaciones puede garantizarse a grandes distancias. Cuando los beneficios de la transmisión digital se volvieron evidentes, las redes telefónicas migraron hacia el PCM (Pulse Code Modulation).

La modulación PCM hace un muestreo del sonido analógico 8000 veces por segundo y convierte cada muestra en un código numérico. Según el Teorema de Nyquist si se hace un muestreo de una señal al doble de la frecuencia máxima de interés, es posible regresar dicha señal a su forma analógica. Gracias a que el mayor contenido de la conversación humana se encuentra por debajo de los 4000 Hz, una frecuencia de muestreo de 8000 Hz (una muestra cada 125 microsegundos) es suficiente para la transmisión de voz.

Después que la onda es muestreada, ésta es convertida a una forma digital discreta. Dicha muestra es representada por un código que indica la amplitud de la onda en el instante en que la muestra fue tomada. El PCM usado para telefonía usa 8 bits para codificar la voz y mediante un método de compresión logarítmica se asignan más bits a las señales de baja amplitud. La velocidad final de transmisión es de 64000 bits por segundo (8000 muestras/segundo x 8 bits/muestra). Ésta es la velocidad estándar para un canal de comunicación digital telefónica.

Dos variaciones básicas del PCM de 64 Kbps son usadas: la ley A y la ley . Ambos métodos utilizan la compresión logarítmica para lograr con tan sólo 8 bits una calidad equivalente a una modulación PCM de 12 ó 13 bits; y difieren

en tan solo unos mínimos detalles de compresión. En el Perú, como en Europa, se usa la ley A.

Otro método de compresión comúnmente usado es el ADPCM (Adaptative Differential Pulse Code Modulation). El estándar ITU-T G.726 usa el ADPCM para codificar la señal en muestras de 4 bits, obteniéndose una velocidad de transmisión de 32 Kbps. A diferencia del PCM, los 4 bits no representan la amplitud de la onda al momento del muestreo, sino la diferencia en amplitud así como la velocidad de cambio de dicha amplitud, empleándose

una

rudimentaria forma de predicción lineal.

Tanto PCM como ADPCM son codificadores de “onda”, pues usan técnicas de compresión que explotan características redundantes de la onda en sí. En los últimos 15 años se han desarrollado nuevas técnicas de compresión que se basan en el conocimiento que se tiene de la fuente de generación del habla. Estas técnicas emplean procedimientos de procesamiento de señal que comprimen la voz mandando solamente información simplificada acerca de la excitación de voz original y de la forma del tracto vocal, requiriéndose menos ancho de banda para transmitir dicha información. Dichas técnicas pueden ser agrupadas como codificadores de “fuente”, y comprenden al LPC (Linear Predictive Code), el CELP (Code Excited Linear Prediction) y el MP-MLQ (Multipulse – Multilevel Quantization).

Diversos métodos de compresión de voz están estandarizados por la ITU-T en la serie G de recomendaciones. Entre los estándares de codificación de voz más populares están:



G.711, que usa la técnica de codificación PCM a 64 Kbps explicado anteriormente. El formato usado por las redes telefónicas convencionales.



G.726, que usa la técnica de codificación ADPCM a 40, 32, 24 y 16 Kbps. Algunas centrales telefónicas soportan este tipo de codificación.



G.728, que usa la técnica de codificación CELP a 16 Kbps con baja variación de retardo. Esta codificación debe ser traducida a otro formato que pueda ser entendido por las centrales para poder ser usado en la red pública.



G.729, que usa la técnica de compresión CELP y permite que la voz sea transmitida a 8 Kbps. Existen dos variaciones de este estándar, los cuales proveen una calidad de voz equivalente al ADPCM de 32 Kbps.



G.723.1, parte de la familia de estándares H.324, puede ser utilizado para comprimir voz u otras señales de audio a velocidades de transmisión muy bajas. Este estándar permite el uso de dos velocidades 5,3 y 6,3 Kbps; el primero está basado en CELP, brinda una buena calidad y flexibilidad; el segundo está basado en MP-MLQ y tiene mejor calidad.

Como los codificadores se basan cada vez más en técnicas de compresión subjetivas, los parámetros clásicos usados para medir la calidad de la voz como la Distorsión Armónica Total y la Relación Señal a Ruido guardan cada

vez menos relación con la calidad obtenida. Es así que para medir la calidad de la voz se usa el parámetro conocido como MOS (Mean Opinion Score). Las pruebas de MOS consisten en un grupo grande de oyentes que dan a cada muestra de voz un puntaje de 1 (malo) a 5 (excelente). Los puntajes son luego promediados obteniendo en valor del MOS. Este tipo de pruebas se usa para comparar cuan buena es la respuesta de un determinado método de codificación a diferentes niveles de ruido, múltiples codificaciones y decodificaciones, etc. Los datos obtenidos pueden ser usados para comparar los métodos entre sí.

La tabla a continuación muestra el MOS obtenido para distintos codificadores ITU-T. Se puede apreciar la relación entre varios codificadores de bajas velocidades y el estándar PCM.

TABLA 2.1 - MÉTODOS DE COMPRESIÓN Y SUS RESPECTIVOS PUNTAJES MOS Método de Velocidad de Procesamiento MOS Compresión Transmisión (Kbps) (MIPS)* G.711 PCM 64 0,34 4,1 G.726 ADPCM 32 14 3,85 G.728 LD-CELP 16 33 3,61 G.729 CS-ACELP 8 20 3,92 G.729 x2 codificaciones 8 20 3,27 G.729 x3 codificaciones 8 20 2,68 G.729a CS-ACELP 8 10,5 3,7 G.723.1 MPMLQ 6,3 16 3,9 G.723.1 ACELP 5,3 16 3,65 (*) Millones de instrucciones por segundo

Como se puede apreciar en la tabla 2.1, uno de los mayores problemas es la distorsión de la señal debido a múltiples codificaciones y decodificaciones (conocidas como codificaciones en tandem). Cuando una señal de voz es comprimida usando G.729 se puede degradar del MOS 3,92 (muy bueno) hasta 2,68 (normalmente inaceptable) tras tres codificaciones en tandem).

Para entender cómo codificadores de baja velocidad como el G.726 puede llegar a obtener un alto puntaje MOS, se debe saber como funcionan. Estudios realizados a patrones de voz, nos muestran que un porcentaje significativo de las comunicaciones de voz consiste en silencios prolongados interrumpidos por ráfagas de voz las cuales están altamente correlacionadas y son repetitivas. Basándose en lo anterior se puede sacar ventaja de los patrones de voz usando modelos matemáticos para predecir el sonido que a continuación será emitido. Usando el mismo modelo matemático tanto en el codificador como en el decodificador, sería necesario transmitir solamente la diferencia entre el sonido esperado y el sonido realmente emitido. La calidad del G.726 a 32 Kbps es muy buena, mas, desafortunadamente, al usar velocidades menores (24, 16 Kbps) el puntaje MOS diminuye considerablemente.

Para disminuir aún más la tasa de transmisión de codificadores tales como el G.729 y G.723.1, y seguir manteniendo una calidad de voz aceptable, es necesario abandonar las codificaciones tipo PCM basadas en la onda. Uno de los factores más interesantes del LPC y de otros codificadores híbridos es el hecho que la voz real no es transmitida a través de la red. Dichos codificadores

sintetizan el tracto vocal (cuerdas vocales, pulmones) y un filtro sintetiza otros componentes (boca, lengua, labios, etc.). De esta manera se disminuye en forma dramática la cantidad de bits requeridos a comparación con el PCM. Por ejemplo, la codificación LPC toma una muestra de voz cada 20 milisegundos, en cambio usando PCM se hubieran tenido que tomar 160 muestras en ese mismo lapso de tiempo.

Codificadores híbridos tales como el CELP, basados en la tecnología LPC han añadido un análisis mejorado de la voz que suprimió en gran parte la apariencia robótica que daban a la voz los primeros codificadores. Los codificadores híbridos requieren sintetizadores más complejos, con 8 ó 10 parámetros que son actualizados cada 20 milisegundos. En el afán de optimizar la calidad de voz, el CELP puede demostrar una baja calidad de transmisión para señales que no son de voz como las músicas de espera.

Por otro lado, la compresión y posterior descompresión de la señal de voz trae otra consecuencia a ser tomada en cuenta: se incrementa el retardo total. Dicho retardo es considerado aceptable de no sobrepasar los 200 milisegundos. Existen dos tipos de retardo en las redes telefónicas actuales: el retardo de propagación, causado por la velocidad de la luz ya sea en la fibra o en el cobre; y el retardo de serialización, causado por los dispositivos que manejan la señal de voz a lo largo de la ruta que ésta toma a través de la red. Si bien el retardo de propagación es casi imperceptible (un cable de cobre de 21000 Kilómetros causaría un retardo de alrededor de 70 milisegundos)

añadido al retardo de serialización puede causar una notable degradación en la comunicación.

El retardo de serialización es causado por varios factores: el tiempo necesario para comprimir y descomprimir la señal de voz, el tiempo usado para mover el paquete de voz a la cola de salida y el retardo causado por la cola misma. La tabla 2 muestra los retardos introducidos por los distintos codificadores.

TABLA 2.2 - RETARDO INTRODUCIDO POR LOS CODIFICADORES Método de Compresión G.711 PCM G.726 ADPCM G.728 LD-CELP G.729 CS-ACELP G.729a CS-ACELP G.723.1 MPMLQ G.723.1 ACELP

Velocidad de Transmisión (Kbps) 64 32 16 8 8 6,3 5,3

Retardo de Compresión (ms) 0,75 1 3-5 10 10 30 30

Existen dos parámetros relacionados al retardo: el retardo absoluto y el jitter. El retardo absoluto, si es muy grande, interfiere con el ritmo normal de una conversación pues le resta naturalidad y fluidez. El retardo además no es un parámetro constante pues puede variar según el camino que sigan los paquetes a través de la red y de la congestión de la misma. La variación del retardo es conocida como jitter y obliga a usar un buffer de espera para evitar discontinuidades en el flujo de voz. Si ninguna información es captada durante un lapso determinado las tramas son reemplazadas por otras calculadas por

100

diversos métodos de predicción, basados en las últimas tramas recibidas. De persistir esta condición (por más de 30 ó 50 ms) se produce un silencio total en el receptor.

2.5

Algoritmos de compresión de cabeceras

Desde la publicación del protocolo RTP en el RFC 1889, ha habido un creciente interés en usarlo para conseguir la tan deseada interoperabilidad entre diferentes implementaciones de redes de audio y video. Sin embargo es bastante evidente el que la cabecera de 12 bytes del RTP es demasiado grande para una carga de solamente 20 bytes y presenta serios problemas en líneas de baja velocidad como modems de 14,4 ó 28,8 Kbps.

El tamaño de la cabecera debe ser reducido mediante algoritmos de compresión como se ha estado haciendo con gran éxito con las cabeceras de TCP. La compresión puede ser aplicada a la cabecera RTP por si sola y entre los puntos finales de comunicación o a la combinación de cabeceras IP, UDP y RTP de enlace en enlace. Comprimir los 40 bytes que conforman la combinación de las cabeceras provee sustancialmente más ganancia que comprimir sólo los 12 bytes de la cabecera de RTP ya que el resultado es aproximadamente el mismo (de 2 a 4 bytes) en cualquiera de los dos casos. La compresión por enlace significa un mejor funcionamiento ya que el retardo y la tasa de pérdida son menores.

101

Para la compresión de cabeceras TCP, el primer factor de reducción viene del hecho que la mitad de los bytes en la cabecera IP y TCP se mantienen constantes mientras la conexión se mantenga activa. Tras mandar la cabecera sin comprimir una vez, estos campos pueden ser deducidos de las cabeceras comprimidas enviadas a continuación. El resto de la compresión se consigue con codificación diferencial en los campos cambiantes y de eliminar por completo algunos campos, calculando los cambios de la longitud del paquete. Esta longitud debe ser indicada por el protocolo de la capa de enlace.

Para la compresión de la cabecera RTP, algunas de las técnicas mencionadas anteriormente pueden ser aplicadas. Sin embargo la ganancia principal viene del hecho que aunque varios campos cambian en cada paquete, la diferencia de paquete a paquete es a menudo constante y por consiguiente la derivada de segundo orden es cero. Si tanto el compresor como el descompresor mantienen una estadística del estado de la cabecera sin comprimir y de la derivada de primer orden, el descompresor podrá reconstruir la cabecera original sin pérdida alguna de información debiendo ser comunicados solo los cambios de la derivada de primer orden.

Así como en la compresión de la cabecera

TCP/IP se mantiene ésta

estadística para múltiples y simultáneas conexiones TCP, en la compresión IP/UDP/RTP también es posible. Para dicho fin la cabecera comprimida lleva un número entero, conocido como CID (session Context Identifier), para indicar a cual de las múltiples sesiones pertenece el paquete.

102

2.6

Transmisión de fax

De lo dicho en las páginas anteriores se puede intuir que no todas las tecnologías usadas para transmitir voz son aplicables a la transmisión de fax. Por ejemplo, cuando se transmite voz se puede tolerar la pérdida de los paquetes que tengan demasiado retardo, ya que después de haber reproducido la señal de voz la información faltante ya no es útil; esto no es verdad en el caso del fax ya que el retardo es un punto critico y, peor aún, dependiendo de la información perdida la transmisión podría abortar. Esto obliga a diferenciar las transmisiones de voz y fax para así poder darles un trato diferenciado según sus respectivas necesidades.

La información original de fax es digital. Sin embargo, es modulada y convertida a analógica para su transmisión en la RTB, usando 64 Kbps de ancho de banda en ambas direcciones. Para su transmisión sobre la red de datos se revierte esta conversión y se recupera la información digital original. Al entregar la información al fax remoto se debe volver a convertir la información a su forma analógica. La transmisión digital es mucho más eficiente y reduce el ancho de banda, utilizándose un máximo de 14,4 Kbps.

Un punto importante en la implementación de una red de datos que sea capaz de transportar faxes es el problema de la temporización inexacta de los mensajes causados por el retardo a través de la red. Los equipos que realizan

103

la función de gateways deben compensar la pérdida de la temporización de los mensajes para que el protocolo T.30 opere sin errores.

La pérdida de paquetes puede presentar un problema aún mayor, dependiendo del tipo de terminal de fax o si el modo de corrección de errores esté habilitado. Para solucionar este problema se usan dos métodos: repetir la información en paquetes subsecuentes para que el error sea corregido por el receptor y usar un protocolo de transporte con mecanismo de corrección de errores como TCP para asegurar la llegada de la información a cambio de un aumento en el retardo.

104

DISEﾃ前 DE RED

105

Para iniciar el análisis de la nueva red, se va a describir primero las características de la operadora modelo considerada en el presente trabajo. La premisa en la que se basa la operación de la operadora modelo, es que se trata de una empresa extranjera que ingresa al mercado peruano para ofrecer servicios de portador o “carrier” de tráfico de voz LDN/LDI y de servicios de Internet.

En la parte inicial de este capítulo se describirán las premisas sobre las cuales se realizó la implementación de la red actual en cuanto a servicios soportados y parámetros de tráfico por cada uno de ellos. Posteriormente se mostrará la arquitectura de la red actual que soporta dichos requerimientos y por último, se describirá la arquitectura alternativa de una nueva concepción de red que introduce mejoras cualitativas y cuantitativas.

La condición inicial que se está considerando, es que la red actual está operando y que por tanto el cambio tecnológico propuesto se estaría implementando en una red existente, que es el caso más crítico para un análisis de costo beneficio, ya que ya se hizo una primera inversión para la arquitectura del la red actual y se estaría analizando una segunda inversión.

3.1

Características y requerimientos de la operadora modelo

La empresa modelo ha dimensionado su red actual de acuerdo a los servicios que ha planeado ofrecer y de acuerdo a la participación en el mercado peruano

106

que ha proyectado, el último de los cuales proporciona los parámetros de trafico requeridos para el diseño de capacidades de red.

3.1.1 Servicios ofrecidos

Los servicios que ofrece la operadora modelo son:

3.1.1.1

Servicios de portador LD (Telefonía)

Transporte general de llamadas de origen y destino nacional e internacional. Estos servicios se ofrecen a través de 4 modalidades: 

Servicio de Llamada por llamada: Mediante el marcado de un código del tipo 19XX cualquier usuario de la red pública de telefonía perteneciente a un Departamento donde la empresa modelo tenga PdI (Punto de Interconexión con la PSTN), puede efectuar llamadas LDN y LDI a ser transportadas por la propia operadora modelo. Según las regulaciones vigentes cualquier empresa que brinde este servicio debe hacerlo tanto para tráfico LDN como para LDI, es decir es una asociación indivisible de tal forma que no pueden haber empresas operadoras que sólo brinden servicios de LDI por ejemplo.

107

La operadora modelo tiene la posibilidad de facturar este servicio directamente al usuario o indirectamente a través de un servicio que brinda Telefónica del Perú de facturación indirecta. En el caso de una operadora nueva, la opción de facturación indirecta es lo más indicado. 

Servicios mediante acuerdos de presuscripción: Es similar al servicio de llamada por llamada. Mediante este servicio cualquier abonado de la red pública de telefonía que haya firmado un acuerdo de presuscripción y que pertenezca a un Departamento donde la empresa modelo tenga PdI (Punto de Interconexión con la PSTN), estará en la capacidad de encaminar todas las llamadas que efectúe con destino LDN y LDI a través de una única empresa operadora. En este caso la operadora modelo realizará el transporte hacia el destino seleccionado a todos los usuarios que se presuscriban a la misma. En este caso es usual que el tipo de facturación a los usuarios se realice de forma directa.



Servicio de tarjetas prepago: Mediante el discado de un número de acceso, generalmente del tipo 0800, y un código PIN, cualquier abonado de la red pública de telefonía podrá realizar llamadas LDN y LDI a través de la operadora modelo. Para este fin la operadora modelo debe contar con una

108

plataforma prepago a la cual se encaminarán las llamadas de este tipo.



Servicio de terminación de tráfico internacional: A diferencia de las tres modalidades anteriores, este no es un servicio que se preste a abonados de la PSTN, si no que se origina mediante acuerdos de interconexión con empresas portadoras internacionales para terminar tráfico en el Perú. Para tal fin, se establecen enlaces de interconexión directos y se puede terminar tráfico en la PSTN peruana. Lo más conveniente es tener el telepuerto LDI donde el volumen de tráfico es mayor, por lo cual la operadora modelo ha visto conveniente implementarlo en Lima. El tráfico cuyo destino es un Departamento diferente, se encaminará a través de los PdI (puntos de interconexión con la PSTN) que se tengan implementados a lo largo del País o a través de Telefónica del Perú,

empresa

que

tiene

presencia

todos

los

Departamentos. Es importante mencionar la diferencia de costo de terminar tráfico en el Departamento destino de la llamada a través de la red de la operadora modelo, y el terminar tráfico a través de la red de Telefónica (en le primer caso no se incurre en costos de transporte). Es por ese motivo que la eficiencia de todos estos servicios van de la mano con

109

la estrategia de despliegue de los PdI en los Departamentos de mayor volumen de tráfico. Asimismo, el enlace LDI con la empresa o empresas operadoras extranjeras servirá para encaminar el tráfico de este tipo que se origine en Perú a través de los primeros 3 tipos de servicio de portador LD listados.

3.1.1.2

Servicios de Internet

Es un servicio de Internet sin overbooking (calidad 1:1) dirigido principalmente al área corporativa, esto es a empresas ubicadas en Lima y principales ciudades del Perú.

El esquema de acceso de los usuarios a la red se realiza por medio

tecnología

inalámbrica,

ofreciéndose

distintas

velocidades de datos según las siguientes capacidades: 

64 kbps.



128 kbps



256 kbps



512 kbps



1024 kbps



2048 kbps

Asimismo se ofrecen los siguientes servicios de valor agregado: 

Servicios de correo SMTP

110



Servicios de correo POP



Cuentas email



Web Hosting



Dominios Virtuales

3.1.2 Requerimientos de tráfico

Los requerimientos de tráfico para el dimensionamiento de la red que brinde servicios de voz e Internet descritos en el ítem anterior, se basan en las siguientes premisas:

3.1.2.1 

Red de Voz

Capacidad para soportar 8 millones de minutos mensuales a través de los tres primeros servicios de Portador LD listados anteriormente;

llamada

por

llamada,

acuerdos

presuscripción y tarjetas prepago. Estos servicios

incluyen

tanto tráfico LDN como LDI. Esta estimación se hizo en base a proyecciones considerando menos del 20% del flujo de tráfico1 en estas modalidades que se generan en Perú en la actualidad. 

Acuerdo con una empresa portadora de EEUU para terminar 1 millón de minutos mensuales en Perú.

Esta información se obtuvo mediante conversaciones con personal que labora en una de las empresas de Telecomunicaciones más grandes de Perú

111



PdI (puntos de interconexión con la PSTN) en Lima y en las 4 Ciudades cuyos Departamentos sean los de mayor tráfico nacional.

Es importante recalcar que la presencia de la operadora en las 4 ciudades de mayor tráfico a través de PdI’s, da la posibilidad de abaratar costos para el transporte minutos, teniendo en cuenta que la regulación vigente plantea un esquema de costos Departamentales, de tal forma que las llamadas Locales son las que se realizan dentro de un mismo Departamento, en cambio, las llamadas entre Departamentos diferentes son de Larga Distancia Nacional (LDN). Los costos de las llamadas obedecen a esta segmentación, y es por eso que al tener presencia en una ciudad la operadora modelo será capaz de transportar los minutos por su propia red y no tener que pagar costos de transporte a otra empresa operadora.

3.1.2.2 

Red de Datos

Presencia en Lima y en 4 ciudades principales del interior del País.



Capacidad de ofrecer hasta

5 enlaces E1 en

cada

departamento y 20 E1s en Lima. (cada E1 equivale a 2Mbps o 32 canales de 64kbps). 

En el caso de Lima implementar 3 nodos que se repartan la capacidad de 20 E1s.

112



3.2

La calidad del servicio de Internet es 1:1.

Arquitectura de Red Actual

Teniendo en cuenta las consideraciones descritas en el ítem 3.1, la operadora modelo implementó una red para soportar los servicios de voz y otra distinta para soportar los servicios de datos.

3.2.1 Dimensionamiento de la Red Actual

El dimensionamiento de ambas redes se detalla de manera separada a continuación:

3.2.1.1

Dimensionamiento de la Red de Voz

Las tres premisas para el dimensionamiento son: 

Manejar 8 millones de minutos mensuales LDN y LDI a través de servicios de Portador LD de la operadora modelo.



Terminar 1 millón de minutos mensuales en Perú.



PdI (puntos de interconexión con la PSTN) en Lima y en las 4 Ciudades cuyos Departamentos sean los de mayor tráfico nacional.

113

El primer paso es la segmentación de los requerimientos según: a. Segmentación por volumen de tráfico de cada Departamento. b. Segmentación por volumen de tráfico comparativo entre Lima y los 4 Departamentos que le siguen en tráfico. c. Segmentación por tipo de Servicio Portador LD. d. Segmentación por tráfico LDN y LDI.

En tal sentido presentamos las siguientes tablas:

TABLA 3.1 - DISTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO POR DEPARTAMENTOS Departamentos

Porcentaje de Distribución de Tráfico

Lima y Callao

60.00%

La Libertad

5.00%

Arequipa

5.00%

Lambayeque

3.00%

Piura

3.00%

Otros Departamentos 24.00% Fuente: En base a estadísticas de Osiptel, publicadas en su página Web.

TABLA 3.2 - TABLA DE DISTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO (AMBITO DE LA OPERADORA MODELO) Departamentos

Porcentaje de Distribución de Tráfico

Lima y Callao

78.00%

La Libertad

7.00%

Arequipa

7.00%

Lambayeque

4.00%

Piura

4.00%

Fuente: En base a estadísticas de Osiptel, publicadas en su página Web.

114

TABLA 3.3 - DISTRIBUCIÓN DE TRÁFICO POR CADA TIPO DE SERVICIO PORTADOR LD Servicios LDN y LDI

Porcentaje de Distribución

Preselección

30.00%

Llamada por llamada

60.00%

Tarjetas Prepago 10.00% Fuente: Se ha realizado una proyección tomando en cuenta la información disponible en la página web de Osiptel y la magnitud de servicios de llamada por llamada existente en otros países. Es necesario hacer esa proyección ya que el servicio de llamada por llamada es relativamente nuevo y Ospitel no tiene información de su magnitud actualizada.

TABLA 3.4 - LDI VS LDN Tipo de Tráfico

Porcentaje de Distribución

LDN

88.00%

LDI 12.00% Fuente: En base a estadísticas de Osiptel, publicadas en su página Web.

En base a estas tablas vamos a construir la distribución de tráfico que cumpla con los requerimientos, así como la segmentación por Departamento y por tipo de servicio portador LD.

Usando las tablas 3.2, 3.3 y 3.4 en función al requerimiento de 8 millones de minutos LDN y LDI tenemos la tabla 3.5:

115

TABLA 3.5 - DISTRIBUCIÓN DE MINUTOS LD POR DEPARTAMENTO Y SERVICIO Total Lima y Callao La Libertad

Arequipa

Lambayeque

Piura

minutos

TRAFICO LDI Preselección

224,640.00

20,160.00

11,520.00

288,000.00

Llamada por llamada

449,280.00

40,320.00

23,040.00

576,000.00

Tarjetas Prepago (*)

96,000.00

Total

769,920.00

60,480.00

34,560.00

960,000.00

Preselección

1,647,360.00

147,840.00

84,480.00

2,112,000

Llamada por llamada

3,294,720.00

295,680.00

168,960.00

4,224,000

Tarjetas Prepago (*)

704,000.00

704,000

Total

5,646,080.00

443,520.00

253,440.00

7,040,000

TOTAL LDN y LDI

6,416,000.00

504,000.00

288,000.00

8,000,000

TRAFICO LDN

(*) Por estrategia la Operadora Modelo sólo ha habilitado el servicio de Tarjetas Prepago en Lima, con el objetivo de no incurrir en costos de distribución de tarjetas en Provincias.

El otro requerimiento para la terminación de 1 millón de minutos LDI da a lugar a la Tabla 3.6, generada en base a la Tabla 3.1:

TABLA 3.6 - TABLA DE DISTRIBUCIÓN DE MINUTOS ORIGEN LDI Departamentos

Minutos

Lima y Callao

600,000.00

La Libertad

50,000.00

Arequipa

50,000.00

Lambayeque

30,000.00

Piura

30,000.00

Otros Dptos.

240,000.00

116

La arquitectura de la Red de Voz que soporta estos requerimientos está detallada en el ítem 3.2.2.1. Dicha red tiene una topología tipo estrella totalmente centralizada en Lima. Los puntos de presencia en los 4 Departamentos se comunican con Lima directamente y requieren pasar por Lima para una comunicación entre ellos. Asimismo en Lima se encuentra también el telepuerto para el enlace internacional. (ver FIGURA 3.1).

Teniendo en cuenta esa topología, es importante señalar que se encuentran 4 diferentes tipos de enlace que se deben dimensionar: 

Enlaces de interconexión entre los diferentes Departamentos que constituyen la Red de Voz de la Operadora Modelo. A partir de este momento los llamaremos enlaces On Net, y cada Departamento incluyendo Lima tiene uno.



Enlaces de los PdI o puntos de interconexión con la PSTN, que en este caso son hacia Telefónica del Perú. Los mismos están presentes tanto en Lima como en cada uno de los Departamentos que conforman la Red de Voz.



Enlaces de interconexión con el telepuerto LDI ubicado en Lima para la interconexión con las redes de LDI.



Enlaces de la plataforma Prepago Centralizada ubicada en Lima.

117

Para el dimensionamiento del primer caso mencionado vamos a usar las Tablas 3.1 y 3.5 para construir la Tabla 3.7, dónde se tiene la distribución del tráfico originado por los servicios de LDN, donde se discriminan los Departamentos destino de la Red de Voz:

TABLA 3.7 - DISTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO ORIGINADO POR LOS SERVICIOS DE LDN Dptos. Origen Lima y Callao La Libertad Lima y Callao

Arequipa

Lambayeque

Piura

Otros Dptos.

677,529.60

451,686.40

3,387,648.00

La Libertad

279,417.60

24,393.60

14,414.40

110,880.00

Arequipa

279,417.60

24,393.60

14,414.40

110,880.00

Lambayeque

157,132.80

13,305.60

7,603.20

62,092.80

Piura

157,132.80

13,305.60

7,603.20

62,092.80

Total

873,100.80

728,534.40

488,118.40

3,733,593.60

Esta matriz de tráfico discrimina la distribución de tráfico LDN por origen y destino, tomando en cuenta que el origen puede ser cualquiera de los Departamentos comprendidos en la Red de Voz. En cambio el destino puede ser cualquier Departamento, ya sea que pertenezca o no a la red de la operadora modelo. En ese sentido podemos hablar de distribución de tráfico On Net y Off Net. En la Tabla 3.8 se resume esta diferenciación:

118

TABLA 3.8 - DISTRIBUCIÓN DE TRÁFICO ON NET Y OFF NET Dptos. Origen

Departamentos On Net

Departamentos Off Net

2,258,432.00

3,387,648.00

La Libertad

332,640.00

110,880.00

Arequipa

332,640.00

110,880.00

Lambayeque

191,347.20

62,092.80

Piura

191,347.20

62,092.80

Lima y Callao

El dimensionamiento de los enlaces de Lima y de los demás Departamentos es diferente. Por tanto vamos a empezar el cálculo por un Departamento para hacerlo extensivo a los demás y luego se analizará el caso de Lima.

Se tomará como ejemplo el enlace del Departamento de La Libertad ubicado en la ciudad de Trujillo. Este enlace tiene los siguientes flujos de tráfico: 

Tráfico LDN originado en el Departamento de La Libertad con destino On Net: 332,640 minutos (Tabla 3.8). Vale aclarar que el tráfico Off Net, al tener como destino Departamentos no cubiertos por la Red de Voz de la operadora modelo, deben ser devueltos a la PSTN para que los encamine.



Tráfico LDN originado en otros Departamentos de la Red de Voz y con destino La Libertad: 728,534.40 minutos (Tabla 3.7)

119



Tráfico LDI originado en la Libertad y que debe ser encaminado al Telepuerto LDI ubicado en Lima: 60,480 minutos (Tabla 3.5)



Tráfico LDI con destino La Libertad: 50,000 minutos (Tabla 3.6)

Luego el total de flujo de minutos por el enlace On Net del Departamento de La Liberta es de: 1’171,654.40 minutos.

En la Tabla 3.9 se muestra el resumen de cálculo para los demás Departamentos con excepción de Lima:

TABLA 3.9 - DISTRIBUCIÓN DE TRÁFICO ON NET PARA CADA DEPARTAMENTO Trafico LDN Dpto Origen

Trafico LDN Dpto Destino

Trafico LDI Dpto Origen

Trafico LDI Dpto Destino

Total

La Libertad

332,640.00

728,534.40

60,480.00

50,000.00

1,171,654.40

Arequipa

332,640.00

728,534.40

60,480.00

50,000.00

1,171,654.40

Lambayeque

191,347.20

488,118.40

34,560.00

30,000.00

744,025.60

Piura

191,347.20

488,118.40

34,560.00

30,000.00

744,025.60

Para el caso de Lima, los considerandos cambian un poco, teniendo los siguientes flujos de tráfico para el enlace On Net: 

Tráfico LDN originado en Lima

con destino a otros

Departamentos que conforman la Red de Voz (On Net): 2´258,432minutos (Tabla 3.8). 

Tráfico LDN originado en otros Departamentos de la Red de Voz y con destino Lima: 873,100.80 minutos (Tabla 3.7).

120



Tráfico LDN On Net cuyo destino y origen no es Lima. Al ser Lima el centro de la Red, todas las comunicaciones pasan por la central ubicada en Lima, y por tanto por cada comunicación entre Departamentos, en el enlace de Lima se deben entablar dos, una de entrada y otra de salida. Es en ese sentido, que debemos sumar todos los minutos On Net que no pasan por Lima en primer termino: 1’047, 974.4 minutos (Tabla 3.8 -sin considerar Lima). En segundo término se debe multiplicar este volumen de tráfico por 2, por lo expuesto con anterioridad, obteniendo un total de 2’095,948.8 de minutos.



Tráfico LDI originado en todos los Departamentos de la red de voz excepto Lima y que debe ser encaminado al Telepuerto LDI ubicado en Lima: 190,080 minutos (Tabla 3.5).



Tráfico LDI con destino a los Departamentos de la red de voz excepto Lima y que deben ser encaminados desde el Telepuerto LDI ubicado en Lima: 160,000 minutos (Tabla 3.6).

Luego el total de flujo de minutos por el enlace On Net del Departamento de Lima es de: 5’577,561.6 minutos.

121

Para el dimensionamiento de los enlaces de interconexión con la PSTN en cada Departamento también se realizará un análisis diferente para el caso de Lima y para el resto de Departamentos.

En el caso de los Departamentos de la Red de Voz que no son Lima, el flujo de tráfico es el mismo que hemos detallado anteriormente más el tráfico Off Net que debe ser devuelto a la PSTN por cada una de los PdIs, ya que es el tráfico que no se puede encaminar a través de la Red de Voz. En la Tabla 3.10, generada en base a las Tablas 3.8 y 3.9, se detallan estos valores:

TABLA 3.10 - TRÁFICO POR CADA UNA LAS INTERCONEXIONES CON LA PSTN Minutos del enlace On Net

Minutos Off Net

Total

La Libertad

1,171,654.40

110,880.00

1,282,534.40

Arequipa

1,171,654.40

110,880.00

1,282,534.40

Lambayeque

744,025.60

62,092.80

806,118.40

Piura

744,025.60

62,092.80

806,118.40

Como dijimos el caso de Lima es diferente, incluyendo aspectos de flujo de tráfico del enlace de On Net pero con otras características como se puede apreciar a continuación: 

Tráfico LDN originado en Lima con destino a otros Departamentos que conforman la Red de Voz (On Net): 2´258,432 minutos (Tabla 3.8).

122



Tráfico LDN originado en otros Departamentos de la Red de Voz y con destino Lima: 873,100.80 minutos (Tabla 3.7).



Tráfico LDN originado en Lima que no pertenece a ninguno de los Departamentos de la Red de Voz (Off Net) y que por tanto debe ser devuelto a la PSTN: 3’387,648 minutos (Tabla 3.8).



Tráfico LDI originado en Lima y que debe ser encaminado al Telepuerto LDI: 769,920 minutos (Tabla 3.5).



Tráfico LDI con destino Lima: 600,000 minutos (Tabla 3.6).

Luego el total de flujo de minutos por enlace de interconexión con las PSTN para el Departamento de Lima es de: 7’889,100.8 minutos.

En la siguiente tabla se resumen todos los flujos de minutos por cada uno de los enlaces:

TABLA 3.11 - FLUJO DE MINUTOS POR ENLACE Enlace On Net

Enlace con la PSTN

Enlace Telepuerto LDI

Enlace Plataforma Prepago

Lima y Callao

5,577,561.60

7,889,100.80

1,960,000.00

1,600,000.00

La Libertad

1,171,654.40

1,282,534.40

Arequipa

1,171,654.40

1,282,534.40

Lambayeque

744,025.60

806,118.40

Piura

744,025.60

806,118.40

Departamento

Para el caso del Telepuerto, se suman el millón de minutos que se terminarán en Perú y los 960,000 correspondientes a los servicios de portador LDI según Tabla 3.5.

123

Para el caso del enlace a la plataforma prepago, se ha tomado en cuenta la cantidad de minutos a través de la modalidad de tarjetas mostrada en la Tabla 3.5 y se ha duplicado este número, teniendo en cuenta que en una topología con prepago en serie, y por cada canal de voz se ocupan dos canales; uno de entrada y otro de salida desde la central de conmutación hacia el prepago.

Luego con esta tabla se van a realizar los cálculos de cantidad de canales que debe tener cada uno de los enlaces, siguiendo los siguientes pasos: 

Determinar la cantidad de Erlangs por enlace.



Determinar la cantidad de canales por enlace.



Determinar la cantidad de E1s por enlace.

Asimismo, para realizar los cálculos de Erlangs, se realiza el siguiente procedimiento: 

Total de minutos por día = total de minutos mes / 30.



Total de minutos en la hora cargada u hora pico = porcentaje de concentración x total de minutos por día.



Numero de Erlangs = (total de minutos en la hora cargada) / 60.

El porcentaje de concentración es la relación de la cantidad de minutos cursados durante la hora pico respecto del total de

124

minutos cursados en todo el día. Un valor típico usado para este tipo de análisis es de 17%2, lo que significaría que durante la hora pico, se cursa el 17% del total del trafico del día.

TABLA 3.12 - CANTIDAD DE ERLANGS POR ENLACE Departamento

Enlace On Enlace Enlace con la PSTN Net Telepuerto LDI

Enlace Plataforma Prepago

Lima y Callao

526.77

745.08

185.11

151.11

La Libertad

110.66

121.13

Arequipa

110.66

121.13

Lambayeque

70.27

76.13

Piura

70.27

76.13

Una vez identificada la cantidad de Erlangs para cada uno de los enlaces es fácil llegar a la cantidad de canales requeridos para esa cantidad de tráfico. Para llevar a cabo esta labor, se debe considerar otro factor adicional, que es el denominado Grado de Servicio o Probabilidad de bloqueo que para redes telefónicas de este tipo es de 1%.

Grado

Servicio

(GoS)

1%,

significa

que

dimensionamiento de la red está desarrollado de tal forma que la probabilidad de bloqueo en toda la red es de 1 de cada 100 llamadas.

El porcentaje de concentración de 17% es el que solicita Osiptel cuando convoca proyectos de Telefonía nacional.

125

Luego usando las tablas ErlangB, que toman en cuenta los parámetros de GoS y cantidad de Erlangs, tendremos el siguiente cuadro resumen con la cantidad de canales de voz necesarias por enlace:

TABLA 3.13 - CANTIDAD DE CANALES POR ENLACE Departamento

Enlace On Enlace Enlace Plataforma Enlace con la PSTN Net Telepuerto LDI Prepago

Lima y Callao

554

773

205

170

La Libertad

128

139

Arequipa

128

139

Lambayeque

Piura

Por último, sabiendo que cada E1 puede transportar 30 canales de voz, la cantidad de E1s para cada uno de los enlaces es el siguiente:

TABLA 3.14 - CANTIDAD DE E1’S POR ENLACE Departamento

Enlace On Enlace Enlace Plataforma Enlace con la PSTN Net Telepuerto LDI Prepago

Lima y Callao

La Libertad

Arequipa

Lambayeque

Piura

La Tabla 3.14 es el resultado final del análisis y se refleja en el diagrama de la red expuesto más adelante en el apartado 3.2.2.1.

126

3.2.1.2

Dimensionamiento de la Red de Datos

Las premisas para el dimensionamiento son: 

Presencia en 4 ciudades principales del interior más Lima.



Capacidad de ofrecer hasta

5 enlaces E1 en

cada

departamento y 20 E1s en Lima. 

En el caso de Lima implementar 3 nodos donde se distribuyan los 20E1s.

Las 4 ciudades del interior del País escogidas para ser nodos de la Red de Datos son las mismas elegidas para la Red de Voz. Es decir: 

Trujillo (La Libertad)



Arequipa (Arequipa)



Chiclayo (Lambayeque).



Piura (Piura).

Para la selección se han tenido en cuenta dos criterios, el de la actividad

comercial

existente

esas

ciudades

que

económicamente es más eficiente la coincidencia con las ciudades antes seleccionadas por parámetros de tráfico de voz.

Los enlaces a dimensionar para la Red de Voz de la operadora modelo son los siguientes:

127



Enlaces On Net: enlaces de interconexión de datos entre los nodos ubicados en el interior del País y Lima.



Enlace de acceso: enlaces de interconexión de cada nodo con el sistema de acceso inalámbrico.



Enlace Internet: el enlace entre el nodo de Lima y el acceso al Backbone de Internet.

El análisis se basará en las siguientes premisas: 

Relación 1:1 entre la capacidad ofrecida en cada nodo y conectividad al Backbone de Internet.



Capacidad de Caching del Internet Farm (conjunto de servidores para los servicios de Internet), ubicado en el nodo de Lima que permite ahorrar hasta un 30% de tráfico de Internet

De esta forma el cuadro resumen de la cantidad de E1s de Internet queda determinado de la siguiente manera:

TABLA 3.15 - CANTIDAD DE E1’S PARA INTERNET Ciudad

Enlaces On Net

Enlaces de acceso

Enlace a Internet

Trujillo

Arequipa

Chiclayo

Piura

Lima-nodo 1

32 (*)

28 (**)

Lima-nodo 2

Lima-nodo 3

128

(*)El enlace On Net del Nodo Lima 1 va a concentrar los requerimientos de Internet

de los

diferentes Departamentos y de los otros 2 nodos de Lima, totalizando 32 E1s. (**)El enlace al Backbone a Internet debería ser de 40E1s, pero con en el Caching del Internet Farm se ahorra una tercera parte como se indicó con anterioridad.

3.2.2 Diagrama de Red Actual

3.2.2.1

Diagrama de Red de Telefonía

Como se puede ver en la FIGURA 3.1, el diagrama la Red de Voz tiene las siguientes características: 

Red centralizada de topología estrella cuyo nodo principal está ubicado en Lima.



Cada ciudad que conforma la red tiene una central de conmutación telefónica que se interconecta por un lado a la PSTN y por otro a una red de transporte centralizada en Lima.



La red de transporte escogida es el servicio de Larga Distancia de Telefónica del Perú. Este servicio es ofrecido a las operadoras de LD tal como la operadora modelo que estamos analizando, y se soporta a través de la red SDH de Telefónica del Perú.



A través de esta red SDH se programan circuitos virtuales entre los diferentes Departamentos y Lima, por tanto la red es totalmente centralizada. No se han requerido enlaces directos

129

entre Departamentos, debido a que el flujo de tráfico entre los mismos exceptuando Lima es bajo (ver Tabla 3.7). 

Se tiene un Telepuerto satelital para la interconexión con la PSTN internacional de tal forma que el tráfico LDI entrante o saliente se encamine por esa ruta. En el Telepuerto se tiene un equipo compresor 1:4 para ahorrar ancho de banda satelital.



Se tiene una plataforma prepago instalada en el nodo de Lima e interconectada a la red a través de la central de conmutación de Lima.

130

FIGURA 13 - RED DE VOZ ACTUAL

131

3.2.2.2

Diagrama de Red de Datos

Como se puede ver en la FIGURA 3.2 el diagrama la Red de Datos tiene las siguientes características: 

Red centralizada de topología estrella cuyo nodo principal está ubicado en Lima.



Cada ciudad que conforma la red tiene un Router que se interconecta por un lado con un sistema de acceso inalámbrico y por otro a una red de transporte IP centralizada en Lima. En el caso de Lima, los 3 nodos se conectan también a la misma red.



Mediante los sistemas de acceso inalámbricos se proveen los enlaces de última milla hacia los usuarios. Este sistema requiere línea de vista para dicha conexión.



La red de transporte IP escogida es el servicio IP VPN de Telefónica del Perú.



El Router principal ubicado en Lima se interconecta con el Backbone de Internet. En este caso se toma el servicio de AT&T, el cual incluye paso por el NAP (Network Access Point), lo cual es muy conveniente para mejorar la performance de carga de páginas locales de Internet. AT&T trabaja con la fibra óptica de la empresa Global Crossing.

132

FIGURA 14 - RED DE DATOS ACTUAL

133

3.2.3 Detalle de equipos utilizados en la red actual

3.2.3.1

Detalle de equipos utilizados para la red de Telefonía

Los equipos usados en la topología mostrada son los siguientes:

TABLA 3.16 - LISTA DE EQUIPOS RED DE VOZ Nodo

Marca

Modelo

Capacidad

1. Lima Central de Conmutación

Huawei

C&C08

60 E1s

Plataforma Prepago

Huawei

TELLIN

6 E1s

Antena Satelital

Andrew ESA-7.6m

Equipos RFT

Miteq

Equipo compresor de voz

Nuera

Orca GX-8

16E1s

Huawei

C&C08

10 E1s

Huawei

C&C08

10 E1s

Huawei

C&C08

6 E1s

Huawei

C&C08

6E1s

2. La Libertad Central de Conmutación 3. Arequipa Central de Conmutación 4. Lambayeque Central de Conmutación 5. Piura Central de Conmutación

La selección de los equipos se hizo en base a criterios de precio, performance, soporte y compatibilidad con los estándares en el Perú.

3.2.3.2

Detalle de equipos usados para la Red de Datos

Los equipos usados en la topología mostrada son los siguientes:

134

TABLA 3.17 - LISTA DE EQUIPOS RED DE DATOS Nodo

Marca

1. Lima Router principal del nodo 1 Dos routers para los nodos 2 y 3

Modelo

Capacidad

Huawei

Net Engine 16E 56 E1s

Huawei

Net Engine 08E 12 E1s

Alcatel

7385 Wireless DBS

Internet Farm: Servidores Proxy, POP, SMTP, DNS, AAA Tres sistemas de acceso inalámbrico. (uno para cada nodo)

18E1s

2. La Libertad Router Sistema de acceso inalámbrico

Huawei Alcatel

Net Engine 08E 10 E1s 7385 Wireless 18E1s DBS

3. Arequipa Router Sistema de acceso inalámbrico

Huawei Alcatel

Net Engine 08E 10 E1s 7385 Wireless 18E1s DBS

4. Lambayeque Router Sistema de acceso inalámbrico

Huawei Alcatel

Net Engine 08E 10 E1s 7385 Wireless 18E1s DBS

5. Piura Router Sistema de acceso inalámbrico

Huawei Alcatel

Net Engine 08E 10 E1s 7385 Wireless 18E1s DBS

La selección de los equipos se hizo en base a criterios de precio, performance, soporte y compatibilidad con los estándares de conectividad usados en el Perú.

135

3.3

Arquitectura de la Red Integrada Propuesta

Teniendo en cuenta las mismas consideraciones descritas en el ítem 3.1, se presentan ahora las consideraciones para implementar una única red integrada para soportar los servicios de voz y de datos de manera simultánea.

La idea principal bajo la cual se desarrolla la integración de las redes de Datos y Voz antes expuestas, es la de la conversión de la voz digital convencional a VoIP y la concurrencia de los flujos de información de voz con los medios de transmisión usados para la Red de Datos a través de pasarelas denominadas Gateways VoIP.

3.3.1 Dimensionamiento de la Red Integrada Propuesta

Aunque se van a sobreponer las Redes de Voz y Datos,

dimensionamiento se debe realizar de forma separada. Los cambios básicos se van a dar en lo que respecta al tráfico de voz, ya que este tipo de tráfico se va a comprimir. El tráfico de datos permanece inalterable.

En las siguientes tablas se puede apreciar dichos valores:

136

TABLA 3.18 - FLUJO DE VOZ COMPRIMIDA (VOIP) Departamento

Enlace On Enlace Enlace Plataforma Enlace con la PSTN Net (*) Telepuerto LDI Prepago

Lima y Callao

5,700 kbps

26 E1s

2,150 kbps(*)

6 E1s

La Libertad

1,500 kbps

5 E1s

Arequipa

1,500 kbps

5 E1s

Lambayeque

900 kbps

3 E1s

Piura

900 kbps

3 E1s

(*) Reducción de 1 a 8 con un adicional de 20% para evitar para garantizar QoS.

Tanto los enlaces On Net como el enlace satelital LDI de voz se comprimirán luego de su conversión a VoIP. La razón de compresión de los equipos usados es de 1 a 8, a lo cual se le debe añadir un 20% de guarda para garantizar QoS. Esta condición está sobredimensionando el enlace, pero se toma en previsión a cualquier posible congestión que pudieran existir en la red IP que se está usando,

que en este caso es la red de

Telefónica del Perú. En este momento no se tienen evidencias de existencia de congestiones en la red de IP VPN de Telefónica, pero es una guarda adicional que proponemos en la tesis para asegurar calidad de servicio en una red pública, donde los recursos son compartidos con otros clientes. (Revisar el capítulo de Observaciones y Conclusiones de la presente Tesis).

Asimismo, se puede apreciar que existe una considerable reducción en la cantidad de enlaces On Net de la Red de Voz. Ahora si tenemos que los enlaces On Net de la Red de Datos se

137

mantienen inalterables, los nuevos requerimientos para enlaces On Net serán los siguientes:

TABLA 3.19 - REQUERIMIENTOS DE CAPACIDAD ON NET Enlace On Net Enlace On Net Enlace On Net Flujo de Voz Flujo de Datos Flujo combinado (E1s)

Departamento

Enlace On Net Flujo de Voz (kbps)

Lima y Callao

5,700 kbps

2.78 E1s

32 E1s (*)

34.78 E1s

La Libertad

1,500 kbps

0.73 E1s

5 E1s

5.73 E1s

Arequipa

1,500 kbps

0.73 E1s

5 E1s

5.73 E1s

Lambayeque

900 kbps

0.44 E1s

5 E1s

5.44 E1s

Piura

900 kbps

0.44 E1s

5 E1s

5.44 E1s

3.3.2 Diagrama de Red

El diagrama de red donde se integran las redes de voz y datos se muestra en la FIGURA 3.3. La red propuesta tiene las siguientes características:



Red centralizada de topología estrella cuyo nodo principal está ubicado en Lima.



Cada ciudad que conforma la red tiene un ruteador que se interconecta por un lado con un sistema de acceso inalámbrico y por otro a una red de transporte IP centralizada en Lima. En el caso de Lima, los 3 nodos se conectan también a la misma red.

138



Mediante los sistemas de acceso inalámbricos se proveen los enlaces de última milla hacia los usuarios. Este sistema requiere línea de vista para dicha conexión.



Las centrales de conmutación telefónicas de cada ciudad se interconectan a los ruteadores mediante equipos Gateways VoIP.



La red de transporte IP escogida es el servicio IP VPN de Telefónica del Perú.



El ruteador principal ubicado en Lima se interconecta con el Backbone de Internet. En este caso se toma el servicio de AT&T, el cual incluye paso por el NAP (Network Access Point), lo cual es muy conveniente para mejorar la performance

de carga de páginas

locales de Internet. 

Se reemplaza el telepuerto satelital y se realiza la interconexión con una empresa operadora LD de Estados Unidos mediante Internet. Para tal enlace, en esta empresa de Estados Unidos se cuenta con un Gateway VoIP que hace la traslación IP para su central de conmutación.

139

[PAGINA INTENCIONALMENTE EN BLANCO]

140

FIGURA 15 - RED INTEGRADA PROPUESTA

141

3.3.3 Detalle de equipos utilizados en la Red integrada Propuesta

Los equipos usados en la nueva topología se muestran en la Tabla 3.20. La selección de los equipos se hizo en base a criterios de precio, performance,

soporte

compatibilidad

conectividad usados en el Perú.

142

con

los

estándares

TABLA 3.20 - LISTA DE EQUIPOS RED INTEGRADA Nodo

Marca

Modelo

Capacidad

1. Lima Router principal del nodo 1

Huawei

Net Engine 16E

56 E1s

Huawei

Net Engine 08E

12 E1s

Alcatel

7385 Wireless DBS

18E1s

Gateway VoiP

Huawei

Expert A8010

4,750 kbps/19E1

Central de Conmutación

Huawei

C&C08

60 E1s

Plataforma Prepago

Huawei

TELLIN

6 E1s

Agilent

Internet Advisor Software J4618C

Router

Huawei

Net Engine 08E

Sistema de acceso inalámbrico

Alcatel

7385 Wireless DBS

Gateway VoiP

Huawei

Expert A8010

Central de Conmutación

Huawei

C&C08

Router

Huawei

Net Engine 08E

Sistema de acceso inalámbrico

Alcatel

7385 Wireless DBS

Gateway VoiP

Huawei

Expert A8010

Central de Conmutación

Huawei

C&C08

Router

Huawei

Net Engine 08E

Sistema de acceso inalámbrico

Alcatel

7385 Wireless DBS

Gateway VoiP

Huawei

Expert A8010

Central de Conmutación

Huawei

C&C08

Router

Huawei

Net Engine 08E

Sistema de acceso inalámbrico

Alcatel

7385 Wireless DBS

Gateway VoiP

Huawei

Expert A8010

Central de Conmutación

Huawei

C&C08

Dos routers para los nodos 2 y 3 Internet Farm: Servidores Proxy Servidores POP Servidores SMTP Servidores DNS Servidores AAA Tres sistemas de acceso inalámbrico. (uno para cada nodo)

Analizador Protocolos VoIP 2. La Libertad

18E1s

10 E1s

3. Arequipa

18E1s

10 E1s

4. Lambayeque

18E1s

10 E1s

5. Piura

143

18E1s

10 E1s

ANÁLISIS ECONÓMICO

144

4.1

Objetivo del estudio

Este capítulo tiene como objetivo evaluar la propuesta económica y financiera de la optimización tecnológica de la red de la Operadora Modelo detallada en la presente tesis. Los parámetros a evaluar serán los del Valor Presente Neto (VPN), Tasa Interna de Retorno (TIR) y la Relación Beneficio / Costo.

Para la realización del estudio de factibilidad económica es necesario el análisis global de los costos de implementación del cambio tecnológico propuesto. La conveniencia de éste se reflejará en las mejoras y beneficios que se produzcan en la optimización de los recursos de comunicación.

4.2

Definición de parámetros económicos a analizar

El objetivo de un estudio económico es evaluar el impacto económico que tendrá la nueva alternativa de red en la compañía operadora modelo. Esta alternativa puede ser analizada mediante el uso de un modelo matemático, que para el presente estudio se basará en la revisión de los siguientes parámetros:

4.2.1 Tasa Interna de Retorno (TIR)

La tasa interna de retorno enfoca los proyectos desde el punto de vista del inversionista. La tasa interna de retorno es el costo crucial del dinero con el que el proyecto llega al punto de equilibrio.

145

En su forma más simple, se puede definir la tasa interna diferencial de rentabilidad como la tasa de interés que hace que el valor presente del flujo diferencial de caja entre dos proyectos sea cero. Si el flujo de caja diferencial representara una inversión seguida de su recuperación, la tasa interna de retorno entonces es el costo de equilibrio del dinero. Si el dinero cuesta menos que la tasa interna de retorno, la inversión diferencial es beneficiosa. Si el dinero cuesta más, la inversión diferencial no es beneficiosa. Sin embargo, la tasa interna de retorno no debería ser mal interpretada como la rentabilidad de un proyecto, o de una inversión diferencial, dado que no proporciona ninguna información acerca de la magnitud del beneficio al costo real del dinero que tiene la empresa.

Es importante hacer notar que el enfoque de la TIR sólo puede ser aplicado al decidir entre dos alternativas mutuamente excluyentes.

4.2.2 Relación Beneficio / Costo

La relación entre los beneficios de una alternativa y sus costos es un indicador económico de uso frecuente. Existen muchas formas de razones beneficio a costo basadas en diversas definiciones de costos y beneficios. En una de estas formas la relación beneficio a costo es consecuente con los objetivos de la empresa operadora modelo y puede

146

ser particularmente útil para hacer presupuestos de capital. Esto es porque permite la comparación de soluciones alternativas a distintos proyectos.

La relación beneficio a costo es una medida de eficiencia general. La eficiencia se define como:

Eficiencia = producto/insumo = beneficio/costo

Para un flujo de caja neto (FCN) dado, el producto son los flujos netos positivos y el insumo son los flujos netos negativos. El beneficio puede ser definido como el valor presente neto de los flujos netos positivos de caja, y el costo como el valor presente de los flujos netos negativos de caja. Entonces, la relación beneficio a costo será:

Beneficio/Costo = VP (FCN positivos) / VP (FCN negativos)

Un flujo de caja neto sólo es atractivo si su valor presente neto es positivo al costo positivo de la empresa. El VPN es el valor presente (VP) de los flujos positivos menos el valor presente de los flujos negativos.

147

Esta relación puede ser expresada matemáticamente:

VPN = VP (FCN positivo) - VP (FCN negativo)

VP (FCN positivo) = VPN + VP (FCN negativo)

Por lo tanto,

Beneficio/costo = 1 + VPN/VP (FCN negativo)

Si esta relación es mayor que 1, la alternativa que resulta en el flujo de caja está generando suficiente recursos de caja como para recuperar los fondos invertidos con el retorno requerido, y para contribuir con fondos adicionales a la empresa. Las alternativas más eficientes tendrán una relación mucho mayor que 1 y las alternativas menos eficientes tendrán una relación menor.

Similar a la TIR, se puede usar esta relación para indicar la alternativa más económica de un conjunto de alternativas mutuamente excluyentes. Sin embargo, la elección no es simplemente la alternativa con la relación beneficio a costo más alta a partir de una alternativa de referencia. Al

148

igual que la TIR, se debe usar las razones beneficio/costo diferenciales entre pares de alternativas.

4.3

Análisis de Ingresos de la operadora modelo

Podemos separar en dos partes los ingresos de la Operadora Modelo; los obtenidos a través de los servicios de telefonía y los relacionados a los servicios de Internet.

4.3.1 Ingresos por Servicios de Telefonía

Los ingresos por estos servicios son directamente proporcionales a la cantidad de tráfico, con la salvedad que existen diferentes tipos de tráfico y por tanto no todos los tráficos tienen los mismos ingresos. Podemos diferenciar tres rubros principales de ingreso por tráfico para los servicios de telefonía:

 Terminación de tráfico en Perú. Los ingresos por esta modalidad se van a obtener directamente de los acuerdos comerciales con una empresa operador externa. Son el resultado de la multiplicación directa de la cantidad de minutos que se cursen y la tarifa acordada.  Tráfico de LDI originado en las modalidades de preselección, llamada por llamada y tarjetas prepago. Los ingresos por esta modalidad se van a obtener directamente del pago de los usuarios que hagan uso

149

de estas modalidades. Obviamente cada destino LDI, tiene diferente ingreso, pero se puede realizar el análisis en base a un tarifa promedio.  Tráfico de LDN originado en las modalidades de preselección, llamada por llamada y tarjetas prepago. Los ingresos por esta modalidad se van a obtener directamente del pago de los usuarios que hagan uso de estas modalidades. De similar manera que para los servicios LDI, se tiene diferente ingreso dependiendo del destino, pero se puede realizar el análisis en base a un tarifa promedio.

La siguiente tabla muestra el detalle de las tarifas promedio en soles y sin IGV:

TABLA 4.1 – TARIFAS TELEFONICAS PROMEDIO Rubros Terminación en Perú Preselección/llamada por llamada/tarjetas - LDI Preselección/llamada por llamada/tarjetas - LDN

Tarifas (soles) 0.71 2.14 0.60

Para el primer caso, tenemos que considerar que los precios que se manejan con operadoras extranjeras son sensibles a la cantidad de minutos que se piensa cursar. Para este caso se ha considerado la premisa de un millón de minutos y el precio que se ha obtenido de una empresa operadora importante del medio peruano es de US $0.20 por minuto (el cambio considerado es de 3.5 soles por dólar).

150

Para el segundo caso, se ha hecho una comparación de precios con las principales empresas portadoras, teniendo en cuenta una ponderación por destinos, según se ve en el cuadro adjunto.

TABLA 4.2 – TARIFAS TELEFONICAS POR PAIS Y OPERADOR Operadora Telefónica Americatel Ormeño Destino de Larga Distancia Horario Horario Horario Tarifa Distribución Internacional Normal Normal Normal promedio de tráfico 20.00% USA, Canadá 2.411 1.89 1.35 1.88 13.00% Ecuador, Bolivia, Venezuela 2.411 1.95 1.53 1.96 8.00% Colombia 2.411 1.95 1.5 1.95 8.00% Chile 2.411 1.89 1.5 1.93 19.00% Argentina, Brasil, México 2.411 1.89 1.5 1.93 2.00% Resto de América 2.411 1.98 1.82 2.07 5.00% Italia 3.142 2.32 1.65 2.37 8.00% Alemania, España, Inglaterra 3.142 2.4 1.65 2.40 5.00% Francia 3.142 2.48 1.65 2.42 3.00% Resto de Europa 3.142 2.48 2.21 2.61 3.00% Japón 3.801 2.75 1.65 2.73 1.00% Israel 4.37 2.95 1.65 2.99 5.00% Resto del Mundo 4.37 2.95 2.75 3.36 Tarifa Promedio Ponderada 2.14

La información de tarifas es pública, y la distribución ponderada por destinos se ha obtenido de una empresa operadora importante del medio peruano.

Para el tercer caso, se ha tomado en cuenta que por la generalidad de los casos, la tarifa de LDN está alrededor de S/. 0.60.

Tomando en cuenta las tarifas mencionadas, el ingreso anual por estas diferentes modalidades es:

151

TABLA 4.3 - INGRESOS ANUALES POR SERVICIOS DE TELEFONIA Rubros

Minutos

Tarifas (soles)

Terminación en Perú Preselección/llamada por llamada/tarjetas LDI Preselección/llamada por llamada/tarjetas LDN

1,000,000

0.71

710,000.00

8,520,000.00

960,000

2.14

2,425,759.04

29,109,108.48

7,040,000

0.60

4,984,320.00

59,811,840.00

8,120,079.04

97,440,948.48

Total

Ingresos Mensuales

Ingresos Anuales

4.3.2 Ingresos por Servicios de Internet:

El análisis de Internet es un poco más simple, ya que los ingresos por este servicio tienen un único precio. Es así que el siguiente cálculo resume dichos ingresos:

Ingreso en dólares mensual = (Numero de E1s ofrecidos) x (Precio de venta por E1 en dólares) = 40 x 3800 = 152,000.00 Ingreso en soles mensual

= 532,000.00

Ingreso en soles anual

= 6,384,000.00

El precio de venta por E1, se ha basado en los precios referenciales que ofrecen las compañías AT&T, Impsat e Infoductos.

152

Asimismo, se considera para el presente análisis que la totalidad de la capacidad de planta de Internet está vendida, lo cual no alterará la evaluación, ya que esta se centra en la optimización de la Red de Voz, y hará incluso mucho más estricto el análisis teniendo en cuenta que no se comparten recursos de la red de datos para la nueva red integrada.

4.4

Análisis de costos de la operadora modelo con la red actual

En este apartado se consideran los costos de explotación y que a diferencia de las inversiones son continuos o recurrentes en el tiempo. En este caso vamos a desglosarlos de la siguiente manera:



Costos Administrativos



Costos Operativos



Costos de Marketing y Publicidad

En la siguiente tabla se presentan los costos relacionados a cada uno de estos rubros en los que incurre de manera anual la empresa operadora modelo antes de la inversión para la implementación de la nueva red (montos en soles y sin IGV):

153

TABLA 4.4 - COSTOS CON LA RED ACTUAL Rubros Costos Administrativos Costos Operativos Costos en Marketing y Publicidad TOTAL

Montos 16,002,000.00 73,906,521.74 8,400,000.00 98,308,521.74

A continuación se amplían los criterios involucrados en la obtención de estos montos.

4.4.1 Costos Administrativos

Son los costos generales de gestión. Están compuestos por diferentes rubros, los cuales se detallan a continuación:



Personal: Es el gasto en el recurso humano de la empresa operadora modelo. En este caso para la operación presente se está considerando un total de 150 personas que formalmente están incluidas en la planilla de la empresa y que gozan de los beneficios laborales vigentes y en adición un seguro privado. La distribución de este personal es de la siguiente manera; 90 personas en la sede central de Lima y 15 en cada una de las 4 sedes de Provincia.



Bonos y comisiones: Es el gasto relacionado al adicional de los sueldos fijos de la plana gerencial y el del área comercial de la empresa. Generalmente, los bonos se dan en función a las metas logradas durante el año.

154



Servicios de auditoria: Es el gasto que se hace en empresas de auditoría que revisan los estados financieros de la compañía. Generalmente los servicios de auditoría se realizan cada 3 meses (per quarter).



Asistencia Legal Externa: Debido de lo complejo del ámbito regulatorio de las telecomunicaciones en el Perú (licencias, contratos entre empresas, normas, mandatos, etc), se hace necesario el apoyo de un estudio de abogados externo. Generalmente es más eficiente el pago periódico a un estudio de abogados que hacer el pago por un tema en particular.



Servicios no personales: Es el gasto en personal de contratistas y/o cooperativas que hacen trabajos eventuales o específicos para la empresa. Por ejemplo, personal de campo de instalaciones y mantenimiento, o personal de apoyo para las diferentes áreas, seguridad, limpieza, etc.



Alquiler de Oficinas: Es el gasto de alquiler que considera la sede de Lima y las cuatro sedes en Provincia.



Seguro: Es el gasto en que se incurre para la protección de los bienes de la empresa.



Impuestos municipales: Incluyen los gastos en impuestos tanto de la sede de Lima como las de provincia.



Call Center: La empresa operadora ha visto conveniente tercerizar el servicio de Call Center. Las labores de este servicio son básicamente el de brindar informes, telemaketing y canalizar pedidos y /o reclamos

155

de los usuarios a las diferentes áreas de la empresa operadora. El gasto de este rubro está considerando un total de hasta 10 operadoras en la hora pico con un servicio de 24x7. En el costo del servicio de Call Center se incluye el tráfico telefónico que a su vez incluye un servicio de llamado gratuito del tipo 0800. 

Energía Eléctrica: Es el gasto de energía que incluye la sede central y las sedes de provincia.



Telefonía: Es el gasto en servicios de telefonía regulares de uso administrativo.



Viajes: Los pasajes, estadías y viáticos del personal de la empresa con destinos nacionales e internacionales.



Gastos Menores: Son los gastos generales menores en los que incurre la empresa. Desde material ofimático, hasta caja chica de cada área.

En la siguiente tabla se muestran los costos anuales de cada uno de los rubros antes mencionados, los cuales se han calculado en base a información

obtenida

dos

empresas

telecomunicaciones del mercado peruano.

156

operadoras

TABLA 4.5 - COSTOS ADMINISTRATIVOS Rubros Personal Bonos y Comisiones Servicios de Auditoría Asistencia Legal Externa Servicios no personales Alquiler de Oficinas Seguro Impuestos municipales Call Center Energia eléctrica Telefonía Gastos Menores Viajes Total

Costo mensual dólares 300,000.00 10,000.00 3,000.00 10,000.00 5,000.00 15,000.00 3,000.00 1,000.00 20,000.00 5,000.00 3,000.00 1,000.00 5,000.00 381,000.00

Costo anual Costo anual soles dólares 3,600,000.00 12,600,000.00 120,000.00 420,000.00 36,000.00 126,000.00 120,000.00 420,000.00 60,000.00 210,000.00 180,000.00 630,000.00 36,000.00 126,000.00 12,000.00 42,000.00 240,000.00 840,000.00 60,000.00 210,000.00 36,000.00 126,000.00 12,000.00 42,000.00 60,000.00 210,000.00 4,572,000.00 16,002,000.00

4.4.2 Costos Operativos

Son los gastos generales de operación. Están compuestos por diferentes rubros, los cuales se detallan a continuación:

 Alquiler de Enlaces para las Redes de Voz y Datos  Costo de Tráfico.  Costos de Facturación y Cobranza.  Mantenimiento.  Capacitación.

En la siguiente tabla se puede apreciar la contribución en el gasto de cada uno de estos rubros al año (precios en soles y sin IGV)

157

TABLA 4.6 - COSTOS OPERATIVOS DE LA RED ACTUAL Rubros Alquiler de enlaces Costo de trafico Costo de facturación y cobranza Mantenimiento Capacitación Total

4.4.2.1

Costo anual 32,224,080.00 37,726,041.74 3,074,400.00 840,000.00 42,000.00 73,906,521.74

Alquiler de Enlaces para las Redes de Voz y Datos

Para la Implementación de las redes de voz y datos ha sido necesario rentar enlaces de otros operadores, ya que el costo de inversión en una red propia es demasiado alto. La empresa elegida para proveer los enlaces entre Lima y las cuatro sedes en Provincia fue Telefónica del Perú. Asimismo, se tiene un enlace de Internet por fibra óptica y otro satelital para la conexión con la PSTN internacional. En la siguiente tabla se sumarizan todos los tipos de enlaces con los que se cuenta:

TABLA 4.7 - COSTOS DE ENLACES DE LA RED ACTUAL Tipos de Número Precio Total Mensual Total Mensual Enlaces de E1s por E1 Dólares Soles Enlaces de voz- On Net 35 11,000 385,000 1,347,500.00 Enlaces de voz-PSTN 42 820 34,440.00 120,540.00 Enlace de datos 64 n/a 253,000.00 885,500.00 Enlace internet 28 3,100 86,800.00 303,800.00 Enlace satelital 2 4,000 8,000.00 28,000.00 Total 767,240.00 2,685,340.00

Total Anual Soles 16,170,000.00 1,446,480.00 10,626,000.00 3,645,600.00 336,000.00 32,224,080.00

Los precios por E1 se sustentan de la siguiente manera:

158

 Enlaces de voz On Net: Es el total de enlaces de voz de interconexión entre los diferentes Departamentos de la red de la empresa operadora modelo y Lima según lo detallado en el Capítulo 3. El precio considerado por E1 es el que cobra Telefónica del Perú para empresas operadoras para pasar a través de su red SDH. Este precio es diferente según la distancia, teniendo en cuenta a Lima como origen. El precio final es un monto que se obtuvo ponderado las diferentes sedes de la empresa operadora modelo, ya que este es un costo que depende de la distancia.  Enlaces de voz por la PSTN: Es el total de enlaces de voz de interconexión con la PSTN según lo detallado en el Capítulo 3. El precio considerado es el que cobra Telefónica del Perú por alquiler del enlace que va de sus oficinas a cada uno de los nodos de la operadora modelo para la interconexión entre las centrales de conmutación.  Enlaces de datos: Es el total de enlaces de datos según lo detallado en el Capítulo 3. El precio considerado es el que cobra Telefónica del Perú por el alquiler de su red IP VPN. El precio también es sensible a la distancia teniendo en cuenta la siguiente distribución por ciudad (alquiler mensual en dólares ):

159

TABLA 4.8 - COSTOS POR DESTINO Ciudad Trujillo Arequipa Chiclayo Piura Lima-nodo 1 Lima-nodo 2 Lima-nodo 3 Total

Enlaces E1 On Costo por Enlace E1 Net 5.00 8,000.00 5.00 9,000.00 5.00 8,000.00 5.00 8,000.00 32.00 2,000.00 6.00 2,000.00 6.00 2,000.00 64.00

Costo Total 40,000.00 45,000.00 40,000.00 40,000.00 64,000.00 12,000.00 12,000.00 253,000.00

 Enlaces de Internet: El costo que se ha considerado se basa en los precios por volumen que ofrecen empresas como Global Crossing, Impsat y AT&T.  Enlaces satelitales: El costo que se ha considerado es el precio por Mhz de empresas operadoras satelitales que tienen cobertura en Perú y EEUU. Se tomaron en cuenta los precios de las empresas operadoras satelitales Panamsat, Satmex y Telesat (precios de referencia en banda Ku).

4.4.2.2

Costo de Tráfico

Así como los ingresos por tráfico son directamente proporcionales a los minutos que se cursan el la red, los costos también lo son. Otra similitud es que los costos son variables con respecto a los destinos.

Para el análisis de los costos tráfico de terminación podemos trabajar sobre los mismos tres rubros que se analizaron en el ítem de ingresos para tráfico de la compañía:

160

 Terminación de tráfico en Perú.  Tráfico de destino LDI originado en las modalidades de preselección, llamada por llamada y tarjetas prepago.  Tráfico de destino LDN originado en las modalidades de preselección, llamada por llamada y tarjetas prepago.

Se va a realizar un análisis para llegar a los cargos promedio para cada uno de los rubros mencionados. La siguiente tabla muestra el detalle de los cargos promedio en soles y sin IGV:

TABLA 4.9 - CARGOS PROMEDIO Rubros Terminación en Perú Preselección/llamada por llamada/tarjetas - LDI Preselección/llamada por llamada/tarjetas - LDN

Tarifas (soles) 0.12 1.20 0.27

Para llegar a las tarifas promedio mostradas, se ha partido de la siguiente información:

 Cargos de terminación y transporte en la PSTN: el pago por estos costos se hacen efectivos a la empresa con la que se está interconectado. En el presente caso, la operadora modelo está interconectada a Telefónica del Perú. Los costos de terminación están regulados por el Osiptel, y son los siguientes (precios en dólares y sin IGV):

161

TABLA 4.10 - COSTOS DE TERMINACION Cargos de Tránsito y Cargos Terminación Dólares

Descripción

Terminación

0.01208

Cargo por minuto real

Originación

0.01208

Cargo por minuto real

Transporte

0.07151

Cargo por minuto redondeado

Tránsito

0.00554

Cargo por minuto real

0.0043

Cargo por minuto real

Cargo de Retribución

Se puede apreciar que algunos cargos están vinculados a tráfico real y otros a tráfico redondeado al minuto, por lo que para efectos de nuestro análisis vamos a tomar en cuenta un factor de 18% adicional para convertir los minutos reales en redondeados. (Este criterio es típico para hacer estos análisis, y ha sido provisto por una empresa operadora del medio).  Distribución de tráfico On Net y Off Net: este criterio es importante por que el tráfico cuyo destino sea un Departamento dentro de la red de voz de la operadora modelo (On Net) no tendrá cargos de transporte a través de la PSTN, lo que si ocurrirá en caso contrario. En la siguiente tabla se muestra la distribución:

TABLA 4.11 - COSTOS DE DISTRIBUCION DE TERMINACION Rubros

% tráfico On Net % tráfico Off Net

Terminación en Perú Preselección/llamada por llamada/tarjetas - LDI Preselección/llamada por llamada/tarjetas - LDN

162

76.00%

24.00%

100%

46.97%

53.03%

Esta información es proveniente de los análisis de distribución de tráfico realizados en el Capítulo 3.

En base a esta información vamos a construir los escenarios y determinar las tarifas promedio para cada uno de ellos:

 Costo por minuto de terminación en Perú: o On Net: Cargo de terminación. o Off Net: Cargo de terminación + Cargo de transito + Cargo de transporte x factor de redondeo.  Costo por minuto preselección/llamada por llamada/tarjetas – LDI: o On Net: Cargo de Originación + Cargo de Retribución + Cargo de Terminación en el extranjero. o Off Net: no se da este tipo de tráfico ya que al ser el destino LDI y la originación un Departamento donde forzosamente la operadora modelo tiene PdI, no hay un flujo de tráfico a través de la PSTN.  Costo por minuto preselección/llamada por llamada/tarjetas – LDN:

o On Net: Cargo de Originación + Cargo de Retribución + Cargo de Terminación.

163

o Off Net: Cargo de Originación + Cargo de Retribución + Cargo de Terminación + Cargo de transito + Cargo de transporte x factor de redondeo.

El único parámetro faltante para poder llegar a los cargos promedio es el Cargo de terminación en el extranjero, el cual se hallará con un procedimiento similar al empleado en el ítem 4.1.1, donde se trabajó con una tabla con los Cargos de terminación internacionales y la distribución de tráfico ponderado para cada destino:

TABLA 4.12 - COSTOS DE TERMINACION INTERNACIONAL Cargos de terminación internacional

Cargos por minuto en dólares

Distribución de tráfico

USA, Canadá

0.051

20.00%

Ecuador, Bolivia, Venezuela

0.185

13.00%

0.12

8.00%

0.035

8.00%

0.13

19.00%

0.435

2.00%

Italia

0.09

5.00%

Alemania, España, Inglaterra

0.08

8.00%

Francia

1.65

5.00%

0.7115

3.00%

Japón

1.65

3.00%

Israel

1.65

1.00%

1.3

5.00%

Colombia Chile Argentina, Brasil, México Resto de América

Resto de Europa

Resto del Mundo Cargo Promedio Internacional

164

0.3257

Ahora, resumiendo la información mostrada podemos hallar que los costos anuales por terminación de tráfico para la operadora modelo son (precios en soles):

TABLA 4.13 - COSTOS ANUALES DE TERMINACION Costos Mensuales

Costos Anuales

Rubros

Minutos

Tarifas

Terminación en Perú Preselección/llamada por llamada/tarjetas - LDI Preselección/llamada por llamada/tarjetas - LDN

1,000,000

0.12

117,814.31

1,413,771.74

960,000

1.20

1,149,708.00

13,796,496.00

7,040,000

0.27

1,876,314.50

22,515,773.99

Total

37,726,041.74

4.4.2.3

Costo de Facturación y Cobranza

La empresa operadora ha visto la conveniencia de recurrir a los servicios de facturación indirecta que la regulación vigente establece como un servicio obligatorio que debe brindar Telefónica del Perú como operador dominante. Mediante este servicio Telefónica incluye en sus recibos telefónicos los recibos de la empresa operadora modelo y realiza la cobranza respectiva. Los costos en que se incurren están dados por el siguiente tarifario que proporciona Telefónica del Perú (en dólares sin IGV):

165

TABLA 4.14 - TARIFARIO DE FACTURACIÓN INDIRECTA Total de Recibos Emitidos en el mes

Por Recibo

Por Registro

Desde

Hasta

Emitido

Recaudado Procesado Rechazo Definitivo

75,000

0.065

0.145

0.014

0.011

75,001

125,000

0.051

0.122

0.013

0.01

125,001

175,000

0.041

0.111

0.012

0.009

175,001

Más

0.039

0.1

0.011

0.008

En base a información obtenida de una empresa operadora peruana, se han tomado en cuenta las siguientes consideraciones para hacer una aproximación a los costos en los que se incurriría con el volumen de tráfico que maneja la operadora modelo:

 Duración de las llamadas: 5 minutos promedio. Por tanto de los 8 millones de minutos mensuales, se tendrán 1´600,000 llamadas o registros.  Número de llamadas por recibo mensual: 4 en promedio. Es decir que cada uno de los usuarios realizará en promedio 4 llamadas al mes, por lo que si tenemos 1´600,000 llamadas, el total de recibos mensuales es de 400,000.

Tomando en cuenta estos valores podemos llegar a la siguiente tabla que resume los costos de facturación y cobranza:

166

TABLA 4.15 - COSTOS DE FACTURACION Y COBRANZA

Total de registros Total de recibos

Cantidad

Costo Mensual Dólares

Costo Mensual Soles

Costo Anual Soles

1,600,000

17,600.00

61,600.00

739,200.00

400,000

55,600.00

194,600.00

2,335,200.00

73,200.00

256,200.00

3,074,400.00

Total

4.4.2.4

Mantenimiento

El gasto en mantenimiento tiene diversos rubros,

pero todos

tienen el mismo objetivo básico que es el de asegurar el correcto funcionamiento de los equipos y de mantener en óptimas condiciones las diferentes instalaciones.

En lo que respecta al correcto funcionamiento de los diversos equipos, se están incluyendo los contratos de mantenimiento y soporte con los diferentes proveedores a los cuales se les compró dicho equipamiento.

Para estimar el gasto de mantenimiento en general, se ha realizado una proyección en base a información que se ha obtenido de diversas empresas operadoras peruanas, tomando en cuenta la red actual de la empresa operadora modelo.

Esta estimación estaría alrededor de los 20,000 dólares mensuales, lo que representan 840,000 soles anuales.

167

4.4.2.5

Capacitación

Los gastos en capacitación son muy importantes en todas las áreas de la empresa, ya que mientras el personal se encuentre más preparado y actualizado podrá llevar a cabo sus labores de manera más eficiente. En lo que respecta a los gastos de capacitación se incluyen tanto los necesarios para el personal directivo y operativo

Para poder estimar un costo de capacitación se ha usado el mismo criterio que para los gastos de mantenimiento, es decir se ha extrapolado la información recopilada de empresas operadoras peruanas al supuesto de la operadora modelo considerada en el presente estudio. Es así que se considera un gasto mensual de 1,000 dólares o su equivalente anual de 42,000 soles.

4.4.3 Costos de marketing y Publicidad:

Para el tipo de negocio que tiene la operadora modelo, los gastos en marketing y publicidad son una necesidad sobre todo en lo que respecta a las campañas para los servicios de telefonía. En ese sentido las campañas publicitarias deben ser constantes ya que el mercado de larga distancia bajo las modalidades en las que trabaja la empresa se mueve a través de dos factores:

168

 Difusión de producto.  Agresividad en los precios de terminación LDN y LDI.

En tal sentido, estos dos factores están relacionados a campañas de publicidad.

Para este objetivo, la empresa operadora realiza gastos mensuales en los principales medios televisivos, de radio y periódicos. Para dimensionar el gasto relacionado a las campañas publicitarias se ha seguido el mismo criterio que para los rubros de mantenimiento y capacitación, y se ha hecho una proyección de 200,000 dólares mensuales o su equivalente anual de 8’400,000 soles.

4.5

Análisis de la inversión

Las inversiones o costos iniciales vienen definidas por los gastos que se hacen una sola vez, destinados a la adquisición de equipos con su correspondiente soporte lógico e infraestructura, cuya característica principal a efectos económicos es que su vida suele ser larga.

Las principales categorías de los costos de inversión son las siguientes:

169

TABLA 4.16 - CATEGORIAS DE INVERSION Rubros



Inversión (dólares)

Inversión (soles)

Equipamiento

239,000.00

836,500.00

Licencias de Software

100,000.00

350,000.00

Centro de Gestión

50,000.00

175,000.00

Implementación

30,000.00

105,000.00

Repuestos

20,000.00

70,000.00

Transporte, gastos aduana

15,000.00

52,500.00

Gastos varios

5,000.00

17,500.00

Instalación de enlaces

3,000.00

10,500.00

Analizador VoIP

100,000.00

350,000.00

Total

562,000.00

1,967,000.00

Gastos de capital del equipo: Son las cantidades pagadas al fabricante por la totalidad del equipo, control, señalización, terminales conectores y de facturación.

Es decir todo el Hardware y software necesario para la

operación incluyendo la redundancia. Asimismo el equipo tiene una garantía de 2 años. 

Licencias de Software: el software necesario para la puesta en marcha se ha colocado como un rubro a parte por el significativo monto que involucra, pero viene a estar dentro de los elementos necesarios para la operatividad del sistema.



Gastos en el Centro de Gestión: Incluye el costo del hardware y software para manejar el equipo. Esto incluye PC o Workstation y conexión con el equipo así como las licencias de software respectivas.



Gastos de Implementación: Costos de instalación, supervisión, pruebas, etc. en conjunto con el fabricante para dejar operativos los sistemas.

170



Gastos en repuestos: Costo total de las piezas de repuesto que se suelen comprar por adelantado.



Gastos en transporte y aduana: Son los gastos involucrados en el traslado del equipo desde sus fábricas de origen en el extranjero hasta su punto final de instalación.



Gastos varios: Se incluyen los costos de obras civiles para el acondicionamiento del lugar de instalación, alimentación eléctrica, aire acondicionado si fuera necesario, equipos para los nuevos ingenieros, etc.



Gastos de instalación de enlaces: Telefónica del Peru como proveedor de los servicios de conectividad tiene una tarifa de $600 dólares por punto. Si consideramos los 5 puntos donde se tiene que hacer las instalaciones tendremos el total indicado en la Tabla 4.15.



Gasto en equipo de monitoreo: Un analizador VoIP es necesario para poder monitorear diversos parámetros importantes para asegurar una buena calidad de los servicios de voz.

Los gastos por capacitación ocasionados por el entrenamiento del personal para la instalación, supervisión, explotación, mantenimiento y administración del sistema y la enseñanza a terceros de estas funciones, no se está considerando como inversión, si no que se carga al primer año de operación.

171

4.6

Análisis de costos de la operadora modelo con la red propuesta

Aparte del análisis de la inversión necesaria para la implementación de la nueva red propuesta, se debe considerar los nuevos factores de costo que van a estar involucrados a consecuencia de ella. En una primera revisión se va a poder apreciar que la conveniencia de la nueva propuesta de red, no se basa en un incremento de los ingresos de la operadora modelo, si no en una reducción de sus costos. En el siguiente cuadro se puede apreciar dicha reducción:

TABLA 4.17 - COSTOS DE LA NUEVA RED Rubros

Montos

Costos Administrativos mensuales

16,422,000.00

Costos Operativos

58,799,282.52

Costos en Marketing y publicidad TOTAL

8,400,000.00 83,621,282.52

Se puede apreciar que los rubros que han variado son los costos administrativos y los operativos, los cuales se detallan a continuación:

4.6.1 Costos administrativos

En la siguiente tabla se pueden apreciar los nuevos gastos para cada uno de los rubros:

172

TABLA 4.18- COSTOS ADMINISTRATIVOS DE LA NUEVA RED Rubros

Costo Incremento Nuevo gasto Gasto anual Gasto anual mensual mensual dólares dólares soles 300,000.00 7,000.00 307,000.00 3,684,000.00 12,894,000.00

Personal Bonos y Comisiones 10,000.00 2,000.00 Servicios de Auditoria 3,000.00 0.00 Asistencia Legal Externa 10,000.00 0.00 Servicios no personales 5,000.00 0.00 Alquiler de Oficinas 15,000.00 0.00 Seguro 3,000.00 0.00 Impuestos municipales 1,000.00 0.00 20,000.00 0.00 Call Center Energía eléctrica 5,000.00 1,000.00 Telefonía 3,000.00 0.00 Gastos Menores 1,000.00 0.00 Viajes 5,000.00 0.00 Total 381,000.00 10,000.00

12,000.00

144,000.00

504,000.00

3,000.00

36,000.00

126,000.00

10,000.00

120,000.00

420,000.00

5,000.00

60,000.00

210,000.00

15,000.00 3,000.00

180,000.00 36,000.00

630,000.00 126,000.00

1,000.00 20,000.00 6,000.00 3,000.00 1,000.00 5,000.00 391,000.00

12,000.00 42,000.00 240,000.00 840,000.00 72,000.00 252,000.00 36,000.00 126,000.00 12,000.00 42,000.00 60,000.00 210,000.00 4,692,000.00 16,422,000.00

Los gastos que se han incrementado son:

 Personal: Teniendo en cuenta un requerimiento de 4 ingenieros adicionales a los ya existentes. Se ha considerado un sueldo mensual de 1,500 dólares que incluyen los beneficios de ley y la consideración de un total de 14 sueldos al año.  Bonos y Comisiones: Es la parte variable del nuevo personal teniendo en cuenta si llegan o no a los objetivos que les plantee su jefatura.  Energía Eléctrica: Teniendo en cuenta que al contar con más equipamiento debe existir un mayor consumo de energía.

173

4.6.2 Costos operativos

Los gastos operativos también varían, pero en este caso se reducen. Se puede decir que la inversión realizada impacta fuertemente en los gastos operativos, y tal como se puede apreciar en el siguiente cuadro, dicho impacto se da básicamente en el alquiler de los enlaces, aunque también hay un diferencial incremental menor en el rubro de mantenimiento.

Asimismo, también hay un incremento adicional en el rubro de capacitación pero sólo para el primer año, relacionado al costo de capacitación necesario para la operación de los nuevos equipos. Dicho monto corresponde a US $20,000.

TABLA 4.19 - COSTOS OPERATIVOS DE LA NUEVA RED Rubros

Costo anual soles

Alquiler de enlaces Costo de trafico Costo de facturación y cobranza Mantenimiento Capacitación Total

174

16,906,840.78 37,726,041.74 3,074,400.00 1,050,000.00 42,000.00 58,799,282.52

4.6.2.1 Alquiler de Enlaces para las Redes de Voz y Datos En la siguiente tabla se muestran los nuevos costos por involucrados en el alquiler de los diferentes enlaces para la nueva red:

TABLA 4.20 - COSTOS DE ENLACES PARA LA NUEVA RED Tipos de Enlaces Enlaces de voz On Net Enlaces de vozPSTN Enlace de datos Enlace Internet Enlace satelital Total

Total Mensual Dólares

Número de E1s

Precio por E1

0.00

11,000.00

0.00

42.00 63.13 29.05 0.00

820.00 n/a 3,100.00

34,440.00 278,048.83 90,055.00 0.00

Total Mensual Soles 0.00

Total Anual Soles 0.00

120,540.00 1,446,480.00 973,170.90 11,678,050.78 315,192.50 3,782,310.00 0.00 0.00 16,906,840.78

Se pueden apreciar varios cambios con respecto a la estructura de costos de la red actual, los cuales se detallan a continuación:

 Enlaces de voz On Net: Desde que la red integrada usa VoIP sobre los enlaces de datos, no es necesario alquilar enlaces de voz a Telefónica del Perú.  Enlaces de voz por la PSTN: Este rubro se mantiene, y consiste en la misma cantidad de enlaces antes mencionados.  Enlaces de datos: Este rubro crece teniendo en cuenta que la ampliación de capacidad es necesaria para la convergencia del

175

flujo de datos anterior y el actual. En las siguientes dos tablas se muestra dicho crecimiento en capacidad y costo:

TABLA 4.21 - CRECIMIENTO EN CAPACIDAD (ENLACES) Ciudad

Enlaces On Net- Enlaces On Net Total VoIP (E1’s) datos (E1’s) Enlaces

Lima y Callao

2.78

44.00

46.78

La Libertad

0.73

5.00

5.73

Arequipa

0.73

5.00

5.73

Lambayeque

0.44

5.00

5.44

Piura

0.44

5.00

5.44

Total E1s

5.13

64.00

69.13

TABLA 4.22 - COSTO DE ENLACES Ciudad Lima y Callao La Libertad Arequipa Lambayeque Piura Total

Total Costo por Enlaces Enlace 46.78 5.73 5.73 5.44 5.44 69.13

2,000.00 8,000.00 9,000.00 8,000.00 8,000.00

Costo dólares 93,566.41 45,859.38 51,591.80 43,515.63 43,515.63 278,048.83

Costo soles

Costo anual soles

327,482.42 3,929,789.06 160,507.81 1,926,093.75 180,571.29 2,166,855.47 152,304.69 1,827,656.25 152,304.69 1,827,656.25 973,170.90 11,678,050.78

 Enlaces de Internet: El enlace de Internet también presenta un incremento por cuanto el enlace satelital se deja de usar para establecer la conectividad con la PSTN de EEUU, y en su lugar se utiliza un enlace virtual a través de Internet con la voz en formato VoIP.  Enlaces satelitales: Se dejan de utilizar.

176

4.6.2.2 Gastos de mantenimiento En este rubro el incremento no es significativo y está en relación directa a que se tiene nuevo equipamiento y se deben pagar los costos mensuales de soporte y mantenimiento para dichos equipos.

4.7

Evaluación económica y financiera del proyecto

La rentabilidad económica se ha determinado en base al ahorro proyectado por el Flujo de Caja para un horizonte de evaluación de 5 años, para lo cual se realizó la comparación entre las utilidades netas del antes y después de la implementación de red de la operadora de larga distancia nacional e internacional.

4.7.1 Flujo de caja actual y proyectado

Todos los valores correspondientes a los ingresos operativos, egresos operativos y costos fijos se sintetizan en el Flujo de Caja Proyectado. Los resultados de Flujo de Caja de efectivo antes y después de la implementación del sistema, que se muestra en las tablas 4.23 y 4.24 arrojan

saldo

positivo

para

todo

periodo

considerado.

Adicionalmente en el cuadro 4.23 se incluye la depreciación de los elementos considerados en la Estructura de Inversión.

177

El saldo econ贸mico de caja muestra en general valores acumulados positivos, por lo que no existir谩 problema de liquidez durante la implementaci贸n del sistema.

178

TABLA 4.23 - FLUJO DE CAJA ACTUAL Año 0

Año 1

Año 2

Año 3

Año 4

Año 5

Total Ingresos

103,824,948.48 103,824,948.48 103,824,948.48 103,824,948.48 103,824,948.48

Total Egresos

98,308,521.74

5,516,426.74

Impuesto General a la Renta

1,654,928.02

Utilidad Neta

3,861,498.72

Flujo de Caja después de Impuestos

3,861,498.72

Depreciación Amortización Utilidad antes del Impuesto

Flujo de Caja

179

TABLA 4.24 - FLUJO DE CAJA FUTURO Año 0

Año 1

Año 2

Año 3

Año 4

Año 5

Total Ingresos

103,824,948.48

Total Egresos

83,866,282.52

83,621,282.52

393,400.00 0.00

19,565,265.96

19,810,265.96

Impuesto General a la Renta

5,869,579.79

5,943,079.79

Utilidad Neta

13,695,686.17

13,867,186.17

Flujo de Caja después de Impuestos

14,089,086.17

14,260,586.17

14,089,086.17

14,260,586.17

Total Inversión

1,967,000.00

Depreciación Amortización Utilidad antes del Impuesto

Capital/Valor Residual

1,967,000.00

Flujo de Caja

-1,967,000.00

180

4.7.2 Supuestos para la construcción de los flujos de caja

Para la construcción de los flujos de caja actual y proyectado mostrados en las tablas 4.23 y 4.24, se han asumido ciertos supuestos que sin quitarle rigurosidad a la evaluación, simplifican de cierta manera los procesos de cálculo. Estos supuestos son los siguientes:

 El flujo de caja de la red actual ya viene operando y los equipos ya se encuentran depreciados.  No se están considerando procesos inflacionarios durante el periodo considerado.  No se consideran ni ingresos ni costos incrementales durante el periodo considerado.  Las cifras de ingresos y costos se han trabajado en soles sin IGV.  La tasa de costo de oportunidad que se ha considerado es de 15%.  La inversión se ha realizado con recursos propios, por lo cual no hay ningún préstamo involucrado y por tanto no se consideran amortizaciones  Con el objetivo de ser más rigurosos, no se está considerando valores residuales de la inversión al finalizar el periodo de 5 años de análisis.  La depreciación de los equipamientos para el flujo de caja futuro se ha tomado en cuenta en 5 años, según las normas vigentes.

181

 No se considera amortización en el flujo de caja futuro ya que se está considerando que la inversión se ha cubierto con recursos propios de la empresa operadora sin incurrir en ningún préstamo.

4.7.2.1

Flujo de Caja Actual

Los siguientes parámetros son los que se han considerado en el Flujo de Caja Actual de la tabla 4.23: 

Total del Ingresos: de acuerdo a los ingresos anuales de la operadora modelo (ver acápite 4.3).



Total de Egresos: de acuerdo a los costos anuales de la operadora modelo con la red actual (ver acápite 4.4)



Depreciación / Amortización: según los supuestos no se considera en el análisis.



Utilidades antes del Impuesto: Ingresos menos los Egresos.



Impuesto General a la Renta: es el 30% de las utilidades.



Utilidad Neta: Utilidades menos el impuesto general a la renta.



Flujo de Caja después de impuestos: en este caso igual que la utilidad neta.



Flujo de Caja: en este caso igual que el flujo de caja después de impuestos.

182

4.7.2.2

Flujo de Caja Futuro

Los siguientes parámetros son los que se han considerado en el Flujo de Caja Futuro de la tabla 4.24 de acuerdo a la mejora tecnológica: 

Total del Ingresos: se sigue considerando los mismos ingresos anuales que tiene la red actual (ver acápite 4.3).



Total de Egresos: de acuerdo a los costos anuales de la operadora modelo con la mejora de red (ver acápite 4.6).



Total Inversión: es el gasto necesario para la implementación de la mejora tecnológica aplicado en el año cero del periodo analizado (ver acápite 4.5).



Depreciación: el total de la inversión se deprecia en 5 años



Amortización: no se considera como se explica en los supuestos mencionados en 4.7.2.



Utilidades antes del Impuesto: son los Ingresos menos los Egresos y menos Depreciación.



Impuesto General a la Renta: es el 30% de las utilidades.



Utilidad Neta: utilidades menos el impuesto general a la renta.



Flujo de Caja después de impuestos: utilidad neta más Depreciación.



Capital / Valor Residual: no se considera como se explica en los supuestos mencionados en 4.7.2.



Flujo de Caja: en este caso igual que el flujo de caja después de impuestos.

183

4.7.3 Parámetros de evaluación

La Evaluación Económica y Financiera presentada en la Tabla 4.25 detalla la diferencia entre las tablas de flujo de caja actual y futura (4.23 y 4.24 respectivamente). El flujo de caja diferencial así obtenido nos va a permitir calcular los parámetros económicos que nos permitirán evaluar la conveniencia de la inversión. Para el cálculo de dichos parámetros se han usado las fórmulas descritas en el acápite 4.2.

El primer parámetro a analizar es el Valor Actual Neto (VAN), cuyo valor es de S/. 32,743,223.59, considerando una tasa de Costo de Oportunidad de Capital del 15% anual. Esta cifra refleja un apreciable incremento patrimonial neto.

La relación Beneficio / Costo, alcanza un valor de 17.65 y la Tasa Interna de Retorno (TIR) es de 521% anual. Estos indicadores reflejan la viabilidad económica de la implementación de la operadora, dado que en el primer caso es superior a la unidad:

Relación Beneficio / Costo = 17.65 > 1,

Esto quiere decir que la implementación del sistema está generando suficientes recursos de caja para recuperar los fondos invertidos con el

184

costo de capital requerido (15%), y para contribuir con fondos adicionales a la empresa.

En el segundo caso el TIR es mayor que el costo de oportunidad de capital considerado:

TIR = 521% > 15%, por tanto la implementaci贸n es beneficiosa.

185

TABLA 4.25 - EVALUACIÓN ECONÓMICA Y FINANCIERA Año 0

Año 1

Año 2

Año 3

Año 4

Año 5

Utilidad antes del Impuesto

14,048,839.22

14,293,839.22

Impuesto General a la Renta

4,214,651.77

4,288,151.77

Utilidad Neta

9,834,187.45

10,005,687.45

Flujo de Caja después de Impuestos

10,227,587.45

10,399,087.45

10,227,587.45

10,399,087.45

Capital / Valor Residual

1,967,000.00

Flujo de Caja

-1,967,000.00

186

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

187

Las observaciones y conclusiones a las que se ha llegado con el desarrollo del presente trabajo son los siguientes:



La tecnología VoIP no es nueva, y aunque su desarrollo ha sido vertiginoso en los últimos años, no tiene todavía una amplia difusión en las compañías operadoras de servicios de telecomunicación a nivel mundial, lo que también se ve reflejado en la realidad peruana. Esta situación se vuelve incluso más excluyente si consideramos empresas operadoras de telecomunicaciones que trabajen en esquemas de VoIP sobre Internet como Backbone principal. La presente tesis, demuestra que la tecnología VoIP actualmente existente puede satisfacer los requerimientos de calidad de una empresa de operadora para servicios de voz a través de Internet, y a la vez ser económicamente factible tomando como marco de referencia la realidad peruana.



La migración de una red de voz tradicional a una red integrada como la que se propone, equivale a la migración de una red de conmutación de circuitos a una red de conmutación de paquetes. La segunda red utiliza de manera más eficiente los recursos de la red, sobre todo en lo referente a las comunicaciones On Net, ya que no es necesario definir circuitos virtuales entre las diferentes ciudades, si no que los paquetes se encaminarán, según una dirección IP, al destino que les corresponda.

188



Una característica básica de una red de conmutación de paquetes donde se integren servicios de voz y de datos, es la capacidad de priorización de los primeros sobre los segundos. Los equipos Gateway elegidos, así como los equipos que integran la red IP VPN de Telefónica del Perú, son capaces de manejar la priorización de servicios requerida.



En referencia al comentario anterior, en el diseño de la tesis se están considerando dos tipos diferentes de Backbone; la red IP VPN de Telefónica del Perú, que es una red pública donde se contrata una capacidad para cada uno de los puertos que componen la red, y el otro que es la conexión a Internet internacional, donde no se puede saber a ciencia cierta si todos los componentes de esa red tienen la capacidad de priorización de calidad de servicio. Debido a esta situación, es que en el segundo caso, es de vital importancia contratar un servicio de Internet sin over booking (Calidad 1:1), de tal manera que incluso en las horas más cargadas de Internet el ancho de banda contratado esté garantizado. Asimismo y por consideraciones estrictamente de diseño, se ha considerado un sobredimensionamiento del 20% para los enlaces VoIP con el objetivo de tener un margen adicional que garantice la calidad de servicio que se brinda a través de los enlaces de voz. Se puede observar asimismo que incluso considerando este exceso, el proyecto es altamente rentable.

189



Uno de los componentes fundamentales de la tesis ha sido el análisis de la realidad peruana sobre la cual una empresa operadora extranjera ofrece servicios de voz y datos. Una de las conclusiones que se ha tenido como resultado de tal análisis, es que para que una empresa pueda competir en el mercado actual debe invertir mucho capital, es decir en nuestra realidad es difícil la existencia de empresas operadoras pequeñas o medianas. Esta situación es más marcada en los servicios de telefonía, sobre todo por los costos de interconexión que se debe pagar a la operadora dominante (Telefónica de Perú) de acuerdo a las regulaciones vigentes. Se puede ver que la empresa operadora modelo es rentable, pero dicha rentabilidad va en función a la cantidad de capital que ha invertido y del cual dispone para la operación.



El análisis de tráfico para el dimensionamiento de la red y el costeo de los servicios se ha realizado en base a proyecciones. La intención no es que estas proyecciones sean 100% exactas, ya que incluso en una red real se parte de proyecciones para un estudio de factibilidad (requerimientos, dimensionamiento y plan de negocio) y luego en base a la operación se ajustan los parámetros de tráfico reales. Sin embargo con el objetivo de ser lo más riguroso posible, se ha recurrido a diversas fuentes de información de empresas operadoras existentes en Perú, para tratar que el presente estudio sea lo más cercano a la realidad.

190



El análisis económico arroja un flujo de caja diferencial altamente atractivo. El mayor impacto se da en el ahorro que se consigue al migrar los enlaces tradicionales de la red de voz y su reemplazo con enlaces de datos en una red integrada. Esta situación se debe a que los enlaces de datos son más económicos y que adicionalmente la tecnología de VoIP provee una compresión de recursos de tal manera que los servicios de voz usan menor capacidad de ancho de banda para cada uno de los enlaces.



El costo de capital considerado para el análisis de rentabilidad ha sido del 15%, lo cual es más elevado que el que se puede conseguir a través de instrumentos financieros tradicionales, y con lo cual estaríamos asegurando un análisis económico más riguroso.



Dentro del ámbito competitivo en el que se encuentra el mercado de las telecomunicaciones, y debido a la reducción del costo al que conlleva el uso de la tecnología de VoIP, la empresa operadora tendría margen como para reducir el costo de sus tarifas, de tal manera que sus ingresos aumenten comparativamente al generar mayor demanda y que se beneficie también al usuario final.



En las pruebas de laboratorio (ver Anexo A) pudo comprobarse la importancia del manejo del tráfico (algoritmos de calidad de servicio) para la inteligibilidad de la voz en escenarios de carga. De no realizarse

191

una configuración adecuada de los equipos la calidad podría disminuir considerablemente.



La reducción de gastos en el alquiler de enlaces es el mayor impacto del cambio tecnológico, ya que se reducen los recursos de ancho de banda para los servicios telefónicos. Semejante reducción también hubiera podido ser posible mediante la utilización de compresores de voz entre los conmutadores y los nodos SDH, sin embargo esta solución seguiría usando enlaces SDH que son un poco más caros que los de VoIP y lo más importante es que hubieran carecido de flexibilidad, ya que seguiría trabajando en un esquema de conmutación de circuitos.



Una observación general del uso de servicios de telefonía sobre VoIP, es que cuando en el futuro una gran cantidad de casas cuenten con una computadora personal conectada a Internet a tiempo completo, la comunicación entre estas casas (sin importar el lugar geográfico de las mismas ni la duración de la comunicación) sería gratuita (es decir, estaría incluida en la tarifa plana del acceso a Internet) y la red de voz tal como la conocemos pasaría poco a poco a ser obsoleta. Tecnologías para llevar a cabo esa meta ya existen (como el xDSL), y las empresas cuyo rubro principal es la comunicación de voz deberán encontrar un nicho de mercado adecuado dentro de este contexto para poder sobrevivir.

192



En la industria de las telecomunicaciones, todo se desarrolla con mucha velocidad. Es por lo tanto de esperar que el ancho de banda disponible en las redes se hará más y más grande. Esto será de gran ayuda para expandir las aplicaciones de VoIP. Cuando la capacidad suficiente se encuentre disponible, aún video y audio de alta calidad podrán ser transmitidos por una misma red.

193

BIBLIOGRAFÍA

194

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CHUCK SEMERIA, “Multiprotocol Label Switching - Enhancing Routing in the New Public Network”, Juniper Nertworks, 2000

FRED HALSALL, "Comunicación de Datos, Red de Computadoras y Sistemas Abiertos", 4ta Edición, Addison Wesley, 1998.

JON DAVIDSON, “Voice over IP - Design Implementation Guide”, 1998, Cisco Systems.

JORI LIESENBORGS, “Voice over IP in networked virtual environments”, 2000; http://lumumba.luc.ac.be/~jori/thesis/onlinethesis/contents.html

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195

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10. CARLOS HERMIDA BARRAL, "Planificación Económica en Telecomunicaciones: Guía para Directivos", Colección Gestión -1990

11. CARLOS URIEGAS TORRES, "Análisis Económico de Sistemas en la Ingeniería", 2da Edición, Limusa, 1987.

196

ANEXO A PRUEBAS DE LABORATORIO

197

Antes de llevar a cabo el despliegue de la red se consideró conveniente hacer pruebas para confirmar el correcto funcionamiento del equipamiento propuesto. Tales pruebas se realizaron en un laboratorio, simulando lo mejor posible la topología que habría de utilizarse en la nueva red.

Los equipos utilizados fueron:



Gateway de voz: Quidway A8010 Expert



Conmutador de voz: Huawei C&C08



Ruteador: Huawei Quidway 3600



Terminales telefónicos: Panasonic KX-TS5LX-W



Terminales de FAX: Samsung SF 4100

En el laboratorio se cuenta con varios enlaces punto a punto Frame Relay3. El CIR4 de cada PVC5 fue de 64 Kbps, con velocidades de acceso a 128 Kbps. Durante las pruebas se utilizaron velocidades de acceso bajas para poder saturar con facilidad el enlace y poner a prueba la prioridad y calidad de servicio (QoS) que los equipos a utilizar brindan a la voz en situaciones de congestión.

Protocolo estándar de las telecomunicaciones de la capa de enlace de datos. Maneja múltiples circuitos virtuales. 4

Committed Information Rate. Velocidad a la cual una red Frame Relay transmite información bajo condiciones normales de trabajo, es promediada en un periodo muy breve de tiempo. Se mide en bits por segundo, es uno de las medidas que se utilizan para tarificar el servicio. 5

Permanent virtual circuit. Circuito virtual establecido en forma permanente. Economiza tiempo y ancho de banda necesario para el establecimiento de los circuitos virtuales.

198

Esta configuración ha permitido también evaluar el nivel de compresión al que puede llegar el equipo propuesto utilizando los distintos algoritmos vistos en el capítulo 3, sin deteriorar la calidad de la voz.

Las pruebas fueron realizadas utilizando los algoritmos G.723 y G.729 (ver capítulo 2), sin embargo los gráficos mostrados a continuación sólo muestran los resultados obtenidos con el G.723 a 6,3 Kbps, debido a que fue el que mostró mejor respuesta. Hay que tomar en cuenta que esta velocidad es medida antes de añadirle la cabecera TCP/IP así que la velocidad real es ligeramente mayor.

Hay que tener presente que tanto para las comunicaciones de voz como para las transmisiones de fax, el análisis de la calidad es meramente cualitativo y por ende subjetivo; es decir depende mucho del punto de vista de quien lo juzgue. Es imposible cuantificar en forma exacta el error cometido durante el proceso de digitalización, compresión, transmisión y posterior recomposición de la información, por cuanto se debe llegar a un consenso entre diversas opiniones al juzgar y comparar los resultados obtenidos al cambiar la configuración de los equipamientos utilizados.

A.1 Escenario de pruebas sin carga de tráfico

El escenario seleccionado para las pruebas fue el que se muestra en la figura de la página siguiente:

199

FIGURA A.1 - ESCENARIO DE PRUEBAS SIN CARGA DE TRÁFICO

IP GATEWAY

ROUTER

GATEWAY

PBX

1 2

4 5

7 8

1 2 4 5

3 6

7 8

1 2 4 5

se conectan con los respectivos gateways a través de interfaces E1. Los gateways a su vez se conectan con los ruteadores mediante interfaces Ethernet (10 Mbps) y estos últimos son conectados entre sí a través del enlace Frame Relay.

Con el escenario descrito se realizaron comunicaciones telefónicas analógicas sin incluir tráfico en las interfaces WAN de los ruteadores con el objetivo de conocer el ancho de banda utilizado por cada comunicación.

A.1.1 Pruebas de Transmisión de voz

Procedimiento Utilizando los terminales telefónicos Panasonic conectados a la central C&C08, se procedió a realizar llamadas de uno a otro extremo del

200

6 9

Las centrales telefónicas se configuraron con abonados analógicos de prueba y

circuito.

7 8 *

Resultado Las comunicaciones se realizaron sin retardos y con buena calidad de voz.

En la figura A.2 se aprecian dos señales graficadas en el tiempo correspondientes al DTE (tráfico enviado desde el terminal telefónico hacia la red) y al DCE (tráfico enviado desde la red hacia el terminal telefónico). Los periodos en los que el flujo de información disminuye en el siguiente cuadro, corresponden a silencios en la conversación ya que el algoritmo de compresión optimiza el uso de canal al no enviar información en los periodos de silencio. El máximo ancho de banda utilizado por la conversación no es mayor al 10% del ancho de banda total (128 Kbps).

FIGURA A.2 - TELÉFONO A TELÉFONO SIN CARGA

DCE

DTE Porcentaje de Utilización 4

0 5

15 TIEMPO

201

DCE: Data Communication Equipment (equipo gateway) DTE: Data Terminal Equipment (equipo telefónico)

A.1.2 Pruebas de Transmisión de FAX

Procedimiento En dos de las líneas analógicas situadas a ambos extremos del circuito se conectaron terminales de FAX. Se enviaron tres imágenes distintas entre los terminales para comparar la calidad de la transmisión.

Resultados Se realizaron varias transmisiones de FAX con buenos resultados. La calidad de las imágenes enviadas fue muy similar a la de las transmitidas por la red de telefonía convencional.

Se puede apreciar una asimetría en los flujos de información característicos de las comunicaciones por Fax.

202

FIGURA A.3 - TRANSMISIÓN DE FAX SIN CARGA

DCE

DTE Porcentaje de Utilización 4

0 5

TIEMPO

A.2 Escenario de pruebas con carga de tráfico

El escenario es similar al descrito en el apartado A.1, solamente se necesita añadir computadoras con servidores FTP a ambos lados del circuito para poder saturar el ancho de banda. Al realizarse en forma simultánea transferencia de archivos en ambas direcciones es posible esforzar al máximo el enlace llenándolo de información en el momento de la comunicación de voz.

203

FIGURA A.4 - ESCENARIO DE PRUEBAS CON CARGA DE TRÁFICO

IP GATEWAY

ROUTER

GATEWAY

PBX

1 2 4 5

3 6

PBX

1 2 3 4 5 6

7 8

7 8 9

8 # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 *

8 #

1 2

6 9

4 5 7 8

En un inicio no se utilizó la reserva de recursos (RSVP) ni se programaron las colas de memoria (WFQ) en los ruteadores Quidway. Se congestionó el enlace WAN con el 100% de utilización mediante la transferencia de archivos (FTP) y se realizaron las llamadas telefónicas respectivas. El resultado fue que las comunicaciones no tenían la calidad adecuada.

Luego se configuraron los ruteadores con las características de RSVP y WFQ con los siguientes resultados:

A.2.1 Pruebas de Transmisión de voz y datos

Procedimiento Utilizando los teléfonos conectados a la central C&C08, se procedió a realizar llamadas de uno al otro extremo del circuito.

204

Resultados Las comunicaciones se realizaron sin problemas y con buena calidad de voz. A pesar de tener el enlace saturado, como se puede apreciar en la figura A.5, en la que se está utilizando cerca del 100% del ancho de banda total del enlace, la calidad de voz no se deterioró ni tampoco se notó ningún retardo en la línea. Este es justamente el resultado que se buscaba, comprobándose el correcto funcionamiento de la asignación de prioridad a los paquetes de voz con respecto de los paquetes de datos.

FIGURA A.5 - COMUNICACIÓN TELÉFONO A TELÉFONO CON CARGA 100

DCE

DTE Porcentaje de Utilización 40

0 5

15 TIEMPO

205

A.2.2 Pruebas de Transmisión de FAX

Procedimiento En dos de las líneas analógicas situadas a ambos extremos del circuito se conectaron sendos terminales de FAX. Se enviaron tres distintas imágenes entre los terminales para comparar la calidad de la transmisión de FAX combinada con la transmisión de datos.

Resultados Se transmitió FAX con buenos resultados. La calidad de las imágenes enviadas fue muy similar al obtenido usando la red de telefonía convencional. Como se aprecia en la figura A.6, también el enlace se encuentra con un porcentaje de utilización cercano al 100%.

FIGURA A.6 - TRANSMISIÓN DE FAX CON CARGA

100

DCE

DTE Porcentaje de Utilización 40

0 5

15 TIEMPO

206