Fernando Núñez Serrano

Design of an IP telephony network

May 2009

TAREAS

1. Servicios suplementarios asociados al servicio telefónico

2. Terminales de usuario (fabricante, modelo, códec)

3. Funciones de red

4. Equipos de red (fabricante, modelo, capacidad)

5. Ubicación de equipos

6. Flujos de voz y señalización según tipo de llamada

7. Capacidad VoIP en los enlaces de acceso de cada sede

8. Interconexión con la RTC

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INTRODUCCIÓN:

Después de realizar una búsqueda entre los distintos fabricantes,observamos que muchos de ellos implementaban adicionalmente un sistemade señalización distinto a SIP. Un ejemplo de ello son los protocolos deseñalización propietarios tales como IAX, Skinny y Cornet (de Asterix, Cisco ySiemens respectivamente).

Estos protocolos se han desarrollado debido a las reducidasprestaciones que soporta SIP actualmente. No obstante, SIP es el referentecomo protocolo de señalización para VOIP y, por tratarse de un protocoloabierto (permite incorporar nuevas prestaciones), acabará probablementedesplazando a los protocolos propietarios.

Actualmente, los fabricantes ofrecen soluciones VOIP con protocolospropietarios (incluso algunos con código abierto como el IAX de Asterix). Lamayoría de los equipos (tanto PABX como terminales) que disponen deseñalización propia permiten compatibilidad con SIP.

Un ejemplo de ello es la solución propuesta por Siemens: Un cambio defirmware permite convertir sus terminales IP CORNET en terminales SIP. Unavez migrado a SIP, el terminal soportará únicamente las prestacionesfacilitadas por SIP.

Dado que la inversión no queda secuestrada y se soportan muchas másprestaciones, decidimos implementar una solución basada en un protocolopropietario.

Cuando SIP implemente el resto de prestaciones que pensamos puedanser demandadas a día de hoy por la universidad, podremos realizar una simplemigración.

La opción tomada implica que debemos elegir un equipamiento de unúnico fabricante, ya que los protocolos propietarios no son compatibles entre sí.Nuestra elección final ha sido la solución facilitada por la marca alemanaSIEMENS, que con su protocolo propietario IP CORNET proporciona unasolución integrada de red corporativa.

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¿QUÉ ES CORNET?

CORNET es una evolución del protocolo QSIG, a partir del cual Siemensha desarrollado un protocolo específico de señalización para VoIP paracentrales privadas. CORNET implementa todas las prestaciones descritas enQSIG y las aumenta. A continuación, mostramos una evolución de los sistemasde señalización entre centrales.

Desde los inicios de la señalización digital con QSIG las centralespodían soportar funciones de red.

Actualmente el protocolo IP CORNET facilita todas las prestacionesrequeridas en una gran red corporativa haciendo que la solución completa secomporte como un único sistema global pero distribuido y redundante.

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LA SOLUCIÓN PROPUESTA:

La arquitectura de red se basa en dos servidores HIPATH 4000. Estostienen el control de toda la red pudiendo llegar a gestionar hasta 100.000usuarios. Solamente uno de los dos está operativo, el otro hace funciones debackup.

El servidor principal dispone de dos procesadores para que ante laeventual caída del procesador principal tome el control el redundante.

Ante el caso de una caída completa del servidor HIPATH 4000 unusuario deberá activar el segundo equipo que ofrecerá el servicio completo consus otros dos procesadores.

Los terminales distribuidos en distintos segmentos de red se comunicancon el servidor HIPATH para requerir servicios. La HIPATH 4000 ofrece losservicios ubicados en su máquina y gestiona los servicios proporcionados porlas pasarelas AP3700. Estos equipos disponen de circuitos RDSI que permitenla comunicación con la RTB.

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Cuando un terminal quiere llamar al exterior (RTB) se pone en contactocon la H4000; esta tiene información del estado de todos los circuitosfacilitados por los Access Point (AP3700) y le redirige al más conveniente.Estas pasarelas también informan al H4000 cuando entra una llamada porRTB. La H4000 la distribuye.

En caso de que no haya ningún H4000 operativo los terminales podránregistrarse en el AP3700 pudiendo realizar llamadas internas (en el mismo AP)o externas a través de RDSI comportándose como centrales locales peroperdiéndose las funcionalidades de red corporativa.

TERMINALES

Terminal fijo:

Este terminal reúne las demandas de un puesto de trabajo moderno como:- Manos libres full-duplex- Modularidad- Integración CTI- Conexión de auricular integradaPosibles escenarios:- Entornos de oficina en general- Agentes de call center- Salas de conferencias y de reuniones- Hoteles de alto nivel

- Coste: 310€.

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Teléfono inalámbrico: optiPoint WL2 professional

OptiPoint WL2 professional es un teléfono móvil que puede operar con elHiPath 4000.• Protocolos y prestaciones de red:DHCP client, FTP client, VLAN support, SNMP Trap Agent, VoIP (SIP, RTP,RTCP, TLS), DNS, HTTP and HTTPS server, IP addressing: fixed, DHCP• Codecs soportados:G.711 (a-law and μ-law), G.729ab (G.729a with VAD Voice Activity Detection),G.723, G.722• Advanced Echo Cancellation (AEC)• Wireless: 802.11g (fall-back to 802.11b)• Rango de frecuencias: 2.4 – 2.497 GHz• Number of selectable channels:13 (ETSI) or 11 (North America)• Site survey tool integrated in the telephone.• Data rate: 54, 48, 36, 24, 18, 12, 11, 9,6, 5.5, 2, 1Mbit/s• SSID• QoS: ToS, DiffServ, 802.1q, 802.11e (WMM-subset)

• Coste: 446 €.

Queremos explicar el alto coste del terminal inalámbrico WIFI, ya que alguien puede pensar que se trata de un precio desorbitado. La diferencia de precio con otros fabricantes radica en que este terminal junto con los Acces Point (repetidores Wifi propietarios) permiten realizar roaming en grandes distancias, es decir, cambiar de repetidor sin perder la comunicación (en todo un edificio por ejemplo). Un teléfono estándar WIFI cuando pierda cobertura necesitará conectarse a la nueva red y adquirir una dirección IP por lo que, mientras tanto, se perderá la comunicación.

Otro elemento que diferencia a los terminales Siemens es el colgador(una de las partes más sensibles de los teléfonos). Éste sufre mucho, sobretodo cuando el usuario no está muy contento a la hora de colgar y no depositael auricular suavemente sobre el terminal. Cuando un terminal tiene el colgadorroto, lo más económico suele ser sustituir el equipo. Siemens dota a todos susterminales de un colgador no mecánico. Un haz láser se interrumpe cuandoposamos el auricular sobre el colgador. Detalles como éste marcan ladiferencia con terminales más económicos que se encuentran en el mercado yjustifica una vez más lo que a priori puede parecer un precio muy elevado.

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AP 1120 Analog Access Solution

• AP 1120 es un dispositivo que conecta los teléfonos analógicos o faxesal HiPath 4000, tiene dos puertos FXS y dos 10/100 BaseT Ethernet paraconectar un PC o una LAN o un dispositivo LAN.• Múltiples de soporte de codec (G.711, G.723.1, G.729) • Protocolos de telefonía IP:• H.323, CorNet-IP or SIP• QoS:QoS-802.1q(Priority tagging/ VLAN), QoSDiffServ

• Coste: 312 €

OptiClient 130 S V4

• OptiClient 130 es compatible con lamayor parte de los Siemens HiPath. Poseeuna estructura modular y un conjunto defunciones que garantizan máximaflexibilidad para el usuario. • Módulo central: determina lascaracterísticas disponibles que semuestran en pantalla para el usuario.• Módulo de interfaces: paraimplementar funciones extendidas,disponibles en ventanas, incluyendomódulo de teléfono para las característicasteléfonicas (marcación, llamada enespera…), el audio manager, lista dellamadas y agenda • Módulo de video: ventanas de video para visión de diferentes usuariosen videoconferencia.• Quality of Service support (802.1p)• German, English, French, Dutch, Italian, Portuguese and Spanish • Windows 2000 (SP 4 or later) or Windows XP (SP 2 or later) with thelatest Microsoft Windows updates. Windows Vista. Tablet PC (Windows XP SP2 or later). Microsoft Windows Installer 3.1. NET Framework 2.0• OptiClient permite conectar un terminalBraille para personas invidentes. Lainformación de estado de optiClient se reflejaen la línea Braille de forma que una personainvidente pueda utilizar el gestor de llamadas.

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Prestaciones soportadas por SIP

* Identificación de llamada mediante:CLIP (Calling line identification presentation)CLIR (Calling line identification restriction)COLP (Connected line identification presentation)COLR (Connected line identification restriction)

* Llamada en espera / retener: Si cuando estoy hablando con alguienrecibo otra llamada se me notifica la llamada entrante por pantalla y conseñal acústica. Puedo retener la llamada actual y atender la nueva.

* Llamadas alternativas: Si cuando estamos con una conversaciónestablecida queremos preguntar algo a otra persona, podemos retener laconversación actual, realizar una consulta externa o interna.y despuésrecuperar la conversación original.

* Transferencia (atendida): En este caso no se puede pasar la llamadadirectamente, sino que tenemos que esperar a que el destinatario de lallamada descuelgue, hablar con él y al colgar transferimos dicha llamada. Sipensamos en una operadora que atiende muchas llamadas y no lepermitimos una transferencia desatendida, ésta será capaz de respondermuchas menos llamadas en el mismo tiempo.

* No molestar: Marcando un código podemos hacer que nuestro teléfonocomunique todo el rato.

* Señalización en banda DTMF o RFC 2833: En lugar de generar en elcodec el sonido emitido por la tecla 3 se envía por señalización (ej: paraoperadoras automáticas: “Si quiere hablar con xxxx marque 3”).

* SIP Session Timer RFC4028

* Digest Authentication: autenticación del llamante y del destinatario

Prestaciones liberadas a partir de Diciembre 2008

* Call Forwarding: hasta hace unos meses no se podían realizar desvíos

* Presentación del nombre del llamante (Adicional al nº del llamante)

* Conferencia local 3rd party: Permite hacer conferencias de 3 usuariosregistrados en una misma central.

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* Número único de llamada: Se crean grupos de tres terminales para quesean accesibles todos a la vez mediante un solo número de llamada. Estalimitación por ejemplo impedirá que podamos facilitar un servicio deatención telefónica atendida por 5 operarios con el mismo número deteléfono. El sistema propuesto permite asignar un mismo número a unconjunto ilimitado de extensiones variando su configuración en función de lahora del día si es necesario.

Prestaciones soportadas por IP CORNET

* DESVIO DE LLAMADAS: Permite desviar la llamada a un teléfono interno oexterno (por ejemplo un móvil)

* TRANSFERENCIA DE LLAMADAS: Permite transferencias desatendidas(conmutar y colgar)

* BUZON DE VOZ: Contestador automático

* CONFERENCIA MULTIPLE: Permite una conversación simultánea de hasta60 usuarios. Las conferencias se programan en un servidor web incluido en lacentral. A cada conferencia se le asigna un código de llamada. Marcando dichocódigo se entra en la conferencia o bien se configura el sistema para que teavise a la hora de inicio.

* FUNCIONES JEFE-SECRETARIA: Permite mejorar la interacción entre jefe ysecretaria estableciendo roles y funciones especificas.

* NO MOLESTAR: Cuando se activa, cualquier llamante obtendrá tono deocupado. El usuario puede usar el teléfono normalmente sin miedo de que lesuene el teléfono.

* SIGUEME: Permite activar el desvío de llamada desde la extensión destinoen lugar desde la de origen (que sería un desvío normal).

* LLAMADA EN ESPERA: Se recibe un tono durante una conversación queindica otra llamada entrante.

* DEVOLUCIÓN DE LLAMADA: Si llamamos a alguien que está comunicandose activará dicha prestación y cuando el teléfono al que se quería llamar quedelibre comenzará a sonar. Cuando el destinatario descuelgue comenzará asonar nuestro teléfono indicándonos que ya está al aparato.

* MARCACION ABREVIADA: Permite marcación de números en memoriacentral.

* LLAMADA DE GRUPO: Se pueden definir números de extensión virtuales.Cuando se llama a dichos números la llamada puede sonar en un grupopredefinido de extensiones.

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* TELECAPTURA DE LLAMADAS: Permite descolgar una llamada de otraextensión sin levantarte de la mesa. Marcas por ejemplo *7 y el número deextensión a capturar y contestas la llamada de la mesa del otro lado deldespacho.

* ENVIO DE MENSAJES DE TEXTO: Tu terminal puede pedir por ejemplo caféa la secretaria.

* HOT LINE: Si cuando un usuario descuelga el teléfono pasa un cierto tiemposin marcar ningún número, suena la extensión prefijada (por ejemplo el númerode recepción en los hoteles).

* RESTRICCION DE LLAMADAS: Permite establecer la categoría de acceso ala red urbana (por ejemplo llamadas locales, nacionales, internacionales ,especiales…)

* SERVICIO NOCTURNO: Cuando se activa, la entrada de llamadas puedevariar así como las autorizaciones de cada extensión. Por ejemplo por la nocheno se puede llamar al exterior o sólo a emergencias.

* MEGAFONIA /POTERO AUTOMATICO: Mediante el teléfono se puede emitirun mensaje por megafonía o se puede atender un portero automático (inclusoabrir la puerta con un código prefijado).

* LEAST COST ROUTING: Se pueden establecer algoritmos que determinen,en función de la hora del día y el destino de llamada, un tipo de línea u otropara llamar. Por ejemplo para llamar a móviles si tenemos una línea track demóvil podemos salir por esa si está libre.

* APLICACIONES CTI: Mediante conexión USB desde el teléfono hasta el PCpodemos integrar por ejemplo la agenda de Outlook con nuestro teléfono.

* OPERADORA AUTOMÁTICA: Contestador automático del tipo: “Si quiereshablar con taller marca 1 si quieres post venta marca 2” etc.

* INTERFONIA: Si el terminal al que se quiere llamar tiene altavoz se puedeutilizar el teléfono como un interfono. Sonará la voz del llamante por el altavoz ysi el otro quiere descuelga y es una llamada normal.

* IDENTIFICADOR DE PROYECTO: Permite asignar el coste de una llamada aun determinado proyecto. Cuando vamos a llamar marcamos un código deproyecto. En el registro de llamadas de la central figurará el coste y el proyectode la llamada, pudiéndose generar listados de llamadas asociadas a eseproyecto.

* LISTA DE LLAMANTES: Registro en pantalla de las llamadas perdidas(teléfono, día y hora)

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* RETENCION DE LLAMADAS: Podemos retener una conversación (el otroqueda con música en espera) y nosotros podemos hacer una nueva llamada obien esperar. Tras un cierto tiempo si no se recoge la llamada (con otro código)la central rebota la llamada.

* CANDADO ELECTRONICO: Es posible conmutar la categoría de acceso alexterior activando un pin de seguridad en el terminal. Por ejemplo restringir lasllamadas cuando active el pin.

* MENUS INTERACTIVOS: En función del momento en el que se encuentre elterminal (en reposo, durante una llamada, sonando etc.) mostrará primero unasopciones u otras. Por ejemplo si está sonando la primera opción seráDescolgar. Si pulsamos la tecla aceptar activaremos el manos libres. Duranteuna conversación la primera opción será Consulta (invitándonos a retener lallamada para hablar con otra extensión).

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TRÁFICO:

Tráfico de una llamada:

Utilizando el codec G.729 para la codificación de voz, tenemos los datos de Vc = 8kbps, Te = 10ms. La cabecera total constará de las cabeceras Eth+IP+UDP+RTP = 20 + 20 + 8 + 12 = 60 oct. Como resultado tenemos que:

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Vcu Te oct= = 56

u ch Vc kbps

u

+= =

Aplicando una supresión de silencios de α = 0.5, tenemos una m = 28 kbps

El tráfico por terminal es 0.015 x 1.3 = 0.0195 E

Tráfico de los centros:

Hemos modelado los centros en tres tipos distintos: grandes (600 usuarios), medianos (300 usuarios) y pequeños (100 usuarios), de modo que, clasificandocada centro de manera que sus usuarios no pasen los usuarios del modelo salen 5 centros grandes, 14 centros medianos y 2 centros pequeños.El tráfico generado por centro modelado, considerado simétrico, será 0.0195 E x nº usuarios, de modo que con ese dato y con una probabilidad de bloque del 1% en el modelo Erlang B, obtenemos de las tablas el número de circuitos necesario No, que luego corregimos con nuestro factor α = 0.5 de supresión de silencios para un factor de perdidas de 10-4 y obtenemos N.

De este modo la capacidad necesaria es: C = N x h, N

Nor a= los datos para

cada modelo de centro son:OTAL Usuarios Trafico (E) No N C (Mbps) ρ usuarios traf/area (E) No N C (Mbps) ρPequeña 100 1,95 7 7 0,392 0,50Mediana 300 5,85 12 13 0,728 0,54Grande 600 11,7 20 25 1,4 0,63

Pero dividiendo el tráfico por tipos, teniendo en cuenta que el tráfico RSDI que sale son canales de 64 kbps por llamada (para los cuales usaremos los S0 correspondientes sabiendo que van dos canales por cada uno):

traf (E) No N C (kbps) ρtraf intra Pequeña 0,585 4 4 224 0,50 Mediana 1,755 6 6 336 0,50 Grande 3,51 10 11 616 0,55 traf inter Pequeña 0,39 3 3 168 0,50 Mediana 1,17 6 6 336 0,50 Grande 2,34 7 7 392 0,50

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traf IP ext Pequeña 0,195 3 3 168 0,50 Mediana 0,585 4 4 224 0,50 Grande 1,17 5 5 280 0,50 traf RSDI Pequeña 0,78 4 4 256 0,50 Mediana 2,34 7 7 448 0,50 Grande 4,68 11 12 768 0,55

El tráfico VoIP que sale de la central será el IP externo y el intercentro luego la capacidad mínima de los enlaces salientes será:

Cp = 336 kbps, Cm = 560 kbps, Cg = 672 kbps.

El trafico total el la MAN de la UPM se ha modelado como la suma del tráfico saliente de cada central tipo, es decir:

CMAN º º ºCp n p Cm n m Cg n g= + +g g g 336 2 560 14 672 5 11.872Mbps= + + =g g g

Los tráficos en general de la red, quedan resumidos asi:

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