Hace unos meses os contábamos que existe, por así decirlo, un paso intermedio entre 4G y 5G que ya está empezando a comercializarse con el nombre de VoLTE (Voice over LTE). En resumen, este protocolo permite realizar llamadas de voz directamente sobre datos.  El principio de funcionamiento es similar a VoIP tradicional, con la salvedad de que en este caso el servicio se opera a nivel de red y no a nivel de aplicación. Es decir: no necesitaríamos aplicaciones como Skype, Viber o Whatsapp, ya que las llamadas de datos estarían integradas directamente en nuestro teléfono.

Durante algunos años, LTE coexistirá con las tecnologías de conmutación de circuitos de voz, también conocidas como Circuit Switch. No obstante, desde hace unos años los proveedores están reemplazando todos sus sistemas de conmutación de datos (Circuit Switched Data, CSD) por sistemas basados 100% en Ethernet. En esta coyuntura, es de esperar que tarde o temprano todas las llamadas de voz móvil se operen exclusivamente sobre datos.

Mientras tanto, muchos nos preguntamos cuál es exactamente la diferencia entre VoLTE y VoIP:

La diferencia está en la QoS

Tradicionalmente, las aplicaciones de voz como Skype han confiado en Internet para entregar los paquetes. Y esto es un mal asunto: la naturaleza intrínseca de Internet no garantiza la entrega de paquetes, y es por esto que se la conoce como una tecnología Best Effort: las aplicaciones que funcionan sobre Internet se ponen una venda en los ojos y cruzan los dedos.

No ocurre así cuando hablamos de VoLTE, ya que éste exige la presencia de un componente de Calidad de Servicio (Quality of Service, QoS).

¿En qué consiste la QoS?

QoS es un conjunto de tecnologías que garantizan la transmisión de cierta cantidad de información en un tiempo dado. Esto es: throughput. Es especialmente importante cuando hablamos de aplicaciones de tiempo real como voz y video.  Existen algunos problemas que afectan a la calidad del servicio y son los que QoS pretende resolver:

Paquetes sueltos

Los routers pueden sufrir pérdidas de paquetes si llegan cuando los buffers ya están llenos. Dependiendo del estado de congestión de la red, se podrían perder uno o muchos paquetes. Un problema que podría solventarse mediante la solicitud de retransmisión de paquetes sueltos por parte del receptor. Como es fácil suponer, esto provoca la aparición de graves retardos.

Retardos

Puede ocurrir que los paquetes tarden un largo período de tiempo en alcanzar su destino, debido a que pueden permanecer en largas colas o tomen una ruta menos directa para prevenir la congestión de la red. En algunos casos, los retardos excesivos pueden llegar a inutilizar las aplicaciones VoIP.

Jitter

Los paquetes del transmisor pueden llegar a su destino con diferentes retardos. Un retardo de un paquete varía impredeciblemente con su posición en las colas de los encaminadores a lo largo de la ruta entre el transmisor y el destino. Esta variación en retardo se conoce como jitter y puede afectar seriamente a la calidad del flujo de audio y/o vídeo.

Entrega de paquetes fuera de orden

Cuando un conjunto de paquetes relacionados del mismo flujo son encaminados hacia Internet, los paquetes pueden tomar diferentes rutas, resultando en diferentes retardos. Básicamente, esto ocasiona que los paquetes lleguen desordenados. Para solventar este problema requerimos de un protocolo que pueda reordenar los paquetes a un estado isócrono una vez que estos lleguen a su destino.

Errores

Los paquetes y los políticos tienen algo en común: algunos se corrompen durante su trayectoria. En este caso, el receptor tiene que detectarlos y solicitar una retransmisión de los mismos.

¿Cómo se implementa QoS en VoLTE?

VoLTE utiliza una combinación de la arquitectura IMS (IP Multimedia Subsystem) y la alta velocidad de la red de acceso (Radio Access Network) para garantizar la QoS. En ese sentido, la calidad de las llamadas VoLTE no tienen nada que envidiar a las llamadas tradicionales basadas en circuitos E1 o T1, y es por esto que se espera que VoLTE desplace a VoIP, al menos cuando nos referimos a dispositivos móviles.

¿Cómo se implementa QoS en sistemas VoIP?

Sin embargo, si de algo se echa de menos en VoIP es la calidad de los sistemas telefónicos tradicionales. Este componente QoS, al contrario que ocurre en VoLTE, se puede implementar en VoIP como una característica opcional y no como una condición necesaria. Existen múltiples técnicas para implementar QoS a nivel de interfaz en VoIP (a nivel de una red global no es posible, en tanto que usa Internet como hemos mencionado anteriormente):

Este es un modelo que es bastante útil para comprender de qué formas podemos intentar garantizar la QoS y con cuáles conseguirlo. En esta figura están representadas las dos acciones fundamentales asociadas a garantizar la QoS:

• Clasificación: El tráfico que entra al equipo y que se ha de transmitir se tiene que clasificar. Pueden usarse muchos criterios de clasificación: Por equipo destino, por marcas en los paquetes, por aplicación… Es algo que siempre hay que hacer ya que si no el propio concepto de QoS no existe. Básicamente, la clasificación es buscar a qué parámetros de QoS negociados o contratados pertenece un paquete (o tráfico) en particular: Tráfico máximo en ráfaga, tráfico mínimo sostenido, latencia máxima, variación en la latencia…
• Asignación de recursos: Una vez que se tiene el tráfico clasificado, y por tanto se saben qué parámetros de QoS se deben cumplir, hay que asignar los recursos en la interfaz. Hay que permitir que los paquetes se transmitan al medio (el aire o un cable).

La fase de clasificación es común a todos los tipos de interfaz que necesitan garantizar la QoS, pero la principal diferencia viene en la fase de asignación de recursos. Existen 2 mecanismos que son lo bastante amplios como para merecer que les demos un nombre “QoS a nivel 3 (L3QoS o IPQoS)” y “QoS a nivel 2 (L2QoS o MACQoS)”.

Existen múltiples estándares y sistemas VoIP profesionales implementados mediante software o hardware que en gran medida tratan de controlar el tráfico de la red para disminuir las posibilidades que se produzcan caídas en el rendimiento.

Como conclusión…

Incluso si los mecanismos para garantizar la QoS en VoIP fueran iguales a los de VoLTE (algunas arquitecturas VoIP implementan IMS), aún tendríamos la ventaja de que éste último ofrece una red de acceso radio y un backbone diseñado especialmente para transportar datos de forma mucho más eficiente que la red IP tradicional.

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Imaginaos que un tsunami o un huracán se lleva por medio todas las antenas y estaciones base del operador móvil (Movistar, Vodafone, Orange…) dejando toda tu ciudad incomunicada, sumida en el caos, a merced de los malos y dificultando las operaciones de rescate. ¿A quién hemos de llamar? A Batman, por ejemplo.

No, no me refiero al superhéroe murciélago, sino a B.A.T.M.A.N (Best Approach To Mobile Adhoc Networks), un reciente protocolo de enrutamiento móvil empleado en las denominadas redes MANET (Mobile ad hoc Networks).

¿Y qué es una red MANET?

En pocas palabras, son redes móviles cuyos nodos se conectan entre sí mediante tecnología Wi-Fi ad hoc y que poseen completa libertad para desplazarse geográficamente, por lo que se trata de una topología de red muy dinámica, cambiante y descentralizada. Por esta razón, cada nodo (o smartphone) debe realizar por sí mismo tareas de router como localizar a sus móviles vecinos, mantener tablas de rutas, decidir cuál es el mejor camino, etc.

Ello nos permitiría realizar llamadas gratis (como VoIP) o enviar mensajes de texto sin necesidad de operador móvil, por lo que es una implementación muy útil para situaciones de emergencia o desastres naturales. ¿Significa esto “bye-bye Movistar”? Esa es otra historia que ya discutiremos en otra ocasión.

Vale, ¿pero cómo funcionan?

Durante los últimos 30 años se han desarrollado decenas (¿cientos?) de protocolos para prácticamente todos los escenarios. BATMAN entre ellos. No entraremos en detalles escabrosos, así que aquí va una explicación un tanto burda de qué es un protocolo de routing:

Es el mecanismo que permite a cada nodo conocer “dónde” se encuentra dentro de la red en relación a sus vecinos para así poder encaminar (o “enrutar”) de forma eficiente un mensaje o llamada saltando de nodo a nodo hasta llegar a un destinatario.

En una red local o LAN como la que tenemos en nuestra casa no hay muchos cambios en la topología, sin embargo en una red móvil constantemente aparecen y desaparecen nodos que no contentos con ello cambian de ubicación a cada segundo

¿Entonces cómo puede conocer un móvil la topología de la red, si está en constante cambio?

En redes ad-hoc los nodos no conocen a priori la topología de su red, por lo que primero tienen que descubrirla. En este concepto reside la complejidad del encaminamiento en redes MANET:

La idea es que los nodos móviles anuncian su presencia periódicamente con un paquete broadcast de saludo. Los vecinos escuchan estos saludos y poco a poco van aprendiendo y actualizando nuevas rutas: “le paso mi mensaje al nodo A, que dice que conoce a un nodo B, que a su vez conoce al destinatario C“. Para lograr esto, las tablas de encaminamiento deben ser propagadas o intercambiadas periódicamente.

Para terminar, ¿cuántos protocolos de enrutamiento MANET existen?

Muchos. Pero se pueden clasificar en unos pocos grupos:

1. Proactivos. Estos protocolos mantienen una lista actualizada de destinos y rutas que redistribuyen periódicamente a través de la red con las desventajas que ello conlleva en términos de mantenimiento y velocidad de reacción ante cambios o fallos. Algunos ejemplos: el mencionado BATMAN y OLSR (Optimized Link State Routing Protocol).
2. Reactivos o bajo demanda (“on-demand”). Como su nombre indica, estos protocolos “inundan” la red con peticiones de ruta (paquetes “Route Request”) con los problemas de latencia y congestión que pueden provocar. Algunos ejemplos son AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) o su sucesor: DYMO.
3. Híbridos. Estos protocolos tratan de superar las desventajas de los anteriores de la siguiente forma: en una primera etapa se comporta como un protocolo proactivo y más tarde, cuando ya ha descubierto algunas rutas, empieza a actuar como uno reactivo. Un ejemplo: ZRP (Zone Routing Protocol).
4. Jerárquicos. Son protocolos híbridos, pero en otro sentido. Pueden enrutar proactiva o reactivamente en función del nivel jerárquico en que se encuentren dentro de la red. Ejemplo: CBRP (Cluster Based Routing Protocol).

En próximos artículos veremos que no todo el monte es orégano y profundizaremos en este interesante y novedoso campo de las telecomunicaciones aplicado a smartphones Android.

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