VoIP, RTP y RTCP: retardo, jitter, eco y soluciones para calidad de voz en redes IP

Modos de transmisión en redes

Redes modo circuito (red telefónica)

• Transmisión síncrona (TDM determinista).
• Recursos asignados todo el tiempo; el canal envía datos incluso en silencio.
• Existe competencia por recursos, lo que puede generar bloqueos.
• Principales problemas: retardo y eco.

Redes modo paquete (redes IP)

• Transmisión asíncrona (TDM con multiplexación estadística).
• Se envía solo cuando hay datos.
• También hay competencia por recursos, lo que genera colas y variaciones en el servicio.

Parámetros de calidad y soluciones

Retardo

Retardo: Debe ser < 150 ms para no notar efectos negativos (G.114).

Solución: Usar paquetes pequeños (menos tiempo de empaquetado) y evitar protocolos pesados como TCP. *

Eco

Eco: Se produce por el paso de 2 a 4 hilos o por acoples acústicos; si es > 50 ms puede afectar la conversación.

Solución: Usar canceladores de eco (detectan la señal y restan una réplica inversa —más proceso, pero mejor interactividad—) o supresores (cierran el canal en sentido contrario —convierten en semi-dúplex). *

Jitter (fluctuación del retardo)

Jitter: Variación en el tiempo de llegada de los paquetes, debida a congestión o cambios de ruta. Si un paquete llega fuera de su ventana de tiempo esperada por el receptor, no sirve y se descarta.

Solución: Usar un buffer anti-jitter en el receptor. *

Buffer anti-jitter: Almacena paquetes en el receptor para absorber variaciones de retardo y entregarlos al decodificador de forma uniforme.

Pérdida de paquetes

Pérdida de paquetes: Causadas por congestión o errores en la red. Debe ser < 1% para tener un impacto mínimo (o hasta 3% con algoritmos de ocultación PLC).

Solución: Se mitigan con algoritmos de ocultación (PLC) en el receptor (enmascaramiento en el receptor). *

Limitada capacidad de transporte por paquete

Limitada capacidad de transporte por paquete. Solución: Compresión de voz (códecs) y supresión de silencios.

* Además de mecanismos de QoS y sobredimensionamiento de la red.

VoIP: preparación de la voz (emisor)

Objetivo: Optimizar la capacidad de transporte de los paquetes IP con el menor coste de trabajo y tiempo posible.

Procesos básicos: Codificación (digitalización) → Compresión → Empaquetado IP

RTP (Real-Time Transport Protocol)

Funciones principales

• Identificación del tipo de carga útil (qué códec se usa).
• Temporización (Timestamp) para sincronización y cálculo de jitter.
• Secuenciación (número de secuencia) para ordenar paquetes y detectar pérdidas.
• Opera habitualmente sobre UDP (par de puertos por defecto: 5004).

Campos de la cabecera

(Tamaño mínimo de la cabecera = 12 octetos)

• Payload Type (PT): 7 bits. Indica el formato del medio (códec) para que el receptor sepa cómo decodificar.
• Sequence Number: 16 bits. Se incrementa en 1 por paquete. Sirve para detectar pérdidas y desorden.
• TimeStamp: 32 bits. Instante de muestreo. Permite sincronización y cálculo de jitter.
• SSRC (Synchronization Source ID): 32 bits. Identificador aleatorio único de la fuente del flujo.

RTCP (RTP Control Protocol)

Función

RTCP: Control y monitorización de la calidad (estadísticas de QoS) de la sesión RTP. No envía medios, solo control. Usa el puerto impar siguiente al RTP.

Mensajes RTCP

• SR (Sender Report - 200): Estadísticas de emisores activos.
• RR (Receiver Report - 201): Estadísticas de solo receptores.
• SDES (Source Description - 202): Información de la fuente (nombre, email, CNAME).
• BYE (203): Fin de participación.
• APP (204): Funciones específicas de aplicación.