VoIP: Making Secure Calls and Maintaining High Call Quality

Modern multimedia communication tools must have high security, high availability and high quality of service (QoS). Any security implementation will directly impact on QoS. This paper will investigate how end-to-end security impacts on QoS in Voice over Internet Protocol (VoIP). The QoS is measured in terms of lost packet ratio, latency and jitter using different encryption algorithms, no security and just the use of IP firewalls in Local and Wide Area Networks (LAN and WAN). The results of laboratory tests indicate that the impact on the overall performance of VoIP depends upon the bandwidth availability and encryption algorithm used. The implementation of any encryption algorithm in low bandwidth environments degrades the voice quality due to increased loss packets and packet latency, but as bandwidth increases encrypted VoIP calls provided better service compared to an unsecured environment.Les eines modernes de comunicació multimèdia han de tenir alta seguretat, alta disponibilitat i alta qualitat de servei (QoS). Cap tipus d¿implementació de seguretat tindrà un impacte directe en la qualitat de servei. En aquest article s¿investiga com la seguretat d'extrem a extrem impacta en la qualitat de servei de veu sobre el Protocol d'Internet (VoIP). La qualitat de servei es mesura en termes de pèrdua de proporció de paquets, latència i jitter utilitzant diferents algoritmes d¿encriptació, sense seguretat i només amb l'ús de tallafocs IP en local i en xarxes d'àrea àmplia (LAN i WAN). Els resultats de les proves de laboratori indiquen que l'impacte general sobre el rendiment de VoIP depèn de la disponibilitat d'ample de banda i l'algorisme de xifrat que s'utilitza. La implementació de qualsevol algorisme de xifrat en entorns de baix ample de banda degrada la veu a causa de l'augment de la pèrdua de paquets i latència dels paquets de qualitat, però quan l'ample de banda augmenta les trucades de VoIP xifrades proporcionen un millor servei en comparació amb un entorn sense seguretat.Las herramientas modernas de comunicación multimedia deben tener alta seguridad, alta disponibilidad y alta calidad de servicio (QoS). Ningún tipo de implementación de seguridad tendrá un impacto directo en la calidad de servicio. En este artículo se investiga como la seguridad de extremo a extremo impacta en la calidad de servicio de voz sobre el Protocolo de Internet (VoIP). La calidad de servicio se mide en términos de pérdida de proporción de paquetes, latencia y jitter utilizando diferentes algoritmos de encriptación, sin seguridad y sólo con el uso de cortafuegos IP en local y en redes de área amplia (LAN y WAN). Los resultados de las pruebas de laboratorio indican que el impacto general sobre el rendimiento de VoIP depende de la disponibilidad de ancho de banda y el algoritmo de cifrado que se utiliza. La implementación de cualquier algoritmo de cifrado en entornos de bajo ancho de banda degrada la voz debido al aumento de la pérdida de paquetes y latencia de los paquetes de calidad, pero cuando el ancho de banda aumenta las llamadas de VoIP cifradas proporcionan un mejor servicio en comparación con un entorno sin seguridad

Despliegue de red LPWAN en entorno industrial con movilidad

[ES] La tecnología que comenzó a conectar masivamente a las personas hace décadas se ha desarrollado para conectar dispositivos también. La red de conectividad global resultante se denomina el internet de las cosas. Tiene aplicaciones útiles en todos los sectores de la economía y está preparado para liderar la cuarta revolución industrial, que busca la eficiencia a través de la recopilación de datos. Para lograrlo se necesita un número cada vez mayor de dispositivos, que deben ser eficientes energéticamente para permitir que estas redes sean viables tanto económica como ambientalmente. Cubrir grandes espacios con la menor cantidad posible de recursos de hardware también ayuda a reducir los costes de despliegue, y aquí es exactamente donde entran en juego las redes LPWAN (Low-Power Wide-Area Network). El objetivo de este proyecto es crear una herramienta que permita el despliegue rápido y sencillo de una red LPWAN en un entorno industrial en un contexto de movilidad. El autor ha seleccionado la tecnología LPWAN que mejor se adapta al proyecto (LoRaWAN) y una solución basada en ella, ChirpStack. Se ha desarrollado una aplicación web funcional como candidata ideal para ser la herramienta que permita despliegues de movilidad LPWAN. El uso de la aplicación web desarrollada conlleva además una mayor eficiencia de costes, ya que ahorra al usuario múltiples pasos de configuración tediosos antes de activar un nuevo nodo. Esta herramienta también logra una mayor abstracción de la tecnología de comunicaciones que se está implementando, haciéndola accesible a un mercado aún mayor. Un análisis de los resultados obtenidos destaca el éxito en la consecución de dos objetivos secundarios, la reducción del tiempo de activación del dispositivo final y la abstracción de la tecnología adyacente, además de ser una herramienta de movilidad válida para el despliegue industrial de redes LPWAN.[EN] The technology that started massively connecting people decades ago has been developed to begin connecting devices as well. The resulting global connectivity network is called the Internet of Things. It has useful applications in every sector and is set to lead the fourth industrial revolution. Efficiency through data gathering is the goal of an ever-increasing number of devices. Energy efficiency is key to make this network scalable without skyrocketing electrical consumption. Covering big spaces with as few hardware resources as possible also helps at reducing costs. This is exactly where Low-Power Wide-Area Networks come into play. The aim of this project is to create a tool that allows the fast and easy deployment of a LPWAN network in an industrial environment in a mobility context. The author has selected the LPWAN technology that best fits the project (LoRaWAN) and a solution based on it, ChirpStack. A functional web application has been developed as an ideal candidate to be the tool that allows LPWAN mobility deployments. Further cost efficiency is unlocked by the developed web application, which saves the user multiple tedious configuration steps before activating a new end-device. This tool also achieves further abstraction from the technology that is being implementing, making it accessible to an even greater market. An analysis of the results obtained highlights the success in achieving both secondary goals, a reduction in end-device activation time and an abstraction of the telecommunications technology, apart from being a mobility tool for industrial deployment of LPWAN networks.Hernández Álvarez, R. (2022). Despliegue de red LPWAN en entorno industrial con movilidad. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/181897TFG

Aplicacions de LoRaWAN en xarxes IoT

L'actualitat i l'evolució constant d'internet, ha generat diferents tecnologies per dur a terme la connectivitat de diferents dispositius en escenaris diferents. D'aquesta manera, s'han creat les xarxes d'àrea àmplia de baixa potència (LPWAN) que permeten connexions sense fils de llarg abast amb transmissions baixes de dades i alta durabilitat de les bateries dels dispositius que la formen. Dins de les tecnologies LPWAN no cel·lulars, les líders en aquest àmbit són LoRaWAN, Sigfox i Weightless, competint pel desenvolupament IoT a nivell mundial. En aquest projecte s'elabora un anàlisis profund de la tecnologia LoRaWAN i les seves característiques, classes de dispositius, diferents paràmetres i casos d'ús, així com la comparativa amb altres tecnologies i el resum dels seus avantatges i inconvenients. Per finalitzar, es realitzen simulacions d'escenaris amb característiques diferents al programa de OMNeT ++ i fent servir el framework FLoRa modificant la quantitat de nodes, àrea, diversitat de serveis i altres aspectes per tal d'avaluar els requisits IoT desitjats.The current and constant evolution of the internet has generated different technologies to carry out the connectivity of different devices in different scenes. In this way, low-power wide area networks (LPWANs) have been created to allow long-range wireless connections with low data transmissions and high battery life of devices that are part of it. Within non-cellular LPWAN technologies, the leaders in this field are LoRaWAN, Sigfox and Weightless, competing for IoT global development. This project provides an in-depth analysis of LoRaWAN technology and its features, device classes, different parameters and use cases, as well as a comparison with other technologies and a summary of their advantages and disadvantages. Finally, scenario simulations with different features are performed in the OMNeT ++ program and using the FLoRa framework by modifying the number of nodes, the area, diversity of services and other aspects in order to evaluate the desired IoT requirements.La actualidad y la evolución constante de internet, ha generado diferentes tecnologías para llevar a cabo la conectividad de diferentes dispositivos en escenarios diferentes. De este modo, se han creado las redes de área amplia de baja potencia (LPWAN) que permiten conexiones inalámbricas de largo alcance con transmisiones bajas de datos y alta durabilidad de las baterías de los dispositivos que la forman. Dentro de las tecnologías LPWAN no celulares, las líderes en este ámbito son LoRaWAN, Sigfox y Weightless, compitiendo por el desarrollo yate a nivel mundial. En este proyecto se elabora un análisis profundo de la tecnología LoRaWAN y sus características, clases de dispositivos, distintos parámetros y casos de uso, así como la comparativa con otras tecnologías y el resumen de sus ventajas e inconvenientes. Para finalizar, se realizan simulaciones de escenarios con características diferentes al programa de OMNeT ++ y utilizando el framework flores modificando la cantidad de nodos, área, diversidad de servicios y otros aspectos para evaluar los requisitos yate deseados

VoIP: Making Secure Calls and Maintaining High Call Quality

Modern multimedia communication tools must have high security, high availability and high quality of service (QoS). Any security implementation will directly impact on QoS. This paper will investigate how end-to-end security impacts on QoS in Voice over Internet Protocol (VoIP). The QoS is measured in terms of lost packet ratio, latency and jitter using different encryption algorithms, no security and just the use of IP firewalls in Local and Wide Area Networks (LAN and WAN). The results of laboratory tests indicate that the impact on the overall performance of VoIP depends upon the bandwidth availability and encryption algorithm used. The implementation of any encryption algorithm in low bandwidth environments degrades the voice quality due to increased loss packets and packet latency, but as bandwidth increases encrypted VoIP calls provided better service compared to an unsecured environment.Les eines modernes de comunicació multimèdia han de tenir alta seguretat, alta disponibilitat i alta qualitat de servei (QoS). Cap tipus d¿implementació de seguretat tindrà un impacte directe en la qualitat de servei. En aquest article s¿investiga com la seguretat d'extrem a extrem impacta en la qualitat de servei de veu sobre el Protocol d'Internet (VoIP). La qualitat de servei es mesura en termes de pèrdua de proporció de paquets, latència i jitter utilitzant diferents algoritmes d¿encriptació, sense seguretat i només amb l'ús de tallafocs IP en local i en xarxes d'àrea àmplia (LAN i WAN). Els resultats de les proves de laboratori indiquen que l'impacte general sobre el rendiment de VoIP depèn de la disponibilitat d'ample de banda i l'algorisme de xifrat que s'utilitza. La implementació de qualsevol algorisme de xifrat en entorns de baix ample de banda degrada la veu a causa de l'augment de la pèrdua de paquets i latència dels paquets de qualitat, però quan l'ample de banda augmenta les trucades de VoIP xifrades proporcionen un millor servei en comparació amb un entorn sense seguretat.Las herramientas modernas de comunicación multimedia deben tener alta seguridad, alta disponibilidad y alta calidad de servicio (QoS). Ningún tipo de implementación de seguridad tendrá un impacto directo en la calidad de servicio. En este artículo se investiga como la seguridad de extremo a extremo impacta en la calidad de servicio de voz sobre el Protocolo de Internet (VoIP). La calidad de servicio se mide en términos de pérdida de proporción de paquetes, latencia y jitter utilizando diferentes algoritmos de encriptación, sin seguridad y sólo con el uso de cortafuegos IP en local y en redes de área amplia (LAN y WAN). Los resultados de las pruebas de laboratorio indican que el impacto general sobre el rendimiento de VoIP depende de la disponibilidad de ancho de banda y el algoritmo de cifrado que se utiliza. La implementación de cualquier algoritmo de cifrado en entornos de bajo ancho de banda degrada la voz debido al aumento de la pérdida de paquetes y latencia de los paquetes de calidad, pero cuando el ancho de banda aumenta las llamadas de VoIP cifradas proporcionan un mejor servicio en comparación con un entorno sin seguridad

Estudio en detalle de NB-IoT: comparación con otras tecnologías LPWAN considerando diferentes patrones de tráfico

Internet de las cosas (IoT) es una tendencia tecnológica en auge, y más en concreto para redes de área amplia y baja potencia (LPWAN). Estas redes se basan en tecnologías para un elevado número de dispositivos de coste, potencia y data rate bajos. Una descripción de este entorno genérico será el primer objetivo del trabajo, el cual se apoyará en toda su extensión en trabajos de terceros de entre la ingente documentación existente para encontrar los rasgos característicos y distintivos en cada apartado y poder generar un valor añadido en las comparaciones y conclusiones. NB-IoT, LoRa y Sigfox son las tecnologías líderes para redes LPWAN y de ellas se hará una descripción, haciendo especial hincapié en NB-IoT. Al establecer una comparativa se va a ir orientándose al tráfico que en ellas que se genera. La comparación entre el tráfico que se genera y el impacto en la eficiencia de la red en general será el segundo objetivo. El tercer objetivo será la descripción de los modelos de trafico y la caracterización que se hace de las fuentes de trafico. Estos dos aspectos van a condicionar el servicio ofrecido por una red en aspectos como: calidad de servicio, latencia, etc. Se propondrá una línea de trabajo sobre simulador de redes como puede ser NS3 para simular los distintos modelos de tráfico y verificar la red que sea.Internet of Things (IoT) is becoming an increasing technological trend, and especially in Low Power Area Netwoks development (LPWAN). These networks are based on technologies for provide services and aplications using a great number of low cost and power devices with a low throughtput requirements. The first aim of this text is a generic descripción of the technological environment based on studies from others between the huge amount of existing documentation that is increasing day by day. The final objetive is to find the diferent aspects that make different the considered ítem and to generate an added value with comprehensive conclusions. NB-IoT, Lora and Signfox are leader technologies in LPWAN. They will be described along the document, focusing specially in NB-IoT as the technology with the other ones have to be compared to. This comparation study will be oriented to the generated traffic in each of them, and the effect in the network performance. It will be the second aim. The thid aim is the description of traffic models and the caracterization of traffic sources. This two aspects wil conditionate the main service (perform) anceof a network in factors such as quality of service, latency, etc. In addtition a future work in a network simultarer will be proposed.Internet de les coses (IOT) és una tendència tecnològica en auge, i més en concret per a xarxes d'àrea àmplia i baixa potència (LPWAN). Aquestes xarxes es basen en tecnologies per a un elevat nombre de dispositius de cost, potència i data rate baixos. Una descripció d'aquest entorn genèric serà el primer objectiu del treball, el qual es donarà suport en tota la seva extensió en treballs de tercers d'entre la ingent documentació existent per trobar els trets característics i distintius en cada apartat i poder generar un valor afegit a les comparacions i conclusions. NB-IOT, Lora i Sigfox són les tecnologies líders per xarxes LPWAN i d'elles es farà una vista general, fent especial èmfasi en NB-Iot. En establir una comparativa es va a anar orientant-se al trànsit que en elles que es genera. La comparació entre el trànsit que es genera i l'impacte en l'eficiència de la xarxa en general serà el segon objectiu. El tercer objectiu serà la descripció dels models de trànsit i la caracterització que es fa de les fonts de trànsit. Aquests dos aspectes condicionaran el servei ofert per una xarxa en aspectes com: qualitat de servei, latència, etc. Es proposarà una línia de treball sobre simulador de xarxes com pot ser NS3 per simular els diferents models de trànsit i verificar la xarxa que sigui

Estudio en detalle de LoRaWAN. Comparación con otras tecnologías LPWAN considerando diferentes patrones de tráfico

Debido al crecimiento del Internet de las Cosas (IoT), ha sido necesaria la creación de nuevas tecnologías y dispositivos que posibiliten la conexión global de objetos. Estas nuevas redes son las redes de área amplia y baja potencia (LPWAN) que se han hecho muy populares, dentro de estas nuevas redes las tecnologías líderes son Sigfox, LoRaWAN, NB-IoT y LTE-M, que compiten por el despliegue de IoT a gran escala. Sin embargo, debido a que son tecnologías de reciente aparición, la información que se encuentra sobre su comportamiento en escenarios reales es limitada, surgiendo la necesidad del uso de simuladores para su caracterización. En el presente trabajo se realiza un estudio en profundidad sobre la tecnología LoRaWAN y la caracterización de las tecnologías Sigfox, NB-IoT y LTE-M para realizar una comparativa entre ellas según sus características y factores IoT, así como, evaluar ventajas, desventajas y casos de uso de cada una de ellas. Finalmente, se realizan simulaciones en OMNET++ de la tecnología LoRaWAN en diferentes escenarios, que supondrán una modificación en el número de nodos, número de gateways y área de cobertura. El objetivo de estas simulaciones es determinar qué características debe tener un escenario LoRaWAN para poder dar cobertura IoT fiable en diferentes escenarios. Con todo esto, se puede concluir que LoRaWAN se puede utilizar en aplicaciones que no tengan requisitos de latencia, como puede ser, domótica, Smart-cities, agricultura, etc... ofreciendo un bajo coste, un gran despliegue y una larga duración de las baterías.Due to the growth of the Internet of Things (IoT), it has been necessary to create new technologies and devices that enable the global connection of objects. These new networks are the wide area and low power networks (LPWAN) that have become very popular, within these new networks the leading technologies are Sigfox, LoRaWAN, NB-IoT and LTE-M, which compete for the deployment of IoT on a large scale However, because they are technologies of recent appearance, the information found about their behavior in real scenarios is limited, and the need for the use of simulators for their characterization arises. In this paper, study on LoRaWAN technology and the characterization of Sigfox, NB-IoT and LTE-M technologies is carried out to make a comparison between them according to their IoT characteristics and factors, as well as to evaluate advantages, disadvantages and use cases of each of them. Finally, OMNET ++ simulations of LoRaWAN technology are carried out in different scenarios, which will entail a modification in the number of nodes, number of gateways and coverage area. The objective of these simulations is to determine what characteristics a LoRaWAN scenario must have in order to provide reliable IoT coverage in different scenarios. With all this, it can be concluded that LoRaWAN can be used in applications that do not have latency requirements, such as home automation, Smart-cities, agriculture, etc ... offering low cost, great deployment and long battery life.A causa del creixement de la Internet de les Coses (IoT), ha estat necessària la creació de noves tecnologies i dispositius que possibilitin la connexió global d'objectes. Aquestes noves xarxes són les xarxes d'àrea àmplia i baixa potència (LPWAN) que s'han fet molt populars, dins d'aquestes noves xarxes les tecnologies líders són Sigfox, LoRaWAN, NB-IoT i LTE-M, que competeixen pel desplegament de IoT a gran escala. No obstant això, pel fet que són tecnologies de recent aparició, la informació que es troba sobre el seu comportament en escenaris reals és limitada, sorgint la necessitat de l'ús de simuladors per a la seva caracterització. En el present treball es realitza un estudi en profunditat sobre la tecnologia LoRaWAN i la caracterització de les tecnologies Sigfox, NB-IoT i LTE-M per a realitzar una comparativa entre elles segons les seves característiques i factors IoT, així com, avaluar avantatges, desavantatges i casos d'ús de cadascuna d'elles. Finalment, es realitzen simulacions en OMNET++ de la tecnologia LoRaWAN en diferents escenaris, que suposaran una modificació en el nombre de nodes, número de gateways i àrea de cobertura. L'objectiu d'aquestes simulacions és determinar quines característiques ha de tenir un escenari LoRaWAN per a poder donar cobertura IoT fiable en diferents escenaris. Amb tot això, es pot concloure que LoRaWAN es pot utilitzar en aplicacions que no tinguin requisits de latència, com pot ser, domòtica, Smart-cities, agricultura, etc... oferint un baix cost, un gran desplegament i una llarga durada de les bateries

Internet of things area coverage analyzer (ITHACA) for complex topographical scenarios

The number of connected devices is increasing worldwide. Not only in contexts like the Smart City, but also in rural areas, to provide advanced features like smart farming or smart logistics. Thus, wireless network technologies to efficiently allocate Internet of Things (IoT) and Machine to Machine (M2M) communications are necessary. Traditional cellular networks like Global System for Mobile communications (GSM) are widely used worldwide for IoT environments. Nevertheless, Low Power Wide Area Networks (LP-WAN) are becoming widespread as infrastructure for present and future IoT and M2M applications. Based also on a subscription service, the LP-WAN technology SIGFOXTM may compete with cellular networks in the M2M and IoT communications market, for instance in those projects where deploying the whole communications infrastructure is too complex or expensive. For decision makers to decide the most suitable technology for each specific application, signal coverage is within the key features. Unfortunately, besides simulated coverage maps, decision-makers do not have real coverage maps for SIGFOXTM, as they can be found for cellular networks. Thereby, we propose Internet of THings Area Coverage Analyzer (ITHACA), a signal analyzer prototype to provide automated signal coverage maps and analytics for LP-WAN. Experiments performed in the Gran Canaria Island, Spain (with both urban and complex topographic rural environments), returned a real SIGFOXTM service availability above 97% and above 11% more coverage with respect to the company-provided simulated maps. We expect that ITHACA may help decision makers to deploy the most suitable technologies for future IoT and M2M projects.La cantidad de dispositivos conectados está aumentando en todo el mundo. No solo en contextos como Smart City, sino también en áreas rurales, para proporcionar funciones avanzadas como la agricultura inteligente o la logística inteligente. Por lo tanto, son necesarias las tecnologías de redes inalámbricas para asignar de manera eficiente las comunicaciones de Internet de las cosas (IoT) y de máquina a máquina (M2M). Las redes celulares tradicionales como el Sistema Global para comunicaciones móviles (GSM) son ampliamente utilizadas en todo el mundo para entornos IoT. Sin embargo, las redes de área amplia de baja potencia (LP-WAN) se están generalizando como infraestructura para aplicaciones actuales y futuras de IoT y M2M. Basado también en un servicio de suscripción, la tecnología LP-WAN SIGFOXTM puede competir con redes celulares en el mercado de comunicaciones M2M e IoT, por ejemplo en aquellos proyectos en los que la implementación de toda la infraestructura de comunicaciones es demasiado compleja o costosa. Para que los responsables de la toma de decisiones decidan la tecnología más adecuada para cada aplicación específica, la cobertura de la señal se encuentra dentro de las características clave. Desafortunadamente, además de los mapas de cobertura simulada, los tomadores de decisiones no tienen mapas de cobertura real para SIGFOXTM, ya que se pueden encontrar para redes celulares. De este modo, proponemos Internet de THings Area Coverage Analyzer (ITHACA), un prototipo de analizador de señal para proporcionar mapas y análisis automáticos de cobertura de señal para LP-WAN. Los experimentos realizados en la isla de Gran Canaria, España (con entornos rurales topográficos tanto urbanos como complejos), arrojaron una disponibilidad real del servicio SIGFOXTM superior al 97% y más del 11% más de cobertura con respecto a los mapas simulados proporcionados por la empresa. Esperamos que ITHACA ayude a los responsables de la toma de decisiones a implementar las tecnologías más adecuadas para proyectos futuros de IoT y M2M.La quantitat de dispositius connectats està augmentant a tot el món. No solament en contextos com Smart City, sinó també en àrees rurals, per proporcionar funcions avançades com l'agricultura intel·ligent o la logística intel·ligent. Per tant, són necessàries les tecnologies de xarxes sense fils per assignar de manera eficient les comunicacions d'Internet de les coses (IoT) i de màquina a màquina (M2M). Les xarxes cel·lulars tradicionals com el Sistema Global per a comunicacions mòbils (GSM) són àmpliament utilitzades a tot el món per a entorns IoT. No obstant això, les xarxes d'àrea àmplia de baixa potència (LP-WAN) s'estan generalitzant com a infraestructura per a aplicacions actuals i futures de IoT i M2M. Basat també en un servei de subscripció, la tecnologia LP-WAN SIGFOXTM pot competir amb xarxes cel·lulars al mercat de comunicacions M2M i IoT, per exemple en aquells projectes en els quals la implementació de tota la infraestructura de comunicacions és massa complexa o costosa. Perquè els responsables de la presa de decisions decideixin la tecnologia més adequada per a cada aplicació específica, la cobertura del senyal es troba dins de les característiques clau. Desafortunadament, a més dels mapes de cobertura simulada, els prenedors de decisions no tenen mapes de cobertura real per SIGFOXTM, ja que es poden trobar per a xarxes cel·lulars. D'aquesta manera, proposem Internet de THings Area Coverage Analyzer (ITHACA), un prototip d'analitzador de senyal per proporcionar mapes i anàlisis automàtiques de cobertura de senyal per LP-WAN. Els experiments realitzats a la illa de Gran Canària, Espanya (amb entorns rurals topogràfics tant urbans com a complexos), van llançar una disponibilitat real del servei SIGFOXTM superior al 97% i més del 11% més de cobertura pel que fa als mapes simulats proporcionats per l'empresa. Esperem que ITHACA ajudi als responsables de la presa de decisions a implementar les tecnologies més adequades per a projectes futurs de IoT i M2M