Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes
Ingeniería en Telemática
Programa de la asignatura:
Redes convergentes
Unidad 1. Servicios convergentes
Clave:
210941039
Universidad Abierta y a Distancia de México
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología
Ingeniería en Telemática
Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Índice Unidad 1. Servicios convergentes .......................................................................................................... 1 Presentación de la unidad .................................................................................................................. 1 Propósitos .......................................................................................................................................... 3 Competencia específica ..................................................................................................................... 3 Actividad 1. Servicios ......................................................................................................................... 4 1.1. Voz .............................................................................................................................................. 4 1.1.1. Telefonía analógica............................................................................................................... 2 1.1.2. Telefonía digital .................................................................................................................. 14 1.1.3. VoIP y voz sobre IP ............................................................................................................ 30 1.1.4. Estándares de transmisión de voz ...................................................................................... 38 Actividad 2. Servicios de voz ............................................................................................................ 41 1.2. Vídeo ......................................................................................................................................... 42 1.2.1. Vídeo bajo demanda ........................................................................................................... 48 1.2.2. Transmisión de vídeo en vivo.............................................................................................. 49 1.2.3. IPTV.................................................................................................................................... 51 1.2.4. Vídeo-conferencia ............................................................................................................... 53 1.2.5. Estándares de transmisión de vídeo ................................................................................... 54 Actividad 3. Servicios de video ......................................................................................................... 56 1.3. Datos......................................................................................................................................... 57 1.3.1. Servidores de información .................................................................................................. 57 1.3.2. Mensajería .......................................................................................................................... 58 1.3.3. Transmisión y compartición de archivos ............................................................................. 59 1.3.4. Integración de los servicios ................................................................................................. 60 Actividad 4. Servicios de datos......................................................................................................... 65 Autoevaluación................................................................................................................................. 65 Evidencia de aprendizaje. Integración de servicios .......................................................................... 66 Autorreflexión ................................................................................................................................... 66 Cierre de la unidad ........................................................................................................................... 66 Para saber más ................................................................................................................................ 67 Fuentes de consulta ......................................................................................................................... 67
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Presentación de la unidad Derivado de la necesidad de comunicarse de manera personal por diferentes formas y medios, aunado a la tecnología que cada vez es más alcanzable para los usuarios debido a su bajo costo; se ha incitado al vertiginoso desarrollado de las telecomunicaciones. La mejora incesante para establecer canales más veloces y de gran capacidad por medio de sistemas alámbricos e inalámbricos y digitales, ha permitido desarrollar tecnología, no solo para procesos típicos de voz, vídeo y datos (una llamada telefónica sobre IP, videoconferencias, transferencia de archivos), sino para obtener un elevado número de aplicaciones que permitan apreciar a las redes en una orientación hacia los servicios en tiempo real y casi desde cualquier lugar del mundo, donde exista una antena repetidora de señales. El avance de las tecnologías modernas se ha llevado a cabo en múltiples lugares, desarrollándose a la par o en consecuencia de las existentes, por ello el diseño de nuevas maneras de realizar la comunicación ha llegado a influenciar en la creación de estándares en la industria que son necesarios para homogenizar los medios informáticos. Con base en lo anterior, durante tu avance en el estudio de la unidad examinarás los servicios de voz, vídeo y datos, analizando su convergencia en las redes modernas que ya conoces, también explorando su uso y aplicación que dependerá de los casos que se irán planteando, con la finalidad de que puedas ampliar los conocimientos adquiridos y profundizar en nuevos. En cada tema revisarás estándares y protocolos que son empleados para la transmisión de los servicios de acuerdo con su clasificación y uso.
Esquema de convergencia. Retomado de: http://www.oas.org/en/citel/infocitel/2009/octubre/convergencia_e.asp
El objetivo principal es que puedas identificar, analizar y ubicar cómo los servicios de voz, vídeo y datos son utilizados de acuerdo a la demanda individual y cómo es que estos servicios se integran en lo social. Asimismo, con base en la categorización, revisarás los estándares de transmisión que
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes permitan mejorar la comunicación de acuerdo a casos específicos. Al finalizar la unidad revisarás casos cuando los servicios son integrados para converger en una misma red, analizando el rendimiento sobre la red, de tal manera que así podrás proponer mejoras de acuerdo a lo que habrás estudiado en conjunto con tu ejercicio profesional. Es así, que una de las grandes necesidades de la interacción entre usuarios y prestadores de servicios es la disponibilidad e integración de dichos servicios, por lo anterior, la importancia de contar y estudiar el uso de protocolos confiables para la convergencia. En la actualidad las nuevas tendencias tecnológicas se desarrollan con base en una tendencia progresiva, a su vez regulados por una economía digital que permite ofrecer productos o servicios (triple play) con una mayor eficiencia y calidad. Por lo tanto, uno de los grandes retos en cuanto a la convergencia es su regulación local e internacional, así como la adecuada intervención de los organismos participantes, ante la globalización y el diario acontecer.
Esquema de convergencia. Retomado de: http://victorgiral.blogspot.mx/p/convergencia-la-tecnologia-comenzo.html
Para el desarrollo de las actividades durante el estudio de esta asignatura será necesario contar con software de simulación y analizador de redes, que serán recomendados oportunamente por tu Facilitador(a).
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Propósitos En esta unidad de la asignatura:
Clasificar y categorizar los servicios en relación al uso y demanda, ubicando cómo es que estos servicios funciona dentro del entorno social. Utilizar estándares de transmisión de acuerdo a los casos que se estudien, proponiendo mejoras con base a la categorización de los servicios. Integrar servicios en la red con el objetivo de revisar su rendimiento sobre la red.
Competencia específica
Integrar servicios informáticos para determinar el rendimiento en la red mediante la aplicación de estándares de transmisión.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Actividad 1. Servicios
¡Bienvenido(a) a la primer actividad de Redes convergentes! La base de esta actividad consiste en el trabajo colaborativo resultado de una investigación individual. Además de que también te servirá de introducción e investigación orientada hacia la identificación sobre cuáles son los servicios disponibles en un entorno determinado. De tal forma que puedas tener un escenario para ubicar y diferenciar la demanda que tiene cada uno, aunados a la relación de acuerdo con su uso. Para llevar a cabo lo anterior, realiza lo que a continuación se te pide. 1. Investiga la categorización en cada uno de los servicios de voz, vídeo y datos, para ello puedes ayudarte de documentos, artículos, páginas electrónicas, etc. 2. Una vez que tengas la información, analízala para completar el cuadro que te hará llegar tu Facilitador(a). 3. Ingresa al foro de la actividad y comparte las respuestas a las preguntas que plantea tu Facilitador(a) en torno a cada uno de los aspectos que investigaste. 4. Comenta las participaciones de tres de tus compañeros. Empieza de la más antigua con la finalidad de que todos tengan al menos un comentario. *Es importante aclarar que tu Facilitador(a) te indicará el medio por el cual se llevará a cabo la entrega de la tabla, ya que no la debes de insertar en este foro. Tu Facilitar(a) determinará con base a tus aportaciones, la más significativa y con base en esta se aplicará tu calificación. *Revisar la rúbrica de para esta actividad.
1.1. Voz La necesidad principal del ser humano para transmitir todo aquello que le es posible, ha llevado al desarrollo de complejas formas de comunicarse y con ello ha revolucionado los instrumentos con que se realiza.
Voz, revolución con instrumentos
Uno de estos desarrollos es la comunicación por medio de ondas mecánicas, que es posible interpretarlas a través del sistema auditivo. Más tarde con el descubrimiento de las ondas electromagnéticas, hizo posible el transporte a grandes distancias de la voz.
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La comunicación por medio de la voz ha sido posible gracias a numerosos descubrimientos que en su conjunto, permiten facilitar la comunicación indistintamente del lugar y tiempo donde se encuentre el interlocutor. El principio básico del transporte de la voz en medios eléctricos, se realiza mediante la transformación que relaciona la fuerza con que una onda mecánica audible es intersectada por un transductor de entrada (micrófono) y con ello conseguir variaciones electromagnéticas (Voltaje o corriente principalmente) que puedan ser procesadas, transportadas y/o almacenadas en dispositivos electrónicos, para su reproducción por medio de transductores de salida (parlantes, bocinas o audífonos), ya sea en tiempo real o no. En el siguiente diagrama a bloques se visualizan las partes más importantes con que se lleva a cabo el proceso de transmisión.
Captura Transductor (convierte una onda mecánica en una eléct rica)
Procesamiento Ganancia Filtrado
Transmisión/ Recepción Aire Fibra óptica Cable
Reproducción Transductor (convierte una onda eléctrica en una mecánica )
Proceso de transmisión de voz
En el primer bloque del esquema anterior, tenemos la captura, realizada por un transductor de entrada transformando la onda mecánica en una señal eléctrica, ya sea de voltaje o corriente. Este transductor de entrada también llamado micrófono, puede ser encontrado como activo o pasivo o bien puede clasificarse por el patrón de recepción (como son: cardioide, supercardioide, hipercardioide, omnidireccional o bidireccional). También se clasifican de acuerdo con la transducción mecánicaeléctrica, los cuales son: Electrostático Magnetoestrictivo Dinámico Magnético Piezoeléctrico De carbón Para conocer más acerca de los micrófonos, cómo es que se clasifican, cómo están compuestos y en general para que revises el funcionamiento de éstos, puedes consultar la sección 1.5 del libro Electrónica de telecomunicaciones de Häberle & Romano (1980). Donde se describen los detalles de los tipos de transductores de entrada desde la parte eléctrica, así como la parte acústica.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes El segundo bloque muestra el procesamiento, el cual puede ser la ganancia de la señal en la que por fines de conveniencia, esta ganancia puede ser para atenuar la amplitud de la señal o bien aumentarla; o bien puede utilizarse de forma independiente o en conjunto, un filtro, que permitirá en muchos casos, que la señal se limite a un ancho de banda determinado y poder eliminar gran parte de señales tales como ruido o interferencia. El tercer bloque muestra la transmisión/recepción, la cual puede llevarse a cabo utilizando los principales medios como son el aire, fibra óptica o una guía de onda. También puede ser almacenada en cintas magnéticas o dispositivos digitales. El último bloque corresponde a la reproducción de la voz, la cual es transformada de una señal eléctrica a una señal mecánica. Los transductores de salida, al igual que los micrófonos, tienen una gran variedad dependiendo del uso, desde un simple parlante hasta bocinas. En este sentido, durante el desarrollo de la unidad se tratarán dos esquemas importantes en los que es posible realizar la transmisión de las señales de voz: analógica y digital (concretamente voz IP).
1.1.1. Telefonía analógica En 1876 Alexander Graham Bell hizo la invención del teléfono siendo de iniciativa privada y que pronto se convirtió en pública, surgiendo como necesidad de interconectar a diversos usuarios que demandaban establecer una comunicación vocal. Al pasar a ser un servicio público, cualquiera podía tener acceso a los servicios telefónicos y a la multitud de aplicaciones telemáticas o de otro tipo. El uso masivo y el desarrollo de técnicas de transmisión, de conmutación y en las mismas terminales telefónicas, hacen que esta red sea la más importante no solo para la comunicación vocal, sino además para la transmisión de texto, imagen y datos. Sin embargo las redes de conmutación de circuitos se relacionan directamente con las telefónicas al ser su principal aplicación. Alexander Graham Bell. Tomada de: http://barngertiocia.blog.com/2014/02/01/alexander-graham-bell-picture/
En la imagen siguiente se muestra el sistema simplificado de lo que era un sistema telefónico. Ambos aparatos telefónicos se conectan por medio de un par de hilos (regularmente de cobre) trenzados y energizados por una batería ubicada en la Oficina central. Por otra parte, cada aparato tiene un micrófono de carbón creando una resistencia variable conforme el transductor capta las ondas sonoras. El auricular es del tipo electroimán con un diafragma paramagnético colocado dentro del campo magnético.
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Sistema telefónico. Tomada de Couch (2008).
Este tipo de esquema presenta como principales ventajas el ser muy económico, la energía que se utiliza solo depende de la Oficina central por medio de la línea telefónica, por lo que no requiere una batería en la ubicación del usuario y porque la comunicación se lleva de forma que ambos usuarios pueden hablar y escuchar al mismo tiempo; también conocida como comunicación full-duplex. Como desventaja del sistema se tiene que no puede ocupar amplificadores, ya que la señal del amplificador solo va en un solo sentido, por lo que no aplica para conexiones distantes. Otro diagrama más avanzado se muestra en la siguiente imagen, donde la Oficina central de conmutación se encuentra conectada a los dos usuarios mediante una conexión cableada entre los dos lazos locales propios.
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Sistema telefónico analógico local. Tomada de Couch (2008)
Este sistema analógico de lazo local, proporciona un servicio telefónico simple. El hilo con voltaje positivo de la Oficina central se conoce como terminal de punta, el hilo de voltaje negativo se conoce como terminal de anillo. Las terminales punta y anillo vienen de la era en donde se ocupaba un panel de conmutación de enchufe en la Oficina central. Este enchufe es parecido al de un auricular en estéreo que posee contactos de punta, de anillo y de manguito, donde este último se conectaba a la terminal a tierra. Con este principio, el teléfono toma una gran importancia rápidamente y con ello se comienzan a incrementar los sistemas telefónicos para cubrir las necesidades que la sociedad demanda. Por ello, es importante que conozcas cómo está constituido ese sistema, que desde entonces se conoce como redes de conmutación de circuitos. Más tarde, el crecimiento tecnológico de los sistemas de cómputo, lleva al desarrollo de redes de conmutación de paquetes, que es el tipo de redes que ya se han estudiado en asignaturas anteriores.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Red de conmutación de circuitos Las redes de telecomunicaciones pueden funcionar gracias a la conmutación de paquetes y de circuitos. Debe entenderse que conmutación de circuito se refiere a la técnica que permite que tanto la terminal del emisor como la del receptor, se comuniquen por medio de un circuito específico y único, establecido para tal propósito antes del inicio y liberándolo una vez que se finaliza, quedando a disponibilidad de otros usuarios. En la siguiente imagen se observa la topología de un área local de comunicación conocida como área de acceso y transporte local en un sistema telefónico conmutado característico (LATA, por sus siglas en ingles Local Acces and Transport Area). Cada abonado (usuario o cliente) se conecta mediante una línea separada (llamada lazo local), a una Oficina central, donde se lleva a cabo la comunicación. La Oficina central representa un intercambio (exchange), es decir, en un número telefónico de n números, las líneas conectadas a una misma Oficina central comienzan con los mismos dígitos.
Área de acceso y transporte local. Tomada de Blake (2004)
Los abonados conectados a la misma central se comunican entre sí por medio del conmutador de la Oficina central, misma que conecta cualquier línea con otra. Las Oficinas centrales se conectan entre sí mediante líneas troncales, de tal manera que un abonado tiene la capacidad de contactar a otro abanado dentro de un área de comunicación local. No existen suficientes líneas troncales que permitan a todos los abonados usar el sistema a la vez, por lo que puede haber posibilidad de sobrecarga. Al haber sobrecarga es imposible que el abonado pueda efectuar una llamada, a esta situación se le conoce como bloqueo de llamada. Cuando se disponen de líneas troncales entre dos Oficinas centrales, es posible establecer una conexión por medio de una central tándem, la cual conecta las Oficinas centrales sin tener conexión directa con los terminales.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes En la siguiente imagen se presenta una jerarquía de centrales interurbanas que son utilizadas para poder realizar conexión a larga distancia, por ejemplo, entre países. La Oficina central Local, también conocida como Oficina Terminal, se encuentra en la parte inferior de la jerarquía.
Red jerárquica conmutada. Tomada de Blake (2004).
Las llamadas podrían completarse en varios niveles de la jerarquía por lo que una llamada entre un país y otro, tendría que desplazarse tanto como cinco niveles hacia arriba y hacia abajo en la jerarquía pasando por muchos conmutadores. Los conmutadores modernos controlados por computadoras son mejores teniendo redes de centrales de conmutación de larga distancia, cada red conectada a otras. Así una red plana, facilita al sistema encontrar una ruta directa desde una zona del país a otra, sin necesidad de más conmutadores intermedios. El equipo de conmutación y las líneas troncales modernas son digitales, con multiplexión por división de tiempo que es utilizado para combinar muchas señales en una sola línea. La tecnología de fibra óptica es cada vez más usada en líneas troncales, sin embargo, otros medios comunes son los enlaces terrestres de microondas, satélites geoestacionarios y cable coaxial. Sin embargo, las distancias cortas entre centrales se cubren mediante un cable multipar que consta de varios pares entrelazados en una cubierta protectora. La complejidad de la red telefónica exige un protocolo para que el usuario, el cual posee un número que lo identifica dentro de la red, pueda realizar el enlace para comunicarse con otro usuario, es por ello que a continuación se revisa un proceso general que sigue vigente para realizar una llamada. Proceso de llamada El principio fundamental para el procedimiento de una llamada se muestra en la siguiente imagen, donde se efectúa una petición de llamada de un “Número A” a otro “Número B”.
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Proceso para inicio y fin de una llamada. Tomada de Huidobro (2006).
En esta imagen se logra ver que el proceso de marcación se lleva a cabo mediante un protocolo de intercambio de información que proporciona al usuario el progreso de la llamada. Cuando un usuario descuelga el terminal, en ese momento hay una señal hacia la Oficina central y ésta a su vez responde con un tono que invita a marcar. Cuando el usuario recibe el tono de marcación, ingresa el número al cual desea comunicarse mediante un sistema de marcación y es recibido por la Oficina central para analizar y resolver la ubicación y ruta donde se encuentra el usuario, así mismo resolverá si el usuario se encuentra disponible. Cuando el sistema termina el análisis, informa al usuario que se ha realizado la conexión mediante un tono de llamada al usuario que desea establecer la comunicación y un timbre de llamada al usuario deseado. Cuando uno de los dos terminales finaliza la llamada, la Oficina central libera la conexión por parte del usuario que colgó y notifica al otro usuario, invitándole a finalizar la llamada para liberar la conexión. Claramente se ve en la imagen anterior, que desde que el usuario descuelga el auricular, existe una señalización mediante la combinación de tonos puestos en diferentes tiempos. La combinación de tonos se muestra en la siguiente tabla. Secuencia
Frecuencia (Hz)
Tono de invitación de llamada Tono de
425
1s
5
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1s
.
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425
7
Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes llamada Tono de ocupado
0.25 s 0.25 s 0.25 s 0.25 s 0.25 s 0.25 s 0.25 s 0.25 s 0.25 s 0.25 s
Tono de congestión
0.25 s
Tono de intruso
0.075 s
Tono de información especial
0.75 s
0.25 s
0.75 s
1.5 s
______ ______ ______
0.075 s
______ ______ ______ 1s
0.25 s
______ ______ ______ 1s
1s
425
0.75 s
425
1.5 s
425
______ ______ ______ _
1800 1400 950
Tabla de tonos durante el proceso de establecimiento de la comunicación entre usuarios
El tono de invitación es continuo para indicar al usuario que la central está lista para recibir el número. El tono de llamada es un tren de tonos de un segundo de duración por espacios de silencio de 5 segundos, indicando que la terminal ha establecido la conexión y se encuentra llamando al número de otro usuario. El tono de ocupado indica al usuario distante, se encuentra utilizando su línea telefónica por lo que no es posible establecer conexión. Para el caso del tono de congestión, informa que la central se está utilizando en su totalidad o que se encuentra bloqueada por averías. Tono de intruso es usado para conocer que un tercero está conectado (por ejemplo, el operador). También funciona para indicar que hay una llamada entrante. El tono de información especial indica que el usuario ha solicitado un servicio de intercepción del operador. Un punto importante es cómo se lleva a cabo la información del número del usuario al cual se quiere comunicar, tal como ya se mencionó, existen métodos de marcado y estos se revisarán en la siguiente sección. Marcación Una manera que se hacia la marcación, era por medio de un disco giratorio, aunque es ya obsoleta, la forma en que funcionaba era por medio de interrupciones del circuito de lazo local a una tasa de 10 Hz, en donde la cantidad de interrupciones es igual al número marcado, a esta técnica se le conoce como marcación por pulsos.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Otra manera de realizar la marcación es por medio de una técnica llamada marcación por tono o multifrecuencia de dos tonos (DTFM por sus siglas en inglés Dual-Tone Multi-Frequency), la cual transmite una combinación de dos tonos por cada número. En la siguiente tabla se muestra la correspondencia de tono con cada número, incluyendo el asterisco (*) y la tecla numérica (#), la cual está normado por el Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico (CCIT, por sus siglas en francés Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique), actualmente conocido como UIT (Unión Internación de Telecomunicaciones).
Frecuencia baja
Frecuencia alta 1209 1336 1477 1633
697
1
2
3
A
770
4
5
6
B
852
7
8
9
C
941
*
0
#
D
Tabla de frecuencias normalizadas por la CCITT. Obtenida de Huidobro (2006).
Los antecedentes de la telefonía analógica no solo están disponibles vía terrestre, aunque es ésta la pionera y desde sus inicios hasta la fecha sigue y probablemente seguirá siendo una forma de comunicación fundamental. Como antecede a lo que actualmente se conoce sobre los servicios que se ofrecen en terminales móviles, se remonta a los descubrimientos de Guillermo Marconi al enviar señales a larga distancia por medio del aire como medio de transmisión. En la siguiente sección se abordará el tema de la telefonía inalámbrica, cuyo enfoque se basa en la telefonía celular de primera generación. Telefonía analógica inalámbrica Los sistemas de radio móvil eran utilizados para comunicación marítima o militar en la primera década del siglo XX, pero no es sino hasta 1946 cuando se instala el primer sistema telefónico móvil. Estos sistemas se caracterizaban por ser solo de envío o recepción, ya que por medio de un botón, el mensaje de voz podía enviarse a otro; a este tipo de sistema se le llamó tocar para hablar (comúnmente conocido como PTT, por las siglas en inglés Push To Talk). En la tabla que se presenta a continuación se observa la relación de bandas disponibles para el uso de los servicios móviles. Banda de Frecuencia Frecuencia en MHz. VHF baja VHF alta
30
-
47
68
-
74.8
75.2
-
87.5
146
-
149.9
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Banda III Banda UHF baja Banda UHF alta Banda de 1 a 2GHz.
150.05
-
156.76
156.83
-
174
223
-
235
273
-
322
335.4
-
399.9
406.1
-
430
440
-
470
862
-
960
1.429
-
1.525
1.670
-
1.990
1.700
-
2.655
Tabla de Banda de frecuencias utilizadas para servicios móviles. Tomada de Huidobro (2006).
Si quieres conocer más sobre los servicios y las frecuencias que ocupa cada servicio móvil, puedes consultar la página de la COFETEL, donde se expone el Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencia de México: http://www.cft.gob.mx/en/Cofetel_2008/Cofe_cuadro_nacional_de_atribucon_de_frecu encias_d En la página encontrarás información de la atribución de bandas de frecuencias tanto nacional como internacional. Para ingresar al mapa, solo da clic sobre la liga con el nombre: Imágenes del CNAF 20XX.
En la década de los años 80, se impulsó el Sistema Avanzado de Telefonía Móvil (AMPS por sus siglas en inglés) usado hasta la actualidad, el cual consiste en regiones divididas en celdas con un diámetro entre 10 a 20 km, de ahí el nombre de celular. Cada celda tiene una frecuencia que no es utilizada por las celdas vecinas, sin embargo se reutilizan de acuerdo con un patrón que se visualiza en la siguiente imagen.
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Distribución de las frecuencias entre celdas. Tomada de Tanenbaum (2003).
En la imagen se observa un conjunto de letras que representa a cada una de las frecuencias. En esta imagen se logra ver que entre cada grupo de frecuencias, se interponen alrededor de dos celdas de ancho, de tal manera que entre ellas no se interfieran. Al centro de cada celda se ubica la estación base, la cual transmite a todos los teléfonos dentro de la celda. Esta estación base consiste en una computadora y un transmisor/receptor conectado a una antena. En un sistema pequeño, todas las estaciones base se conectan a un mismo dispositivo llamada Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil (MTSO) o Centro de Conmutación Móvil (MSC). Estas Oficinas de Conmutación de Telefonía Móvil son esencialmente Oficinas centrales como en el sistema telefónico y además están conectadas a una Oficina central por lo menos. En este tipo de sistemas, emplea 832 canales dúplex, de los cuales hay 832 canales de transmisión de 824 a 849 MHz y 832 canales de recepción de 869 a 894 MHz. Cada canal tiene un ancho de banda de 30 KHz empleando Multiplexación por División de Frecuencia (por sus siglas en ingles FDM). Estos 832 canales se dividen en cuatro categorías: Control, Localización, Acceso y Datos. Cuando un teléfono se enciende, examina una lista de 21 canales de control para encontrar la señal más potente. Una vez que encuentra el canal adecuado, el teléfono difunde un número de serie de 32 bits y el número telefónico en 34 bits (3 dígitos en 10 bits correspondientes al código de área y 7 dígitos en 24 bits correspondientes al número de suscriptor, mismos que se encuentran programados dentro de una PROM. Toda la información de control es enviada de manera digital aunque los canales de voz son totalmente analógicos. La estación base al recibir el anuncio, informa a la Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil, la cual registra la presencia del cliente y también se informa de su ubicación. Durante el funcionamiento del teléfono en un modo de operación normal, hace el registro cada 15 minutos.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes El proceso para realizar una llamada, se lleva a cabo cuando el usuario móvil enciende el teléfono, teclea el número al que desea llamar y oprime el botón de enviar. El teléfono envía tanto el número al que desea llamar, como su identidad por el canal de acceso. La estación al recibir la petición informa a la Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil y esta se encargará de buscar un canal desocupado; al encontrar el número de canal, en enviado al teléfono por el canal de control. Por último el teléfono se conecta de forma automática con el canal de voz y espera hasta que la llamada sea atendida, de no ser así envía una auto respuesta para grabación de voz de forma digital conocido como servicio de buzón de voz que además del mensaje almacena de forma automática fecha, hora y numero de procedencia de la llamada. Para el caso del proceso de llamada entrante es diferente, en este caso los teléfonos desocupados escuchan continuamente el canal de aviso para detectar cualquier mensaje que se dirija a estos. Cuando se hace la llamada ya sea desde un teléfono fijo o móvil, se envía un paquete a la Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil local del destinatario para conocer su ubicación. Posteriormente se envía un paquete a la estación base de la celda actual donde se encuentra el destinatario (antenas repetidoras de la señal que emiten una solicitud de interconexión celular como en la imagen mostrada anteriormente). Hasta el momento, es suficiente con los conocimientos de telefonía analógica como parte del marco histórico, pero no es el objetivo de esta asignatura abundar en dicho tema, ya que este tipo de redes están siendo sustituidas por tecnología digital que se abordará en otros temas dentro de esta unidad, donde se ofrecen más aplicaciones multimedia tal como la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN). Sin embargo es importante ya que como verás al final de la unidad, la integración de servicios puede darse con cualquier tecnología que se dispone, aunque la calidad de los servicios se ve afectada por el desarrollo de infraestructura y la diversidad de tecnologías bajo diversos estándares. Aun cuando se ha dicho que esta tecnología se ha estado supliendo por los nuevos avances de la telefonía digital, muchos de estos sistemas perduran gracias a que su condición primitiva, permiten su empleo como sistemas de emergencia (S.O.S) para el caso de desastres. Antes de concluir el subtema, cabe mencionar que existen conceptos que son necesarios para contemplar la disponibilidad de la red o bien revisar casos en lo que el servicio pueda contar con una gran disponibilidad, dado un número de usuarios al que se le brinda el servicio. Este concepto se conoce como la medición de tráfico, mismo que se menciona a continuación. Medición de tráfico De acuerdo con el diseño de una central telefónica, se tendrá un número límite de llamadas que puedan realizarse de manera simultánea. Para ello es necesario definir el tráfico que se presenta en la red de acuerdo con la ocupación por unidad de tiempo. Una unidad para medir el tráfico, toma en cuenta los cientos de segundos de la llamada, la cual se denomina CCS (del inglés Centum Call Seconds, donde Centum representa el número romano 100).
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Otra unidad muy ocupa para medir el tráfico son los Erlangs, que equivale al tiempo de una llamada por el número de llamadas simultaneas por minuto. (
)
Donde t es el tiempo medio de duración de la llamada en minutos y n es el número de llamadas cursadas. En la siguiente imagen se muestra un ejemplo del tráfico en donde se observan tres grupos de enlace que se comunican en distintos tiempos y la duración de las llamadas se representa en minutos.
Ejemplo de ocupación. Tomada de Huidobro (2006)
En la imagen se observan varias llamadas en el tiempo sobre un grupo de 3 enlaces y las ocupaciones simultáneas. El tiempo promedio es de 3 minutos y el número de llamadas en total es de 7, entonces de acuerdo con la expresión se tiene (3*7)/60 = 21/60 = 0.35 Earls.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes 1.1.2. Telefonía digital Uno de los inconvenientes de las señales analógicas es que se ve afectada por los ruidos introducidos por el entorno y por los propios sistemas empleados para su transmisión. Los ruidos e interferencias son de naturaleza analógica, igual que la señal, con lo que en la recepción no es sencillo distinguir que parte de la señal recibida se corresponde con la original y qué otra parte con el ruido. En cambio las señales digitales tienes una gran ventaja de ser muy resistentes al ruido, ya que en la recepción se pueden identificar muy bien cada uno de los símbolos y separarlos del ruido. Por otro lado, los primeros circuitos telefónicos transmitían la señal eléctrica tal cual, con lo que utilizaba un par de hilos para cada circuito. Conforme la red fue aumentando, surge la necesidad de ahorrar costos, observando que no es necesaria la transmisión de todo el margen de frecuencias para que el sonido sea inteligible en su destino. Se ha comprobado que se consigue el 100% de inteligibilidad (aún que es subjetivo ya que varía la percepción en cada persona) retransmitiendo solo las frecuencias menores a 5000 Hz. En la telefonía se ha admitido una cierta pérdida de inteligibilidad, reduciendo el margen de frecuencias que son transmitidas a las comprendidas entre 300 y 3400 Hz. Tipo Frecuencia fundamental Soprano (mujer) 260 a 1.040 Mezzosoprano (mujer) 220 a 880 Contralto (mujer) 200 a 780 Tenor (hombre) 130 a 520 Barítono (hombre) 100 a 390 Bajo (hombre) 80 a 330 Ejemplos de frecuencia fundamental de la voz. Tomada de Carballar (2007)
Como ya se mencionó, la telefonía juega un papel muy importante en el desarrollo tecnológico para la comunicación en sociedad. Con el crecimiento de los circuitos integrados y la aplicación de los circuitos lógicos, se ponen en marcha muchas técnicas para transmitir señales de voz. La flexibilidad que ofrecen los circuitos integrados, hace que el costo sea más barato, la producción mayor y con esto poder llevar este servicio a más usuarios. Sin embargo, todo este desarrollo no solo hace posible llevar servicios de voz, sino que además comienzan a brindar servicios digitales tales como es el correo de voz, identificador de llamadas, entre otros. Las señales analógicas que antes eran transmitidas de manera directa, tendrán un procesamiento para ser convertidas en digitales. Estas señales involucradas en la conversión analógica a digital son conocidas como señales en banda base. En algunos casos la codificación que se realiza, también es en banda base tal como se verá a continuación.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Modulación por pulsos Una de las principales técnicas para la codificación de voz, es la de modulación por amplitud de pulsos (PAM, del inglés Pulse Amplitude Modulation) la cual describe una conversión de una señal analógica a una señal del tipo de pulso en la cual la amplitud del pulso representa la información analógica. El propósito de la señalización por PAM es suministrar otra forma de onda que se asemeja a los pulsos y sin embargo contiene la información presente en la forma de onda analógica. Debido a que se utilizan pulsos se espera que el ancho de banda de la forma de onda una PAM sea más ancho que el de la forma de onda analógica. Nos obstante, los pulsos son más prácticos de usar en los sistemas digitales. La velocidad de pulso, fs, para la PAM es la misma que la requerida por el teorema de muestro, es decir: , Donde, B es la frecuencia más alta de la forma de onda analógica (recordar que es una señal en banda base) y 2B se conoce como la velocidad de Nyquist. Existen dos tipos de señales PAM: muestreo natural y la otra es muestreo instantáneo. En la siguiente imagen se muestra una señal de esta modulación, en la cual se observa que la señal analógica es modulada con un tren de pulsos.
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Señal PAM. Tomada de Couch (2008)
Si ( ) es una forma de onda analógica limitada por banda a B hertz, la expresión utilizada para representar una señal PAM es la siguiente: ( )
( ) ( )
De donde, ( )
∑
(
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)
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La cual es una onda rectangular y Como se comentó, otra forma de onda analógica puede también convertir a una señal por pulsos planos. Sea ( ) una forma de onda analógica limitada en banda a B Hertz, entonces la señal PAM por muestreo instantáneo está dada por: ( )
∑
(
)
Donde ( ) denota la forma del pulso de muestreo y para muestre plano, la forma del pulso es: ( )
Donde
( )
{
| |
⁄
| |
⁄
⁄ y
La modulación por pulsos no es del todo una señal digital, pero tiene una aplicación principal en la conversión de señales analógicas a digitales. Existen otras técnicas de modulación por pulsos como lo es la modulación por posición de pulso (PPM) y modulación por ancho de pulso (PWM). Estas modulaciones son utilizadas también en comunicaciones, sin embargo no juegan un papel importante en tecnologías telefónicas. La misma necesidad de enviar información por medio de sistemas digitales en un solo canal, surgen una técnica para convertir una señal analógica en una señal totalmente digital. Los sistemas PAM son de gran importancia en este paso para la conversión, que posteriormente cada una de las muestras será codificada en un conjunto de símbolos digitales y transmitida uno a uno. Esta técnica se conoce como Modulación por Código de Pulsos, y es presentada en la siguiente sección. Modulación por Código de Pulsos La modulación por código de pulsos es en esencia, una conversión analógica a digital, en donde la información contenida en las muestras instantáneas de una señal analógica está representada mediante palabras digitales en un flujo serial de bits. Cada palabra digital representa un valor de amplitud finita que se aproxima al valor real de la muestra instantánea de acuerdo con el número de niveles en relación al número de bits que se utilicen; a esto se lo conoce como cuantificación. Para representar estos niveles se tiene:
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Donde n es el número de bits que se utilizan por cada palabra digital. La señal PCM se genera al realizar tres operaciones que son: muestreo, cuantificación y codificación. La operación de muestreo la realizar por medio de una señal PAM plana. Como ya se mencionó, la operación de cuantificación en otras palabras, es llevar el valor de la amplitud a términos discretos finitos. El valor real de la muestra y el de la cuantificación, tendrán una diferencia la cual se conoce como ruido de cuantificación. Para evitar el ruido de cuantificación, una solución es tener el mayor número de niveles que sea posible. En el codificador por conteo, al mismo tiempo en que se toma una muestra, se inicializa un generador de rampa y un contador binario. La salida del generador de rampa es comparada continuamente con la muestra hasta que ambos valores son iguales, entonces el valor en binario es leída del contador. Esto se realiza por cada una de las muestras a codificar, por lo que tanto el contador como el generador de rampa son puestos a cero. En la siguiente imagen se muestra el proceso de un modulador de código de pulsos.
Forma de onda de un PCM. Tomada de Couch (2008)
En la figura se muestra una señal para generar un PCM. En el caso del cuantificador, se observa que es de 8 niveles que corresponden a 3 bits de acuerdo con la expresión . Para este caso, el error de cuantificación, se tiene un valor máximo al paso de cuantificación que es igual a .
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Para el caso de transmisión de voz, al tener un espectro limitado y poseer una distribución la cual se concentra en valores cercanos a la media (regularmente cercano a cero), existen cuantificadores no lineales. Estos cuantificadores no lineales se conocen como ley µ y ley A (más comúnmente conocidas en inglés como µ-Law y A-Law respectivamente).
Características de compresor no lineal. Tomada de Couch (2008)
En la imagen anterior se observa la respuesta de un cuantificador no lineal, la cual es utilizada en América y Japón. La expresión para este tipo de cuantificador es la siguiente: |
( )|
(
| (
( )|) )
Donde los valores máximos de ( ) son de , es una constante positiva. Cuando es igual cero, el cuantificador es del tipo lineal. En norte América y Japón las compañías telefónicas utilizan valores de . Por otra parte, en la misma imagen se muestra la característica de un cuantificador no lineal con LeyA, cuya expresión en la siguiente: | |
( )| {
( )| ( ) ( | ( )|) ( )
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|
( )| |
( )|
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Al igual que en la ley anterior, A representa una constante positiva. Un valor típico de este cuantificador, es de 87.6. Los sistemas PCM empleados para voz son codificados en palabras de 8 bits y de acuerdo con el ancho de banda que ocupa la voz tomando un rango de 300 a 3500 Hz, son muestreados a una tasa de 8000 Hz, en relación a la razón de Nyquist-Shannon. En este sentido, la tasa de transmisión de un sistema PCM es el equivalente al número de bits empleados por la frecuencia de transmisión, por lo que al emplear los valores que se mencionan, un sistema típico tiene una tasa de transmisión de 64000 bits por segundos, comúnmente expresado como 64 kbit/s. A partir del PCM, surgen variantes que tienen como finalidad, reducir la tasa de transmisión con que se envía la información, sin que se alteren las cualidades de la señal original. Hasta entonces lo que se requiere es codificar la señal de acuerdo con la forma de onda y en la parte del receptor, representar las características de esta onda. Una de estas variantes es un PCM diferencial que por sus siglas en ingles se representa como DPCM. La cualidad de este codificador, se basa en que el PCM a diferencia, codifica todo tipo de amplitud de la señal de audio mientras que el DPCM solo codificara cuando exista una diferencia de amplitud, por lo que es posible que una señal pueda ser codificada con un menor número de bits. Al enviar palabras más pequeñas, este tipo de codificación puede llegar a tener tasas de transferencia entre los 32 kbit/s y 24 kbit/s que es más bajo en comparación a los 64 kbit/s que requiere los sistemas PCM. Otra opción para digitalizar la voz se realiza mediante codificadores de voz, el cual se encarga de codificar la voz mediante la extracción de las características para establecer valores parámetros en generadores de funciones y filtros que sinteticen el sonido de la voz. Estas formas de onda no son próximas a las características de la onda de entrada con lo que puedan tener un sonido artificial. Sin embargo dependerá de la percepción del escucha para que pueda entender claramente al orador. Algunas de las técnicas empleadas para codificar la voz son los predictores lineales, codificación de sub-banda adaptable y cuantificación vectorial. La codificación de su-banda adaptable, atribuye bits de acuerdo al espectro del habla y las propiedades del escucha. Con la cuantificación vectorial, se codifican bloques enteros de muestras a la vez, en lugar de muestra por muestra. Algunos codificadores son por ejemplos, la predicción lineal excitada por codificación (CELP por sus siglas en inglés) y predicción lineal excitada por suma vectorial (VSELP por sus siglas en inglés) cuyo uso se encuentra frecuentemente en teléfonos celulares digitales. Hasta el momento no es necesario revisar más sobre la codificación ya que en el último subtema, se hablaran de los estándares de codificación de voz para su transmisión en medios digitales.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Multiplexión por división de tiempo Su definición parte del entrelazado en el tiempo de muestras de varias fuentes, de tal manera que la información de dichas fuentes, pueda transmitirse de forma serial sobre un solo canal de comunicación. En la siguiente imagen se muestra el concepto de un TDM (Time-Division Multiplexing) aplicado a tres fuentes analógicas sobre las cuales se realiza una multiplexión a través de un sistema PCM. En este se presenta para mayor conveniencia, el muestreo natural junto a la forma de onda TDM PAM. Para este caso, el ancho del pulso de la señal TDM PAM es de de
⁄( ⁄
⁄
y el ancho del pulso TDM PCM es
), donde n es el número de bits empleados para cada palabra del PCM. Para tal caso denota la frecuencia de rotación para el conmutador y
satisface la velocidad de Nyquist
para la fuente analógica con el mayor ancho de banda. En algunas aplicaciones en donde el ancho de banda de las fuentes es notablemente diferente, las de un ancho de banda mayor pueden conectarse a varias posiciones del conmutador en el muestreador de tal forma que se puedan muestrear con mayor frecuencia que las de ancho de banda pequeño.
Sistema TDM de tres calanes. Tomada de Couch (2008)
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Para que este sistema funcione adecuadamente, es necesario un sistema de sincronización de trama para que los datos multiplexados se ordenen y se dirijan al canal que corresponde de transmisión/recepción. Esta sincronización de trama puede encontrarse en el circuito receptor enviando una señal de sincronización por otro canal o bien derivando de la misma señal TDM. Esto de acuerdo con el tipo de transmisión el cual puede ser síncrona o asíncrona. Para el caso del servicio telefónico, uno sistema TDM de primer nivel (T1) convierte 24 señales telefónicas analógicas en un flujo de datos DS-1 (1.544 Mbit/s) se emplea dos líneas una para la recepción y otra para la transmisión. Este tipo de sistemas fue desarrollado por los laboratorios Bell para la comunicación digital con un alcance corto de hasta 50 millas de largo. En la siguiente imagen, se ilustra la trama del sistema T1 donde se observan los tiempos de cada uno de los datos durante la trama. Partiendo de que la velocidad de muestreo utilizada en cada una de las 24 señales analógicas es de 8 KHz, esto representa una longitud de la trama de ⁄
.
Cada palabra se representa con 8 bits, por lo que al tener las 24 señales, representa 8x24 =192 bits de datos más un bit de sincronización de trama, con lo que se representa 193 bits por trama. Por lo tanto la velocidad de los datos para una T1 es de 193x8000 = 1 544 000 bit/s = 1.544 Mbit/s, por lo que el periodo de cada bit es de 0.6477 .
Formato T1 TDM para una trama. Tomada de Couch (2008)
Hasta el momento, las técnicas de transmisión de datos, utilizan un gran ancho de banda por ser en banda base, con lo que la transmisión de dato se ve limitada. Sin embargo, existen modulaciones que permiten enviar datos a una mayor potencia y mayor velocidad, con lo que incrementa considerablemente la velocidad con que se transmita la información. Una técnica muy utilizada para telefonía digital, lo es la Multiplexión por división por Frecuencia Ortogonal (OFDM por sus siglas en inglés), utilizando un gran número de portadoras moduladas, con suficiente espacio entre sus frecuencias de tal forma que sus portadoras sean ortogonales.
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Transmisor OFDM. Tomada de Couch (2008).
En este esquema se muestra que los datos de entrada se encuentran en serie, esto dado que puede tener origen desde una codificación en banda base y posteriormente se agrupan para procesarlos. Una vez que se procesan, entran al circuito RF la cual agrega la portadora y se modula la señal. Retomando la parte de la telefonía fija, en la siguiente imagen se muestra el sistema telefónico el cual ya cuenta con codificadores digitales que permiten la conmutación de paquetes y ya no de circuitos como se veía en la telefonía analógica. En esta imagen se observa que con la finalidad de hacer llegar a más usuarios y economizar el costo se colocan terminales. Es decir, para hacer llegar a cada usuario a la Oficina central (CO por sus siglas en inglés) se colocan Terminales Remotas (RT por sus siglas en inglés) permitiendo que los dispositivos telefónicos se encuentren a cualquier distancia de la Oficina central. El Servicio Telefónico (POST por sus siglas en inglés) suministra el voltaje de batería y la corriente de timbre al teléfono del suscriptor. El circuito de dos hilos que porta la señales de voz hacia el suscriptor y desde el mismo, se convierte a un circuito de cuatro hilos que porta dos señales unidireccionales de transmisión y recepción mediante un circuito híbrido, que es un circuito de transformador balanceado que proporciona un aislante para las señales de transmisión y recepción.
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Tarjeta de líneas de Servicio Telefónico Ordinario en una Terminal Remota. Tomada de Couch (2008).
La señal de voz de transmisión se convierte a una señal PCM, en la cual se hace una multiplexión por división de tiempo con las señales PCM de los otros suscriptores conectados a la Terminal Remota. La señal del TDM se envía sobre un enlace a la Oficina central. De manera similar se hace una demultiplexión de la señal TDM recibida de la Oficina central y se decodifica para obtener el audio de la señal de voz recibido para el suscriptor. Las compañías telefónicas remplazaron sus conmutadores analógicos a la Oficina central con conmutación digital ocupando Sistemas de Conmutación Electrónica (EES por sus siglas en inglés). Con este sistema, una computadora controla la operación de conmutación con dirección del software llamado Control de Programa Almacenado. En una Oficina central digitalmente conmutada, la señal de voz del cliente se convierte a PCM y se hace una multiplexión por división de tiempo con otras señales PCM a una línea digital de alta velocidad. La Oficina central digital conmuta una llamada colocando los datos PCM del llamador a una ranura de tiempo de TDM que se ha asignado para el usuario destino. A esto se le conoce como intercambio de ranura de tiempo (TSI por sus siglas en inglés) El conmutador digital es menos costoso con base en cada cliente que el conmutador analógico y este permite prestar otros servicios con la conmutación de datos y video digital. En el caso de la compañía AT&T una Terminal Remota llamada SLC-96, se digitalizan 96 líneas de suscriptor de voz y se hace una multiplexión de ellas en cuatro líneas TDM-T1, conservando una línea
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes adicional, en caso de que alguna de las otras falle. Por otra parte, hace uso de conmutadores digitales con el nombre ESS núm. 5. Parte de la telefonía digital también se ve aplicada en telefonía móvil. Como ya vimos en el subtema anterior, la primera generación de teléfonos móviles, los canales de voz son totalmente analógicos. Sin embargo con la influencia de los desarrollos tecnológicos capaces de reducir el tamaño de los circuitos e implementar las técnicas de codificación y modulación, la segunda generación de la telefonía móvil conserva su origen, pero los canales de voz cambian para permitir, no solo transmisión de voz sino darle paso a más servicios como lo son datos, generando esto el requerimiento de calidad en el servicio debido a la demanda de servicios simultáneos de voz, audio y preparando el camino para el video. En la siguiente sección habla de este desarrollo de la segunda generación de telefonía móvil misma que se ve a continuación. Telefonía digital móvil En la segunda generación de telefonía móvil al igual que en la primera generación, no hubo estandarización global, por lo que en varias regiones a nivel mundial realizaron sistemas distintos. Existen cuatro sistemas básicos de esta segunda generación de telefonía móvil la cual es en su totalidad digital, estos son: D-AMPS GSM CDMA PDC D-AMPS Para el caso del Sistema Avanzado de Telefonía Móvil Digital (D-AMPS por sus siglas en inglés) fue diseñado para poder coexistir con AMPS, a fin de que tanto los teléfonos móviles de primera generación como los de segunda, pudieran funcionar de manera simultánea en la misma celda. El D-AMPS utiliza los mismos canales de 30 KHz que AMPS y a la misma frecuencia a fin de que un canal pueda ser analógico y los adyacentes digitales. De acuerdo con la mezcla de teléfonos en las celdas, la Oficina central de Telefonía Móvil de la celda, determina cuáles canales son analógicos y cuáles digitales, pudiendo cambiar tipos de canales de manera dinámica conforme cambie la mezcla de canales en la celda. A la llegada de D-AMPS, se introduce una nueva banda de frecuencia cuyo canal ascendente estaba en el rango de 1850-1910 MHz y los canales descendentes correspondientes, en un rango de 19301990 MHz. En los teléfonos móviles D-AMPS la señal de voz capturada por el micrófono se digitaliza, realizando una compresión basa en las propiedades de sistemas de voz para obtener el ancho de banda de la codificación PCM estándar de 56 a 8 kbit/s. Esta compresión se lleva a cabo por medio de un circuito
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes llamado vocoder y que la realiza en el teléfono en lugar de la estación base o la Oficina central, a fin de reducir el número de bits que se envían a través del medio (aire). La telefonía móvil tiene una gran ganancia al realizar la digitalización y compresión desde el teléfono, ya que en D-AMPS tres usuarios pueden compartir un solo par de frecuencias que utiliza la multiplexión por división de tiempo. Cada par de frecuencia maneja 25 tramas por segundo de 40 ms cada uno, además de que cada trama se divide en seis ranuras de tiempo de 6.67 ms cada una. En la siguiente imagen se muestra la trama para 3 y 6 usuarios. En la imagen (a) es posible observar que cuando el usuario 1 transmite, el usuario 3 recibe. Cada ranura tiene un tamaño de 324 bits, de los cuales 64 son utilizados para la protección, sincronización y control; 101 bits se utilizan para la corrección de errores; por último 159 bits son utilizados para la voz comprimida. Con 50 ranuras por segundo, el ancho de banda disponible para la voz comprimida está por debajo de los 8 kbit/s, que es 87.5% menos ancho de banda en comparación con PCM.
(a) canal D-AMPS con 3 usuarios, (b) canal D-AMPS con 6 usuarios. Tomada de Tanenbaum (2006)
El manejo de la transferencia de celdas es diferente en D-AMPS comparado con AMPS, ya que en la Oficina central de Telefonía Móvil, maneja por completo sin asistencia del dispositivo móvil. GSM Por otra parte, para el caso del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM por sus silgas en inglés), es un estándar que es utilizado por muchos a nivel mundial, e incluso en Estados Unidos, cuyo sistema empleado es el D-AMPS. En general, es similar al D-AMPS ya que en ambos se utiliza la multiplexión por división de frecuencia, en el que cada dispositivo móvil transmite en una frecuencia y recibe en una frecuencia mayor, 80 MHz arriba para D-AMPS y 55 MHz más arriba para GSM. Otra diferencia notable es que en GSM los canales son mucho más anchos con 200 KHz en comparación
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes con los 30 KHz que utiliza D-AMPS y almacenan pocos usuarios, por lo que GSM da una tasa de datos mucha más grande por usuario que como lo hace D-AMPS. Un Sistema GSM posee 124 pares de canales simplex. Cada uno de ellos tiene una longitud de 200 KHz y maneja ocho conexiones por separado, mediante la multiplexión por división de tiempo. Teóricamente en cada celda se pueden manejar hasta 922 canales, aunque muchos de ellos no están disponibles para evitar conflictos de frecuencia con las celdas adyacentes. En la siguiente imagen se muestra la distribución de canales y sus correspondientes frecuencias de transmisión tanto ascendente como descendente. En esta imagen se observa ocho ranuras de tiempo que se encuentran sombreadas, mismas que pertenecen a la misma conexión pero para cada dirección hay solo cuatro. La transmisión y recepción no sucede en la misma ranura de tiempo porque los radios GSM no pueden realizar las dos operaciones al mismo tiempo.
Canales en GSM. Tomada de Tanenbaum (2006)
Ahora en la siguiente imagen, se muestra la jerarquía de las ranura TDM, en la que se observa que una ranura TDM consiste en tramas de datos de 148 bits que ocupan el canal por 557 µs. Cada trama contiene dos campos de información de 57 bits, cada uno de los cuales tiene un bit de control que indica si el siguiente campo de información es para voz o datos. En esos campos de información existen campos de sincronización para el límite de la trama con 26 bits.
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Estructura de entramado GSM. Tomada de Tanenbaum (2006).
La tasa bruta de cada canal es de 270,833 bit/s, dividida entre ocho usuarios con lo que da un total de 33.854 kbit/s, más del doble de los 16.2 kbit/s de un D-AMPS. Sin embargo al igual que AMPS, la información adicional consume una fracción grande del ancho de banda, con lo que deja 24.7 kbit/s de carga útil por usuario. Para la voz, deja 13 kbit/s lo que da una buena calidad de sonido en comparación con D-AMPS. CDMA Por último, el sistema de Acceso Múltiple por División de Código (CDMA por sus siglas en inglés) fue propuesto por la compañía Qualcomm y cuya solución no solo es aceptable, sino que ahora se ve como la mejor solución técnica existente y como la base para los sistemas móviles de la tercera generación. Es ampliamente utilizado en Estados Unidos por empresas tales como Sprint PCS utilizando CDMA, mientras que AT&T Wireless utiliza D-AMPS. En CDMA cada tiempo de bit se subdivide en m intervalos cortos llamados chips. Por lo general hay 64 o 128 chips por bit. A cada estación se le asigna un código único de m bits llamado secuencia de chip. Para el envío de un bit 1, una estación envía su secuencia de chips y para transmitir un 0, envía el complemento de 1 de su secuencia de chips.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Así si suponemos que m=8, y asumiendo que a una estación se le asigna le secuencia de chips 00100110, cuando se envía un bit 1, enviará dicha secuencia y un bit 0 el envío es de 11011001. El incremento de la cantidad de información que se va a enviar de b bit/s a mb chips por segundo, solo puede realizarse si el ancho de banda disponible se incrementa por un factor de m, lo que hace de CDMA una forma de comunicación de espectro disperso. Si tenemos una banda de 1 MHz disponible para 100 estaciones, con FDM cada una tendría 10 KHz y podría enviarse a 10 kbit/s. Con CDMA, cada estación utiliza completamente el Mega Hertzio, por lo que la tasa de chips es de 1 Mega chip por segundo. Con menos de 100 chips por bit, el ancho de banda efectivo por estación es mayor para CDMA que FDM, con lo que se resuelve la asignación de canal. En la siguiente tabla, se muestra los principales sistemas de telefonía móvil.
GSM
Año de introducción Estación base de célula Bandas de transmisión (MHz) Estación móvil Bandas de transmisión (MHz) Potencia Máxima (watts) Número de canales dúplex Ancho de banda del canal (KHz) Método de acceso al canal Usuarios por canal Modulación Tipo Velocidad de datos (kbit/s) Filtro Codificación de voz Tasa de trasferencia Banda Bases
Nombre del sistema y dónde se utiliza IS-136, NADC IS-95 iDEN
Europa, Asia 1990
Norteamérica 1991
Norteamérica, Norteamérica Asia 1993 1994
935-960
869-894
869-894
851-866
890-915
824-849
824-849
806-821
20 125 200 TDMA 8
3 832 30 TDMA 3
0.2 20 1250 CDMA 35
3 600 25 TDMA 3
GMSK 270.833 0.3R gaussiano RPE-LTP 13 kbit/s
π/4 DQPSK 48.6 r=0.35 de coseno alzado VSELP 8 kbit/s
QPSK 9.6
16QAM 64 r=0.2 de coseno alzado VSELP 8 kbit/s
QCELP 8 kbit/s
Principales sistemas de telefonía móvil .Tomada de Couch (2008).
Con estas tecnologías y el desarrollo de otras para incluir más servicios que son principalmente la entrega de datos, nacen las redes móviles de tercera generación y cuarta generación, donde se integra el servicio telefónico, mensajería, mensajería multimedia y transmisión de datos. A diferencia
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes de la primera y segunda generación, estas tecnologías están cada vez más orientadas para proveer servicios digitales con mucha mayor capacidad, velocidad, disponibilidad y bajo costo. Una vez que las redes móviles cobran fuerza por brindar mayor tasa de transferencia, que se traduce en mayor velocidad de transmisión de datos, la telefonía digital toma un nuevo esquema, el cual se trata de enviar voz, por redes IP. A este esquema se lo conoce como Voz sobre IP o bien Voz IP, todo de acuerdo al origen de la señal de audio a transmitir. En el siguiente subtema, se describe lo que es la telefonía IP y con ello, posteriormente se retoma la parte más importante, que es la estandarización de los codificadores y decodificadores de audio, mismos que se verán en la sección posterior.
1.1.3. VoIP y voz sobre IP Con el crecimiento de las redes de computadoras, los avances computaciones a nivel de hardware donde es posible realizar mayor número de procesos en un menor tiempo y el desarrollo de algoritmos embebidos, se explora la posibilidad de poder hacer la transmisión de señales multimedia. A partir de los conocimientos de la telefonía y la digitalización de señales audibles, uno de los retos fue conjuntar dos grandes redes, por una parte la red telefónica y por otra las redes de computador. Nuevamente la ventaja que presenta las redes de computadoras y las técnicas de conversión de señales analógicas a digital, hacen posible lo que hoy se conoce como voz sobre IP (VoIP del inglés Voice Over Internet Protocol). El concepto de VoIP surge partiendo de equipos analógicos que desean ser interconectados por medio de redes de computadoras, mientras que voz IP se realiza mediante dispositivos que realizan la conversión de la señal analógica y la gestión a la red. Sus orígenes, parten del intento por hacer comunicación entre ordenadores, y una de las primeras empresas en hacerlo, fue Vocaltel, lanzando al mercado en 1995 el primer producto comercial de VoIP: Internet Phone. La función de este desarrollo, se realiza exclusivamente entre usuarios de PC que contaran con la instalación de este software y que tuviera una tarjeta de audio (altavoces y micrófono). Más tarde la empresa Net2Phone, ofrece la comunicación telefónica entre usuarios de PC y teléfonos tradicionales.
Empresa Net2phone que hasta la fecha provee servicios de VoIP para negocios.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Pero es hasta 1996 que la empresa Telecom, fue la primera operadora de telefonía tradicional que comercializó la VoIP. Por otra parte, en 1997 la empresa Deutsche Telekom sacó un servicio al que llamó T-NetCall, que permitiría realizar llamadas telefónicas de teléfono a teléfono utilizando Internet. En un sentido evolutivo, en 1998 Cisco, así como Lucent, desarrollaron dispositivos especialmente pensados para manejar la voz. También construyeron los primeros gateways que permitirían hacer llamadas de PC a teléfono y viceversa. De igual manera, en Estados Unidos, aparecieron algunas compañías que permitían a sus usuarios realizar llamadas gratuitas de larga distancia a cambio de escuchar breves anuncios publicitarios, al comienzo y finalización de la llamada. Por su parte, la empresa Microsoft, en 1996, lanzó su conocido software Netmeeting, el cual permitía establecer comunicación de voz entre usuarios de PC. Para el año 2001, este software evolucionó hacía el conocido Messenger. En 2001, Vonage comenzó a ofrecer servicios de VoIP para empresas. Desde entonces los servicios de VoIP han ido creciendo en el entorno empresarial. Muchas empresas han incorporado VoIP en sus centros de atención al cliente, debido a la reducción de costos directos en las llamadas telefónicas, realizando un ByPass entre la telefonía convencional (PSTN, Phone Standard Network), la telefonía móvil y la Voz sobre IP; permitiendo interconexiones a nivel mundial a precios muy bajos. Para el 2003 se marcó una etapa importante, cuando sacaron al mercado la primera versión del software Skype. Este programa permite realizar llamadas telefónicas gratuitas entre PC y bajo un costo, de PC a teléfonos fijos. Sin embargo los desarrollos no terminan aquí, ya que salen al mercado, software para realizar su propia central telefónica, muchos de estos sistemas trabajan con código fuente libre.
Skype™, simboliza una etapa importante en la comunicación en redes IP.
A diferencia de las redes telefónicas, formada por operadores interconectados donde cada uno de ellos controla su red de forma absoluta; Internet está formada por proveedores de red interconectados sobre los que otros proveedores ofrecen servicios (ISP, Internet Service Provider). Esto hace que el trabajo de regulación sea más complicado. Una particularidad que se puede dar con la VoIP es que una misma comunicación de voz se vea sometida a distintas codificaciones en cascada. El resultado es que la calidad será peor que la del peor de los tramos.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes La diferencia entre la telefonía IP y la convencional, radica en que mientras una llamada telefónica normal, la central telefónica establece una conexión permanente entre ambos interlocutores, conexión que se utiliza para llevar las señales de voz. En una llamada telefónica por IP, los paquetes de datos que contienen la señal de voz digitalizada y comprimida, se envían a través de la red IP a la dirección IP del destino. Cada paquete puede utilizar un camino distinto para llegar, comparten un medio en una red de datos y cuando llegan a su destino, son ordenados y convertidos de nuevo a señales de voz. Las llamadas telefónicas convencionales requieren una enorme red de centrales telefónicas conectadas entre sí, que unen los teléfonos con las centrales telefónicas. Las inversiones necesarias para crear y mantener esa infraestructura se tiene que pagar cuando se realizan llamadas, especialmente llamadas de larga distancia. Por si fuera poco, cuando se establece una llamada se tiene un circuito dedicado con un exceso de capacidad que realmente no se está utilizando al 100%. Por otra parte en una llamada telefónica IP, se está comprimiendo la señal de voz y es utilizada una red de paquetes sólo cuando es necesario. Los paquetes de datos de diferentes llamadas, e incluso de diferentes tipos de datos, pueden viajar por la misma línea al mismo tiempo permitiendo la convergencia de las redes y la utilización en diversos servicios de forma simultánea sin costo adicional. Un punto muy importante de la telefonía IP, es que el acceso a Internet cada vez es más barato, ya que muchos Proveedores de Servicio de Internet (ISP) ofrecen este servicios a un bajo costo o totalmente gratuito, pagando solo llamadas locales. Lo anterior derivado de diversas discusiones de la llamada “última milla” que los proveedores de telefonía alegan es de su posesión, situación que ha llevado a diversos países a alegatos legales que aun dejan mucho que esperar acerca del uso de las redes y los sistemas de telecomunicaciones, como el caso de México. También se empiezan a extender las tarifas planas, conexiones por cable ADSL, etc. Con lo que el ahorro para los usuarios es por más, evidente.
Representación de una red de circuito y de paquetes. Tomada de Huidobro (2006).
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes En la imagen anterior, se representa la ocupación de una red de circuitos, el cual utiliza un ancho de banda para su comunicación a los usuarios. Por otro lado, en dicha imagen se muestra la ocupación de una red de conmutación de paquetes, en la que el ancho de banda es compartida por los usuarios que utilizan la red en un determinado momento. Para ingresar a los servicios de VoIP, se puede realizar mediante terminales físicos o mediante aplicaciones llamadas Softphones. Un Softphone es un programa con el que se puede hacer llamadas telefónicas. Previamente hay que estar subscrito a una cuenta con algún proveedor de VoIP como GMX, Frenet, Sipgate, Sipsnip, MiTelefonoVirtual, Purtel, Diamond, etc. Algunos ejemplos de estos Softphones son: Ekiga, Kphone, Linphone, Wendophone, Skype, Amsn, Zoiper, etc. La mayoría de proveedores VoIP utilizan el protocolo SIP, aunque también existen los protocolos como IAX2 y SCCP. SIP (Protocolo de Inicio de Sesión) es un protocolo que administra las llamadas de los usuarios, ya que indica al proveedor de VoIP tanto la dirección IP como el puerto por el que el llamante quiere conectarse. Utiliza el puerto 5060 tcp. El transporte de la información se controla mediante RTP (Realtime Transport Protocol). STUN (Simpe Traversal Of UDP over NATs) es un protocolo que permite comunicaciones entre dispositivos e Internet sin necesidad de modificar las reglas del cortafuegos. Para ello se instala en la red local un servidor STUN que es el encargado de establecer la comunicación con el exterior, son los cortafuegos que impidan el tráfico de datos. Utiliza puertos 61000 a 61099. Skype no presenta problemas de instalación ni al ser utilizado tras un router o cortafuegos, ya que usa los puertos 80 y 443, que son reservados para http y SSL respectivamente. La comunicación es cifrada con una clave AES de 256 bits. Kphone es muy fácil de configurar ya que sólo es necesario ingresar información en campos de usuario, SIP URL, Host Part of SIP URL, el Outbound Proxy si se tiene un cortafuego, y el valor q-value para la calidad de la conexión. Utiliza los puertos 5004, 5060 y 10000 UDP. Linphone se configura introduciendo el nombre de usuario, contraseña, dominio, identificador SIP y dirección del servidor de Internet. Utiliza los puertos 7078 y 5060 UDP. Asterisk (100% basada en Linux, software libre) se puede utilizar como una central telefónica ya que en el caso de tener el hardware adecuado como Digium o Sangoma (con interfaces analógicas o bien para RDSI), puede actuar como una pasarela entre la red telefónica básica y los equipos de la red local que utilizan VoIP. También es posible implementar casi cualquier cosa como: buzón de voz, desvió de llamada, centro de llamadas de atención al cliente, sistemas automáticos de respuesta interactiva, etc. El proceso de la telefonía IP puede llevarse a cabo utilizando distintos tipos de equipos:
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Teléfono tradicional con adaptador IP (ATA). Partiendo del equipo tradicional de telefonía analógica, el adaptador convierte esa señal a información IP, por lo que tiene dos conexiones, una para la red y el otro al teléfono. Un ordenador. Uso necesario de una tarjeta de audio que permita la conexión del micrófono y altavoces. Teléfono IP. Similar en apariencia a un teléfono tradicional, pero incorpora los elementos necesarios para convertir la voz en información IP y viceversa. Pueden funcionar en redes de distinta tecnología como Wi-Fi, GSM, etc.
De igual forma, se identifican tres tipos de proveedores de telefonía IP: Los que facilitan la comunicación de voz entre usuarios de Internet Los que facilitan la comunicación de voz entre usuarios de Internet y de la red telefónica mediante carriers que realizan la bajada a la red local Los que facilitan la interconexión de dos usuarios de la red telefónica a través de Internet Cada tipo de proveedor puede aplicar distintos modelos de negocio, no obstante, en el primer caso, el costo de las llamadas suele ser gratuito, mientras que en los otros dos casos pueden tener un costo, aunque es inferior al aplicado en una llamada solamente telefónica. La Telefonía IP no es regulada, funciona en la infraestructura de red informática de cualquier compañía. Con la Telefonía IP (en ocasiones llamada IPT) existen pocos o ningún cargo adicional por la infraestructura física o las líneas de acceso. La Telefonía IP trae un beneficio de productividad inmediato, porque el tiempo que toma satisfacer a los clientes se reduce. La Telefonía IP, por lo tanto, ofrece un costo-beneficio mayor, un retorno de la inversión mayor, y un costo total de propiedad reducido. Estructura de VoIP Los protocolos usados para llevar las señales de voz por medio de redes IP, se conocen como protocolos de voz sobre IP. El objetivo de VoIP es dividir en paquetes, los flujos de audio para transportarlos sobre redes basadas en IP.
H.450x H.255.0 (Q.931)
Señalización H.323 H.235 H.245 H.255.0 RAS
Control de Gateway
SIP
MGCP
MEGACO
Media (Voz) Audio códec RTP
RTCP
TCP/UDP IP Tabla de protocolos para VoIP
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes H.323 Forma parte del grupo de recomendación H.300 de la ITU que define el funcionamiento de sistemas y equipos terminales para servicios audiovisuales. Es utilizado por los grandes operadores de VoIP y a la par del protocolo SIP es uno de los estándares más utilizados por los desarrolladores de solución IP. Los protocolos más relevantes involucrados en H.323 son: H.225. Es el encargado de definir los procesos de señalización de la llamada, así como de la gestión del registro y las características de los usuarios del sistema. H.245. Controla las llamadas, define los parámetros para el establecimiento, mantenimiento y cierre de los canales lógico utilizados. H.450.x. Establece los servicios suplementarios de H.323, como desvío y llamada en espera. H.235. Define los mecanismos de seguridad y autentificación para la comunicad multimedia. Los protocolos anteriores se encargan de la señalización de las comunicaciones, una vez que se establece el canal H.323, se utiliza el protocolo RTP para el transporte de los paquetes audiovisuales involucrados en la llamada. Protocolos en Tiempo Real (RTP/RTCP) Son los protocolos usados para transportar el flujo de audio/vídeo en telefonía IP. RTP es utilizado para trasportar flujos en tiempo real y RTCP para monitorear la calidad del servicio, así como para transportar información acerca de los participantes en la sesión. Sus funciones son: Identificación del tipo de carga útil transportada Verificación de la entrega de los paquetes en orden Transporte de información de sincronización para la codificación y decodificación Monitoreo de la entrega de la información RTP utiliza UDP para el transporte de la información y aprovecha la suma de verificación (Checksum) del mismo para verificar la integridad de los datos. RTCP también utiliza UDP para enviar paquetes de control hacia todos los participantes de una sesión. Protocolo de Inicio de Sesión (SIP) Es un protocolo desarrollado por el IETF como el estándar RFC 3261, para el inicio, moderación y finalización de sesiones multimedia entre dos pares (unicast) o multipares (multicast). Ofrece flexibilidad para controlar sesiones multimedia, como llamadas de voz y vídeo, vídeo-conferencia, mensajería instantánea, juegos en línea y telefonía IP. Es un protocolo de señalización orientado a conexión terminal a terminal. Esto quiere decir, que toda la lógica se encuentra almacenada en los dispositivos terminales. La ventaja es la estabilidad que se
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes obtiene por que los servidores no son saturados con mensajes SIP, gracias a que tiene autodepuración incluida, su desventaja es que los encabezados son más grandes y tienden a ser más pesados debido a la encriptación de los mismos. El principal problema que afecta el funcionamiento de RTP, son los NAT (Network Address Translator). El efecto de un NAT en VoIP es que no se pueden recibir conexiones iniciadas desde el exterior. En consecuencia, el que inicia la llamada detrás de un NAT, no puede escuchar a la otra parte. Si ambos comunicantes se encuentran detrás de su respectivo NAT, ningún flujo de audio llegará a su destino final. Sin embargo existen soluciones implementadas en los servidores Asterisk que realizan las interpretaciones correspondientes de los paquetes para convertirlas en voz con cierto grado de intermitencia. Protocolo IAX (Inter Asterisk eXchange) Es uno de los protocolos utilizados por la centralita Asterisk, para el manejo de conexiones VoIP entre su servidor y clientes VoIP que lo utilizan. Permite manejar una gran cantidad de códecs y un gran número de flujos audio/vídeo, lo que significa que puede ser utilizado para transportar virtualmente cualquier tipo de datos. Esta capacidad lo hace muy útil para realizar video-conferencias o presentaciones remotas. IAX soporta entroncamiento (trunking) mediante el cual un sólo enlace permite enviar datos y señalización por múltiples canales. Cuando se realiza entroncamiento, los datos de múltiples llamadas son manejados en un único conjunto de paquetes, lo que significa que un datagrama IP puede entregar información para más llamadas sin crear latencia adicional. El objetivo principal de IAX ha sido minimizar el ancho de banda utilizado en la transmisión de voz y vídeo a través de la red IP, con particular atención al control y las llamadas de voz, y proveyendo un soporte nativo para ser transparente a los NAT. Servidor Asterisk Es un programa bajo licencia GPL creado por Digium Inc, que implementa una centralita (PBX) completa, utilizando un equipo relativamente económico. Trabaja sobre Linux y otras plataformas, pero en Linux cuenta con mayor soporte. Ha sido adoptado en algunos entornos corporativos como una solución de bajo costo junto con otras aplicaciones para mejorar sus prestaciones. Puede interoperar con terminales IP actuando como un registrador y como pasarela entre ambos. Incluye características como: Buzón de voz Conferencias
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Respuesta interactiva de voz Compatibilidad con SIP, H323, IAX y MGCP Creación de nuevas funcionalidades Llamadas de conferencia Llamadas en espera Transferencia de llamadas, internas y externas Soporte para llamadas tripartitas Identificación de llamada Música en espera y en transferencia Soporte para fax Grabación de llamadas entrantes y salientes. Monitorización de llamadas en curso
Terminales telefónicos IP Un terminal telefónico IP es un dispositivo completamente digital y programable que permite realizar una comunicación de voz o vídeo utilizando el protocolo IP. Presenta ventajas que un teléfono convencional no posee ya que algunos pueden tener múltiples líneas, incluir cámara de vídeo y brindan la posibilidad de configurar la calidad de servicio. Los principales tipos de terminales de telefonía IP son: Teléfonos IP. Poseen un equipo con forma de teléfono, aunque con la particularidad de que utiliza una conexión de red de datos en lugar de una conexión de red telefónica convencional, aunque existen teléfonos híbridos que traen ambos tipos de conexiones. ATA (Adaptador de Teléfono Analógico). Son dispositivos que permiten conectar un teléfono analógico o RDSI a una red de VoIP. Dispone de un sistema de administración y gestión similar a los teléfonos IP, por lo que poseen también dirección IP. Teléfonos IP inalámbricos. Son similares a los teléfonos móviles y permiten utilizar redes inalámbricas para conectarse al servidor de VoIP. Existen teléfonos móviles con soporte de WiFi y DECT (Digital Enhanced Cordless Telecomunications) para ser utilizados dentro de una LAN. Softphone. Es un programa que simula un teléfono convencional, y se instala en un ordenador, smarthphone o tableta donde interactúa con micrófonos y auriculares/altavoces. Hace posible usar el dispositivo para realizar llamadas a otros softphones o a otros teléfonos convencionales. Permite hacer parte de una red de telefonía IP, pero también conectarse a un proveedor de servicios de telefonía por Internet gratuito o de pago.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes 1.1.4. Estándares de transmisión de voz Hasta el momento, durante el desarrollo de la Unidad se exploraron sistemas para la transmisión de voz, así como la red donde se desempeña. En cada una de estas técnicas de transmisión de voz, existen estándares que irás revisando y comparando, con la finalidad de que en su momento y dado el caso, puedas proponer mejoras partiendo del uso de los recursos disponibles. Las instituciones que se encargan de realizar la estandarización y los protocolos de los sistemas de comunicación, son los siguientes: IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ITU (International Communication Union)
Sobre IEEE se recomiendan los siguientes vínculos: Historia: http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/IEEE_History Desarrollos tecnológicos: http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Timeline Cobertura: http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Map.
Regionalización ITU. Tomada de: http://www.observatel.org/es/uploads/1/1.Fabio_Leite_2011.pdf
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Desde comienzos de la digitalización de la señal de voz, se ha desarrollado sistemas cada vez más eficientes y eficaces. Desde un principio, el objetivo ha sido conseguir un sistema que ofrezca una mayor calidad de sonido con un menor ancho de banda. El tiempo y el esfuerzo de muchos investigadores y entidades han propiciado que esta marca se superara una y otra vez. Sin embargo esto no sería posible si el mercado no hubiera puesto en marcha a acuerdos de utilizar sistemas compatibles entre sí, aun con los huecos legislativos que le siguen a la tecnología. La ITU, es una agencia especializada de las Naciones Unidas, por lo que los miembros de la ITU-T son representantes de gobiernos. Dicha organización, es responsable de estudiar cuestiones técnicas, operacionales y de tarificación, así como de emitir recomendaciones relativas a éstas con la intención de estandarizar las telecomunicaciones en el ámbito mundial. Su objetivo es lograr la compatibilidad de un extremo a otro en las conexiones internacionales, independientemente del país origen y destino. Es el organismo regular que ha jugado el papel más destacado con los codificadores y decodificadores (desde ahora llamado códec) de voz. En la siguiente tabla se muestra un resumen de algunos estándares para la transmisión de voz, donde muestra el nombre de referencia, el año en que fue publicado, la técnica utilizada para la codificación de la señal de audio, la velocidad de transmisión, el número de segmentos a utilizar y los segmentos por segundo que son transmitidos. Estándar de acuerdo con la UIT G.711 G.721 G.723 G.726 G.727 G.728 G.729 G.729A G.729B G.723.1 G.723.1 G.729C G.729D G.729E
Publicado
Técnica
Velocidad (kbit/s)
Segmento (bits)
Segmento/ segundo
1988 1988 1988 1990 1990 1992 1995 1996 1996 1996 1996 1998 1998 1998
PCM ADPCM ADPCM ADPCM ADPCM LD-CELP CS-ACELP CS-ACELP CS-ACELP ACELP MP-MLQ CS-ACELP CS-ACELP CS-ACELP
64 32 24-40 16.40 16-64 16 8 8 8 5.3 6.3 8 6.4 11.8
8 4 3-5 2-5 2-8 10 80 80 80 160 192 80
8000 8000 8000 8000 800 1.600 100 100 100 33.3 33.3 100
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Si quieres conocer más sobre cada uno de los estándares, en la liga que se encuentra a continuación, puedes revisar las referencias de la serie G para la transmisión multimedia de acuerdo con la recomendación de la ITU. http://www.itu.int/rec/T-REC-G/es En la serie G.7xx encontrarás más estándares de transmisión de audio.
En esta tabla se resumen los principales estándares de transmisión de voz, sin embargo existen muchos otros más que han sido abarcados por los que se mencionan o bien quedaron obsoletos. De la tabla anterior, se describen los estándares a continuación: G.177. Estándar de la ITU para la digitalización de audio en telefonía fija. Como ya se estudió en el subtema de telefonía digital, tiene una tasa de transferencia de 64 kbit/s, con segmentos de 8 bits con lo que se envían 8000 segmentos por segundo. G723.1. Estándar de la ITU que comprime la voz en tramas de 30 ms y opera a 5.3 y 6.3 kbit/s. G726. Basado en ADPCM (Modulación por Código de Pulso Diferencial Adaptable). Permite trabajar con velocidad de 16, 24, 32 y 40 kbit/s. Este estándar proporciona una disminución considerable del ancho de banda sin aumentar en gran medida la carga computacional. G.729. Usado sobre todo en aplicaciones de VoIP por los bajos requerimientos en ancho de banda. Opera con tasas de 8 kbit/s pero existen extensiones para tasas de 6.4 y 11.8 kbit/s para peor o mejor calidad de voz respectivamente. Otras que no se incluyen en la tabla pero que de igual manera existen dentro de lo que es la telefonía digital son: GSM. Familia de códecs para telefonía móvil estandarizado por la ETSI. En VoIP se ha venido usando el GSM FR (del inglés Full Rate), estandarizado como GSM 0.610, que tiene una implementación libre y opera a 13 kbit/s con una carga computacional aceptable. Existen otras versiones mejoradas como GSM AMR (del inglés Adaptive Multi-Rate), que ofrece 8 tasas de operación entre 4.75 y 12.2 kbit/s. iLBC. (del inglés Internet Low Bit rate Codec). Es un códec libre que implementa un algoritmo complejo desarrollado por Global IP Sound (GIPS), el cual ofrece una buena relación ancho de banda-calidad de voz, a cambio de una mayor carga computacional. Opera a 13.3 y 15.2 kbit/s. Speex. Es un códec libre para voz que implementa un algoritmo capaz de variar la velocidad de transmisión dependiendo de las condiciones actuales de la red (VBR: Variable Bit Rate). El ancho de banda puede variar desde 2.15 a 22.4 kbit/s.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes No es posible garantizar la calidad de servicio de VoIP sobre Internet ya que presenta diversos problemas de retardo a menos que la infraestructura de red y los contratos de calidad de servicio con el ISP garanticen un ancho de banda que permita la administración de los servicios dando preferencia a la voz. En redes LAN es posible controlar en cierto grado estos problemas. La máxima latencia aceptable en VoIP es de 300 ms ida y vuelta, es decir, 150 ms en cada dirección. Para lograr una mejor calidad de servicio se emplean los siguientes criterios: Supresión de silencio Compresión de cabeceras aplicando protocolos RTP/RTCP Priorizando los paquetes
Actividad 2. Servicios de voz
En esta actividad implementarás un servicio de voz al que aplicarás los estándares de transmisión. Así como también determinarás el rendimiento de éste mismo. Para ello, en primer lugar, deberás planear de forma general el proceso de implementación del servicio de voz por medio de un organizador gráfico. Posteriormente realizarás la implementación del servicio, así como el análisis de su rendimiento (análisis de tráfico). Por último entregarás un reporte sobre la actividad. Para concretar esta actividad, sigue las instrucciones que se te presentan a continuación. *Durante la realización de las actividades se debe entender en el mismo sentido cuando se hace referencia al analizador de datos, así como al analizador de tráfico, el cual será sugerido por tu Facilitador(a). **Para la instalación de los servicios y software adicionales considera las indicaciones específicas de tu Facilitador(a). De manera adicional para guiarte en esta actividad consulta el documento llamado Manual para la instalación del servicio de voz, ubicado en el Material de apoyo de la Unidad. 1. Previo a la instalación de dicho servicio y a manera de planeación elabora un organizador gráfico en donde se plasmes de forma general los estándares utilizados en la transmisión de voz, deben estar relacionadas a la categorización y especificaciones dadas por tu Facilitador(a). 2. Instala y configura el servicio de acuerdo a las indicaciones del manual. Ten listas las aplicaciones que usarás. 3. Ejecuta las especificaciones que se te piden de acuerdo al servicio y aplicaciones. 4. Entrega un reporte indicando la configuración que utilizaste, los códec, además de contener las gráficas del analizador de tráfico y capturas de pantalla; detallando lo
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes que se observa durante la llamada. El reporte debe contener todos los elementos que precise tu Facilitador(a). 5. Guarda todos tus archivos en una carpeta en formato .ZIP con el nombre KRCO_U1_A2_XXYZ. También dentro de la carpeta debes anexar el archivo del analizador de tráfico. 6. Envíalo a tu Facilitador(a) y espera tu evaluación. *Recuerda revisar los criterios de evaluación para esta actividad.
1.2. Vídeo El origen del vídeo se puede remontar desde la inquietud de plasmar en una imagen lo que puede ser captado por la visión humana.
Como parte principal de la comunicación, desde el alumbramiento de las primeras civilizaciones, la pintura es una de las maneras de transmitir mensajes. La evolución ha sido lenta al paso del tiempo, sin embargo, durante los últimos años se ha convertido en una necesidad primordial. “Una imagen vale más que mil palabras” Altamira. Tomada de http://www.gibralfaro.uma.es/historia/pag_1823.htm
Con el descubrimiento de materiales radioactivos y fotosensibles, la fotografía cobró fuerza y se convirtió rápidamente en un instrumento práctico para el periodismo, así como el entretenimiento. Pronto fue utilizado para llevar funciones, pasando del teatro al cine, aunque también cobra fuerza en el desarrollo de documentales y animaciones, incluso para la captura de documentos históricos mediante el proceso de negativos llamados también filminas, mismos que se utilizan el día de hoy para procesos como la indexación de documentos en bases de datos.
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Marie y Pierre Curie, físicos franceses, premiados con el Nobel, descubrieron conjuntamente los elementos químicos radio y polonio. El estudio del matrimonio Curie de los elementos radiactivos contribuyó a la comprensión de los átomos en los que se basa la física nuclear moderna.
Negativos
Pero no es sino hasta el descubrimiento de los rayos catódicos, en los que se descubre las distintas propiedades de los electrones, que estas técnicas son utilizadas para la investigación y nuevamente al entretenimiento, donde una vez que se conoce y se domina las fuerzas electromagnéticas, es posible que la gente pueda tener alcance al servicio como la Tele-Visión (TV) en donde se proyectan funciones sin necesidad de salir de casa.
Aunque el descubrimiento de los rayos catódicos se debe a Julius Plücker, el descubrimiento de las propiedades de los electrones y fotones, se realiza por Joseph John Thomson, de lo que se destaca: La propagación se hace en línea recta Los rayos son desviados ante campos magnéticos Demostración de la masa Los electrones tienen comportamiento universal Tubo de rayos catódicos. Retomada de: http://www.ediciona.com/tubo_de_rayos_catodicos-dirpi-16711.htm
Algunos conceptos básicos de tecnología de video parten de las señales de video analógica, pues se grafican con base en líneas consecutivas que contienen información de luminancia y crominancia de una imagen muestreada. Fue en los años 80 cuando los creadores de hardware buscaron la compatibilidad entre la tecnología analógica y digital, razón por la cual se vieron obligados a traducir la sucesión de líneas discretas (analógica) en pixeles, para hacer posible su uso en sistemas digitales. Tarea que implicaba traducir las líneas que conforman una imagen de vídeo analógico, ya que no tienen correspondencia lógica con la matriz de pixeles cuadrados, que idealmente, componen un frame digital.
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Términos empleados por George Valensi en 1938: Luminancia: es la intensidad aparente de la luz proveniente o reflejada por un objeto o punto determinado. Luma es componente que codifica la luminosidad de la imagen. convertworld. (2014)/ Crominancia: es el componente que contiene la información sobre el color de una señal de vídeo. Se mide y observa con un Vectorscopio. Musiksistemas (2009).
Con la introducción de la TV, se crea una gran necesidad por poseer este servicio, no solo como medio de entretenimiento sino que además como un medio que mantiene informado de las noticias relevantes en una zona local o bien nacional e internacional. El desarrollo en paralelo de las telecomunicaciones y del avance veloz de la computación, el vídeo pronto se explota para que sea alcanzable al público en general y no solo para profesionales. Con la era digital, el costo disminuye y un sinfín de aplicaciones que hacen del vídeo una necesidad más allá de la comunicación escrita y oral. Sin abundar más respecto a la historia, desarrollo y evolución del vídeo, este tema se desarrolla con un enfoque al vídeo digital. Representación del espacio Por Pixel Aspect Ratio (PAR) se debe entender a la relación existente entre el tamaño vertical y el tamaño horizontal del pixel. Haciendo referencia a una imagen digital, cada elemento de la imagen (píxel) que se define como la unidad mínima homogénea la cual representa una parte proporcional del área de interés. Toda imagen posee un ancho y largo, también conocido como dimensiones (representando el largo por „n‟ y el ancho por „m‟), que de acuerdo con el número de píxeles será la representación del espacio. En este sentido una imagen tiene una relación entre las dimensiones y el espacio que se representa, la cual se conoce como resolución. Básicamente se puede tener cualquier tipo de relación.
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Representación de una imagen digital. Retomada de: http://karencine1.blogspot.mx/2010/10/imagen-vectorial-y-mapa-debit.html
La ITU en su informe 484-2 indica la posibilidad de adoptar un valor único que para expresar la relación señal de imagen/señal de sincronismo en todos los sistemas de televisión tanto para señales de video como para señales radiadas. Es así que el sincronismo de receptores, otro aspecto del video digital, en este sentido, en televisión la frecuencia de los pulsos de sincronismo estriba del sistema empleado, por ejemplo en América (sin considerar a Argentina y Uruguay, regidos por la norma europea) se usa frecuencia de línea (número de líneas) de 525 líneas por cuadro (y 60 campos por segundo), por otro lado en Europa se utilizan 625 líneas por cuadro (312,5 por cada uno de los dos campos en la exploración entrelazada), a una frecuencia de 15.625 Hz, y 50 campos por segundo, (25 cuadros). Por lo tanto, un factor importante, respecto a la resolución son: la cantidad de memoria, y la frecuencia a la cual se maneja el video; ya que de éstos dependerá de la calidad de la imagen. Recuerda que la resolución de una imagen estará determinada en pixeles, es decir, entre mayor cantidad de éstos, mayor es la resolución de la imagen.
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Cuadro de estándares de resolución y aspecto de video. Aihtdikh (2013). Consultado en: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vector_Video_Standards2.svg
Otro factor importante es la gama de colores de la imagen, esta puede estar en: Escala de grises. Consta de una sola imagen, cada pixel representa un todo, que de acuerdo con el número de bits que se utilicen, será el número de tonos en un rango desde el color negro al blanco. Si se utiliza 8 bits por pixel, entonces el nivel más bajo (0) corresponde al negro, mientras el valor más alto (255) corresponde al blanco y del 1 al 254 corresponde al tono de gris. Blanco y negro. Son imágenes en binario o en otras palabras, poseen 1 bit para representar el color (0 negro 1 blanco). Suele confundirse con una imagen a escala de grises, pero su diferencia, radica en el número de bits que se utilizan, siendo esta imagen solo de 1 bit por pixel.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes RGB. Son imágenes a color representadas por 3 imágenes una para los tonos de rojo (Red), verde (Green) y azul (Blue). Suelen ser imágenes con una gama de combinaciones de estos colores base. De acuerdo con el tamaño de la imagen, existen diferentes formatos de presentación, llamado relación de aspecto. En la siguiente imagen, se muestra la relación de aspecto.
Relación de aspecto en imágenes. Landen99 (2008). Consultada en: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aspect_Ratios_and_Resolutions.svg
De esta imagen se destacan las tres primeras relaciones de aspecto que es la 4:3 cuyo estándar se utilizó en los primeros monitores de los ordenadores; 3:2 que corresponde al formato de televisión; por último 16:9 que corresponde al formato de pantalla ancha (Widescreen). También se muestra las resoluciones de pantalla bajo los mismos formatos que van desde los 720x480 pixeles, hasta los 2568x1920 pixeles.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes De acuerdo con lo anterior, un vídeo se constituye de una serie de imágenes que se denominan cuadros (o en inglés Frames en una secuencia de tiempo en este caso segundos Frames per second Fps). Para que el vídeo pueda verse fluido, se recomienda el despliegue de 30 cuadros por segundo, aún que en el cine es regularmente de 24 Fps (cuadros por segundo). En caso de vídeo en algunos dispositivos móviles con bajas prestaciones de cómputo, esta tasa puede llegar a ser de 11 o 7 Fps, por lo que llega a ser notoria la robotización de la imagen, es decir, la transición de una imagen y otra. Los servicios de vídeo pueden clasificarse de acuerdo con el uso o por el esquema de negocio. Básicamente esta clasificación se define a partir de la necesidad de realizar la transferencia de vídeo, ya que puede ser de punto a punto, punto a multipunto, multipunto a punto o multipunto a multipunto. A continuación se describe cada uno de estos servicios que pueden encontrarse vigentes en la actualidad.
1.2.1. Vídeo bajo demanda Los avances en tecnología como lo es en redes de alta velocidad, imagen y algoritmos de compresión de datos, han acelerado el comienzo de la era multimedia. Las recientes mejoras en la capacidad de redes y en tecnología de almacenamiento han hecho que el servicio de VOD (de sus siglas en inglés Video On Demand) sea cada vez más rentable. Este servicio compite con los servicios de cable de difusión existentes y las tiendas de vídeo dejando de lado los altos costos operativos y de producción de video, por lo que se han propuesto diversas técnicas para diseñar grandes servidores VOD (específicamente Movie On Demand) generando inversiones y tecnologías que permitan brindar estos servicios sin salir de casa y a un clic de distancia. La idea de este servicio es brindarle al espectador la oportunidad de ver en cualquier momento aquel contenido audiovisual que desee. En otras palabras, el consumidor puede escoger el todo momento la programación que quiere ver sin depender de horarios de programación en una oferta ilimitada. El servicio de Vídeo bajo Demanda recurre a las diferentes tecnologías para su distribución, satélite, ADSL, cable, televisión digital terrestre y redes móviles. Por otra parte diferentes dispositivos como televisores, ordenadores, equipos móviles, etc., acceden a este servicio en directo ya sea diferido o bajo demanda. Los servicios de VOD deben tener las siguientes características: Extensa oferta de contenidos (para todas las edades y clasificados). Renovación y actualización constante de los contenidos disponibles. Rapidez. El usuario tiene que poder seleccionar y visualizar cualquier contenido en el preciso momento en que lo solicite. En el televisor. Debe poder desplegarse tanto en los ordenadores de escritorio y personales, así como en los televisores e inclusive en tabletas y dispositivos MP4 con la misma cuenta. Existen 4 esquemas en que se trabaja los sistemas de VOD, los cuales se detallan a continuación:
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Suscripción de Vídeo bajo Demanda (SVOD por sus siglas en inglés). El usuario ya es cliente de la plataforma que le ofrece el servicio, tiene una oferta de contenidos a la carta que puede visualizar sin ningún cargo extra. Paquetes de contenido. El usuario paga para tener acceso a un paquete extra de contenidos. Modelo muy aplicable, por ejemplo, al catálogo de cine exótico que sólo estaría disponible para aquellos que paguen un suplemento en la tarifa. Abonos. El usuario compra un abono que le da derecho a ver un número de contenidos o a ver contenidos durante un periodo de tiempo. Pago por evento (PPV de sus siglas en inglés). El usuario paga únicamente y exclusivamente por aquel contenido que quiere ver. Modelo muy atractivo para captar la compra impulsiva, pudiendo tener dos variantes: El usuario ve el vídeo en una sola exhibición, justo en el momento en que lo solicita; y el usuario paga por ver un vídeo, aunque este lo vea fraccionado o con interrupciones durante un tiempo establecido.
En México existen compañías que ofrecen servicios privados de TV que comúnmente son del tipo cableado y de ahí que se denominen televisión por cable. También existen otras que lo hacen por medio de microondas a través de radiodifusión o bien por medio de enlaces satelitales. En estas compañías su principal mercado es llevar entretenimiento a los hogares ofreciendo un extenso surtido de canales por una cuota mensual. Sin embargo, las tendencias de ofrecer más servicios, tales como datos y voz, han comenzado a ofrecer servicios digitales que permitan la convergencia de los tres principales servicios (Voz, vídeo y datos). Muchas de estas compañías poseen su propia infraestructura por lo que los costos pueden ser mayores ofreciendo servicios como el Triple-Play (que se verás más tarde). Pero existen otros servicios que ofrecen VOD con la infraestructura que el usuario ya posee, utilizando sitios web donde el usuario puede suscribirse o pagar por evento.
1.2.2. Transmisión de vídeo en vivo Streaming vídeo o vídeo en tiempo real, es la tecnología que permite la transmisión y recepción de imágenes y sonidos de manera continua a través de una red. A diferencia de otros formatos de audio y vídeo, en los que es necesario esperar que el archivo sea cargado en el equipo para su visualización, esta tecnología permite apreciar el contenido conforme se va teniendo acceso a la información del archivo. Es un servicio que puede darse punto a punto o punto a multipunto. Se caracteriza por transmitir vídeo en tiempo real (regularmente) ya sea para trasmitir programas culturales, deportivos, musicales, etc., por medio de la televisión terrestre. En tecnología de redes IP, se emplea para hacer llegar tutoriales, cursos, seminarios (Como lo son los Webinar, Webcast), noticias del día, etc. Uno de los puntos que pueden diferenciar entre otras categorías de vídeo, es que a diferencia de vídeos que son grabados y puestos en servicios (Como vídeo bajo demanda), en este tipo de servicios
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes no existe un control por parte del usuario, para poder adelantar o repetir lo que se ve. También puede diferenciarse de IPTV ya que regularmente son servicios dedicados para fines especializados y no para el sector público. También es utilizado en vídeo llamada, en servicios digitales acompañados por telefonía IP. Por lo que respecta a este tipo de servicios, la forma en que se envía es por medio de UDP ya que tiene como prioridad, el hacer llegar la información del flujo de información del video en el tiempo real, por lo que no es necesario un control que garantice la recepción de cada cuadro que se genera por parte del transmisor. Dado este tipo de transporte, la experiencia del usuario puede llegar a ser limitada, sin embargo muchos códec de video se basan en jugar con la percepción de la visión humana. El servidor de streaming permite visualizar el vídeo de forma continua porque hace uso de un buffer, donde van cargándose algunos segundos de la secuencia antes de que sean mostrados. Entonces cuando se detecta un periodo de congestión de red, se visualizarán los datos que tenemos ya almacenados en el buffer. De esta forma el cliente obtiene los datos tan rápido como el servidor y la red le permitan. Este servicio puede decirse que funciona de forma inteligente ya que asegura al usuario que recibirá la más alta calidad posible dependiendo de la velocidad de conexión o de los problemas de conexión de la red. Tradicionalmente la congestión de la red forzaba al usuario a detener la visualización del vídeo almacenado en un buffer la información para posteriormente continuar mostrando la secuencia. Con los nuevos formatos como el MPEG-4, el cliente y el servidor pueden degradar la calidad de forma inteligente para asegurar una reproducción continua del vídeo y manejo del tráfico a sus servidores. Si se dan problemas de congestión de red, primeramente el servidor de vídeo disminuye el número de fotogramas que está enviando para mantener la calidad del audio e ir llenando el buffer mínimamente. Si las condiciones empeoran, el servidor deja de mandar los cuadros del vídeo, pero mantiene la calidad del audio. Si la calidad del audio empieza a degradarse, el cliente reconstruye de manera inteligente las secuencias que tiene almacenadas para no perder calidad. Internet no puede considerarse un medio adecuado para la transmisión de vídeo en tiempo real. La calidad de los vídeos transmitidos en tiempo real es bastante limitada con lo que se debe elegir poca velocidad y mucha calidad o ganar velocidad y perder calidad en imagen. Existen soluciones desarrolladas que con las mejoras de las técnicas y de la velocidad de los módems han ido evolucionando. Para poder distribuir vídeo sobre Internet, especialmente un sistema de stream vídeo, los componentes que necesita, son un codificador para digitalizar el vídeo y comprimirlo, un software de servidor WEB, que puede ser una máquina distinta a la misma que en el codificador y una conexión a la red con suficiente ancho de banda, dependiendo del número de usuarios a los que queremos dar servicio. El usuario final necesitará solamente el programa cliente para descargar y visualizar el flujo de vídeo.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes 1.2.3. IPTV La televisión también conocida como TV, es un sistema de telecomunicaciones para la transmisión/recepción de vídeo y audio a distancia. Para la mayoría de la gente el medio de transmisión de la señal de TV es el aire, pero también existen otros métodos de transmisión, como lo es el cable que también forma parte de los sistemas de TV. A estos medios de difusión de la señal de TV, se está introduciendo el protocolo IP, ya que las redes IP también son un medio en que puede ser transmitido la misma información no solo datos. En un principio, la TV es transmitida de manera analógica por medio de ondas electromagnéticas que llegaban a los receptores en el hogar. Pero como ya se mencionó, otra forma de realizar esta distribución, es utilizando redes cableadas. Estas redes deben tener una banda del espectro asignada para no interferir al usuario final y pueda disfrutar de los dos métodos de distribución (cable y aire). En la parte de la transmisión aérea, no solo están los sitios terrestres, pues la difusión satelital, permite que estas señales puedan llegar a zonas muy remotas y/o de difícil acceso. Este sistema realiza dos funciones principales, la de permitir los enlaces de las señales desde un punto de la Tierra a otro, mediante enlaces de microondas; y la distribución de la señal en modo de difusión. Esta señal de TV, dispone tres formas de presentarse, que son: NTSC PAL SECAM La más utilizada en Europa es PAL ya que fue desarrollada en Alemania y mejora algunas características de NTSC. Por su parte, Estados Unidos y Japón, es utilizado el servicio bajo NTSC. El cambio de TV analógica a digital se ha venido dando de manera gradual y pausada, en México se decretó que para el 31 de diciembre de 2015 se llevará a cabo el “apagón analógico” y toda la TV será trasmitida de manera digital, misma que deberá incluir canales de Full High Definition. Por otra parte, la TV digital se basa en el sistema DVB (del inglés Digital Video Broadcasting) y es el sistema utilizado en Europa. Este sistema tiene una parte común para la difusión por satélite, cable y aire. Esta parte común corresponde a la ordenación del flujo de la señal y la parte no común es la que lo adapta a cada modo de transmisión. Los sistemas utilizados según el tipo de canal son: para satélite DVB-S, para cable es DVB-C y para el terrestre es DVB-T. Las principales ventajas es que el tipo de señal es muy robusta a la interferencia y que la norma de emisión está concebida para una buena recepción. Otro aspecto importante es que en la TV analógica un programa ocupa mucho más ancho de banda que un programa digital. Además de incluir una serie
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes de servicios extras que dan un valor agregado a la programación y que en la normativa se ha incluido todo un campo para realización de TV de pago. Todos los sistemas que en la actualidad realizan difusión de TV, lo están haciendo con señales digitales, ya sea TV terrestre, cable, satelital entre otros. La transmisión terrestre de TV se ve afectada por dispersión de energía, zonas de sombra y reflexiones que provocan eco. En TV analógica estos problemas se manifiestan como ruido en la imagen, nieve, doble imagen, colores deficientes y sonido de baja calidad. Sin embargo la TV digital, al estar la señal codificada, se recibe una imagen siempre íntegra, pero el hecho de recibir una señal débil puede provocar la no decodificación de la señal, lo cual nos aportará la pérdida total de la imagen. Pero sin perder de vista el tema que compete, hablando de IPTV, que se trata de la distribución y difusión de TV de alta calidad y/o vídeo/audio sobre redes de banda ancha. Desde el punto de vista del usuario final se trata de otro tipo de servicio de TV de paga. De acuerdo con la ITU, IPTV es el conjunto de servicios multimedia (vídeo, audio, texto, gráficos y datos) que son distribuidos por una red IP, los cuales debe poseer un nivel de calidad de servicio, seguridad, interactividad y fiabilidad. Las características de IPTV son: Soporte de la TV interactiva. Los sistemas IPTV disponen de dos canales que permiten al proveedor de servicios, distribuir aplicaciones de TV interactivas. Algunos tipos de servicios pueden ser: TV en directo, TV de alta calidad (HDTV), juegos interactivos, búsqueda rápida de Internet, etc. Desplazamiento en tiempo (Time Shifting). Grabar el contenido emitidos en el servicio de IPTV en un grabador y que después puedan ser vistos por el usuario. Personalización. El servicio IPTV, al soportar comunicaciones bidireccionales, se permite al usuario final, indicar qué quiere ver y cuándo lo quiere ver. Menor ancho de banda. En lugar de distribuir cada canal para cada usuario final, la tecnología de IPTV permite solo enviar el canal que el usuario ha pedido. Esta es una característica importante, ya que permite conservar el ancho de banda en sus redes. Accesibilidad con múltiples dispositivos. El visionado de los contenidos de IPTV no sólo está limitado a los televisores, sino que los usuarios pueden disponer de este servicio a través de sus ordenadores o dispositivos móviles. Existen numerosos grupos de trabajo relacionados con IPTV en la ITU-T, estos grupos de trabajo vienen definidos en la siguiente tabla. Grupo de trabajo WG1
Nombre Arquitectura y requerimientos
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Temas sobre los que trabaja Requerimientos de servicio, arquitectura, escenarios de
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WG2
Calidad de servicio y aspectos de rendimiento
WG3
Seguridad del servicio y protección del contenido
WG4
Control de red de IPTV
WG5
Aspectos de interoperabilidad y sistemas finales
WG6
Middleware, aplicaciones y plataformas de contenidos
servicio para IPTV, definiciones de servicio, relaciones con otros servicios y redes. Requerimientos de QoS y QoE, rendimiento, mecanismos de gestión de tráfico, mecanismos de recuperación de errores de la capa de aplicación. Gestión de derechos digitales, seguridad, autentificación, autorización. Aspectos de control de red control multicast, protocolos, direccionamiento, identificación. Aspectos del sistema final, dispositivo final, aspectos de la red del cliente, gestión remota. Guía de programa electrónica, procesamiento del canal, middleware, codificación de audio y vídeo, descubrimiento de contenidos, plataformas de aplicación multimedia, metadatos.
1.2.4. Vídeo-conferencia Los sistemas de vídeo-conferencia son aplicaciones síncronas (dado que requieren la presentación simultánea de los participantes), fueron pensadas para su utilización por grupos de personas y diseñadas para facilitar el trabajo en común entre los miembros de esos grupos en diferentes ubicaciones físicas locales e internacionales. Un sistema de video-conferencia puede funcionar en diferentes entornos: escritorio a escritorio, escritorio a sala, sala a sala, etc., en función del número de personas se presta este servicio, el sistema debe estar instalado en cada lugar participante. Se diferencia de la vídeo-llamada ya que está orientada a la comunicación en grupo y se diferencia de la video-distribución ya que la comunicación es bidireccional. Los sistemas de video-conferencia tienen necesidades técnicas importantes ya que requiere de cámaras especializadas que puedan tener movilidad para la detección de voz y seguidores en caso de ser múltiples participantes en una sala con autoenfoque o bien puedan dar una buena imagen para poder tener una buena visión en una sala. En cuanto a los requisitos de audio, en una reunión tradicional buena parte de la información se transmite de forma vocal, no admite eco, ruidos, acoples,
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes retornos, etc. Lo que exige una buena acústica en la sala y equipamiento de calidad (micrófonos, amplificadores, altavoces, etc.). El sistema permite todas las opciones de presentación e intercambio de información que son posibles en al reuniones presenciales. En cuanto a la conexión existente esencialmente existen dos modelos: Vídeo-conferencia punto a punto: se realiza entre dos únicos terminales de vídeoconferencia. Previamente se establece la llamada telefónica mediante el número RDSI. Es decir, un equipo de vídeo-conferencia hace la llamada a través del número RDSI al otro equipo y se inicia la comunicación. Video-conferencia Multipunto: en este modelo, la vídeo-conferencia va a ser entre más de dos terminales. Se hace necesario pues, un equipo que sea capaz de hacer de unión entre todos los terminales que participan en la multivideo-conferencia. Este equipo, el puente de vídeo-conferencia se encargará de recibir la señal de todos los equipos de vídeo-conferencia y de distribuir todas estas señales a todos los equipos, con el fin de que todos puedan participar al mismo tiempo en dicho evento. Este puente de vídeo-conferencia se suele contratar a empresas de telecomunicaciones, dado su alto costo y requisitos técnicos. El problema del vídeo es el gran ancho de banda que requiere. En vídeo-conferencia suele trabajarse con ventanas de 300x200 pixeles. El vídeo estándar utiliza 30 imágenes por segundo, por lo que 30 imágenes de 60 Kb dan1.8 millones de bytes por segundo. En el siguiente apartado, se verán los estándares de transmisión que se utilizan para cada uno de los tipos de servicio de vídeo que se ofrecen.
1.2.5. Estándares de transmisión de vídeo Uno de los principales problemas en el manejo de vídeo por medio de las redes IP, es el ancho de banda que puede consumir dadas las características de este vídeo. Para corregir este problema, existen tres estrategias para reducir la cantidad de datos en un vídeo: compresión de los datos, reducción de las dimensiones de la imagen del vídeo y reducir la velocidad de fotogramas del vídeo capturado. La compresión es el proceso de eliminar o reestructurar datos para reducir el tamaño de un archivo. Los archivos de vídeo digital son muy grandes y requieren velocidades de transferencia de datos muy altos para la captura y proyección. La compresión se realiza al compilar el archivo de vídeo. El proceso de compresión de vídeo consta de tres pasos: Procesamiento de la fuente de vídeo de entrada, paso en el cual se realiza el filtrado de la señal de entrada para remover componentes no útiles y el ruido que pudiera tener esta Conversión de la señal a un formato intermedio común (CIF) Compresión de datos
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Con base en el concepto de compresión existen estándares de vídeo desde su origen analógico como es: Comisión Nacional de Sistema de Televisión(NTSC por sus siglas en inglés) Línea de Fase Alternada (PAL por sus siglas en inglés) Color Secuencial con Memoria (SECAM por sus siglas en francés) NTSC fue desarrollado en América y puesto en marcha en 1953. Sus características principales se resumen en: - Número de líneas: 525 - Ancho de banda de vídeo: 4 MHz - Frecuencia de línea: 30 imágenes por segundo, 525 líneas por imagen = 15750 Hz - Portadora de sonido relativa a la de vídeo: 4.5 MHz - Modulación de la portadora de vídeo: AM negativa - Modulación de la portadora de sonido: FM - Ancho de banda del canal: 6 MHz El número de flujos de vídeo simultáneos que se envía desde una Oficina central Local al cliente varía de acuerdo a la red. La razón de ello se debe al ancho de banda que dispone. La siguiente tabla muestra el ancho de banda necesario cuando se envía Televisión en broadcast y cuando se envía flujo de vídeo en unicast utilizando encapsulado ATM en MPEG-2, H.264 y WM9 (Windows Media Video 9). Descripción Ancho de banda del codificador para broadcast de TV en tiempo real Ancho de banda de las tramas de unicast de vídeo bajo demanda
Formato
Sin comprimir (Mbit/s)
MPEG-2 (Mbit/s)
H.264/WM9 (Mbit/s)
SDTV
250.0
3.0 Mbit/s
1.5
HDTV
1300.0
15.0 Mbit/s
7.5
SDTV
~
1.0
HDTV
~
5.0
Tomando en cuenta los valores de la tabla anterior, en el caso de SDTV no se pueden enviar más de 10 canales simultáneamente y en el caso de HDTV es incluso menor.
Si quieres conocer más sobre los estándares de vídeo, en la liga que se encuentra a continuación, puedes revisar las referencias de la serie H para la transmisión de medios audiovisuales de acuerdo con la recomendación de la ITU. http://www.itu.int/rec/T-REC-H/es
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes
En la serie H encontrarás más acerca de los estándares de sistemas audiovisuales y multimedios.
Actividad 3. Servicios de video
Con el propósito de simular el empleo de estándares de transmisión en los servicios de vídeo y determinar su rendimiento. Realiza lo que a continuación se te pide: 1. Elabora un organizador gráfico en donde plasmes los estándares utilizados con base en la categorización indicada por tu Facilitador(a). 2. Realiza la instalación de acuerdo al servicio sugerido por tu Facilitador(a), haz lo necesario con el analizador de tráfico. 3. Ejecuta las instrucciones específicas para la actividad. 4. Realiza un informe técnico incluyendo los elementos indicados por tu Facilitador(a). 5. Adjunta en una carpeta tu informe, el archivo resultante del analizador de tráfico, sus gráficas; así como el archivo del organizador gráfico. 6. Guarda tus archivos en una carpeta .ZIP con el nombre KRCO_U1_A3_XXYZ y envíalo de tu Facilitador(a) para recibir retroalimentación. *Revisar los criterios de evaluación para esta actividad. **Apóyate del Manual para la instalación del servicio de video en el material de Unidad. *Informe técnico. Recuerda plantear la mayor cantidad de aspectos contextuales, de manera que tu informe se comprenda aunque estés ausente
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes 1.3. Datos La información es uno de los puntos más importantes en la era digital, el oro binario de las empresas y organizaciones. En general toda la información que se maneja en redes IP, son datos. Estos datos son de múltiples tipos, ya sea de control, gestión, voz, vídeo, mensajes, etc. En esta sección abordaras temas a manera muy general de lo que son los servicios de datos, que como ya se comentó, son de gran número de aplicaciones que se encuentran alojadas en ordenadores y llevando información a través de la red. Los principales servicios que se abordan son: Servidores de información, donde se abarcarán los servicios DNS y WEB; por otra parte se verán los servicios de mensajería como correo electrónico y mensajes instantáneos; por último transmisión y compartición de archivos. Como parte final de la unidad, se verá la integración de los servicios desde un punto de una red convergente de múltiple servicios.
1.3.1. Servidores de información Sistema de Nombre de Dominio (DNS) Muchos programas pueden hacer referencia a páginas WEB, buzón de correo y otros recursos mediante direcciones IP de las computadoras, sin embargo los usuarios finales tienen dificultad para recordar estas direcciones. Navegar en páginas WEB dentro de una red privada con una dirección IP, significa que en alguno momento si el servidor WEB se mueve a otra máquina diferente con una IP distinta, hay que avisar a todos sobre la nueva dirección IP. Por tal motivo se introduce nombres legibles de alto nivel con el fin de separar los nombres de máquina de las direcciones de máquina. De esta manera un usuario puede acceder a la WEB tan solo conociendo el nombre de la página, sin importar que el servidor pueda, en algún momento, cambiar de dirección IP. Los DNS tienen un orden jerárquico de nombres basados en dominios y un sistema de base de datos distribuido para implementar este esquema de nombres. El DNS se usa principalmente para asociar los nombres de host con la dirección IP, pero también se puede usar para otros fines. En términos simples el uso de un DNS es el siguiente. Para asociar un nombre con una dirección IP, un programa de aplicación llama a un procedimiento de biblioteca llamado resolvedor y le pasa el nombre como parámetro. Envía una consulta que contiene el nombre a un servidor DNS local, que después busca el nombre y devuelve una respuesta con la dirección IP al resolvedor, que a su vez lo devuelve al solicitante. Los mensajes de solicitud y respuesta se envían como paquetes UDP. Armando con la dirección IP, el programa puede establecer una conexión TCP con el host o enviarle paquetes UDP.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes 1.3.2. Mensajería Existen básicamente dos tipos de soluciones para el envío de mensajes: mensajería electrónica y mensajería instantánea, de la cual estás difieren en varios puntos. Mensajería instantánea Por una parte el servicio de mensajería instantánea (también conocido como chat), le permite intercambiar en tiempo real, mensajes con una o varias personas conectadas simultáneamente a Internet, con lo que permite un diálogo interactivo. Los mensajes instantáneos de texto intercambiados son temporalmente almacenados y se borran tras el cierre de la ventana de mensajes (a menos que se guarden expresamente de forma local o en la configuración del servicio). En las conversaciones en tiempo real, el tiempo de escritura debe ser lo más corto posible para que resulten más fluidas. Por eso en mensajería instantánea se suele usar un lenguaje compuesto por abreviaturas textuales o visuales (guiños, caritas, etc.) para expresar concretamente el estado de ánimo del autor. El modo de comunicación empleado en la mayoría de los casos, es el envío de mensajes cortos textuales, pero esta comunicación puede ser objeto de intercambio de archivos de una conversación de audio, vídeo o imagen. Existen un gran número de aplicaciones en la WEB que emplean este tipo de mensajes como lo es: Pidgin Ichat ICQ Windows Live Messenger (actualmente representado porSkype debido a su compra 2013) Yahoo! Messenger Google Talk (Hoy Hangouts) Existen otros servicios que depende sólo de páginas WEB como son los Webchat, donde no es necesario la instalación de una aplicación o software. Actualmente la tendencia es la centralización de o unificación de cuentas, de tal manera que puedes tener cuentas en cada servicio pero accesar a uno solo e interconectarte con todos los servicios. Mensajería corta SMS Hay otro servicio que es totalmente distinto a los que ya se mencionaron, este servicio conocido como Sistema de Mensajería Corta (SMS por sus siglas en inglés), son mensajes de texto enviado por dispositivos móviles o desde un ordenador a otro dispositivo móvil. A diferencia de los servicios anteriores, los SMS tienen un límite en el número de caracteres a enviar (Alrededor de 140 o 160 caracteres dependiendo de las compañías telefónicas).
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Los SMS también se integran con los sistemas de Roaming (el usuario o receptor está fuera de su propia red móvil) permitiendo enviar un SMS a cualquier móvil en el mundo entero, porque los tres estándares de redes móviles, GSM, CDMA y TDMA, están usando el mismo tipo de tecnología por SMS. Por lo que se puede decir que este tipo de servicio es universal. Mensajería electrónica (Correo electrónico) En cuanto a los servicios de mensajería electrónica o correo electrónico, permiten enviar un mensaje electrónico a destinatarios conectados a la red en pocos segundos. Para recibir y consultar los correos electrónicos, los usuarios deben disponer de una dirección electrónica. Este tipo de servicios, por el contrario de los mensajes instantáneos, la recepción de correos electrónicos no se produce en tiempo real, esos mensajes se conservan hasta que sean eliminados por el usuario de forma voluntaria. Un protocolo muy conocido para el envío de correo electrónico, es el Protocolo de Transferencia de Correo Simple (SMTP por sus siglas en inglés), el cual fue diseñado para transferir correo confiable y eficiente. Se utiliza ampliamente en instalaciones gubernamentales y de educación y también es el estándar utilizado en Internet para transferir correo. Es un protocolo abierto porque la única suposición que hace del mecanismo de transporte debajo de él es que proporcionará un servicio confiable. En la mayoría de los casos, SMTP se utiliza junto con el servicio de protocolo de Control de transmisión (TCP), normalmente trabaja sobre los puertos 25 y 110, que proporciona la capa de transporte confiable (servicio). Otros mecanismos de transporte que se mencionan como compatible con la especificación son el servicio de programa de Control de red (NCP), el servicio de transporte independiente (NITS) de red y el servicio X.25. Solicitudes de comentarios (RFC) proporcionan especificaciones para el protocolo: RFC-821 especifica el protocolo de intercambio y es la base para SMTP RFC-822 especifica el formato del mensaje
1.3.3. Transmisión y compartición de archivos La descarga de archivos desde la red es uno de los clásicos de Internet. Ningún otro servicio se utiliza tan a menudo en la comunidad de Internet como FTP. Gracias a este servicio, se puede transferir los archivos por Internet, como programas, imágenes, sonidos, documentos de texto, entre otros. Como en el caso del resto de los servicios de Internet, para FTP se necesita un programa especial, para este caso, un denominado Cliente FTP. Consta de un servidor FTP, donde a su vez, se encuentra un programa que hace posible el transporte de datos. Para darse de alta en un servidor FTP con el fin de poder descargar archivos, se requiere un número de acceso o un nombre de usuario y una contraseña para identificarse como usuario con permiso para recibir datos de este servidor FTP. Es fácil de manejar, una vez que se haya dado de alta en un
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes servidor FTP, tendrá la posibilidad de ver todas las carpetas existentes en él y los archivos que éstas contienen. Cuando encuentre el archivo que buscaba, sólo tendrá que pulsar y determinar un directorio destino en su ordenador para guardar el archivo.
1.3.4. Integración de los servicios Muchas empresas necesitan tener los servicios de voz, vídeo y datos, para incrementar la productividad, mejorando los procesos a través de medios informáticos que tenga al día a todo el personal de acuerdo con el puesto que desempeña. La orientación de redes convergentes no es tener un número de redes cuantos servicios necesitamos, sino que por el contrario, tener la capacidad de integrar todos estos servicios por una sola red. Esto no solo aplica en las empresas, ya que también en el hogar era común contar con una línea para el teléfono, una para los servicios de TV, etc. Hoy es posible encontrar prestadores de servicio que nos proporcionan varios servicios en un solo medio de transporte, con lo que no solo implica la cuestión de espacio, sino también el impacto en la economía de los usuarios reduciendo costos. Algunos de estos servicios se dan por medio de la red telefónica que cuenta el usuario. Uno de estos servicios se le da el nombre de Línea de Suscriptor Digital (DSL por sus siglas en inglés) en el cual, los datos de alta velocidad pueden transportarse fácilmente de la Oficina central a la Terminal Remota por medio de claves de fibra óptica. Uno de los inconvenientes es el transporte de los datos del cliente sobre el último kilómetro y medio (última milla), ya que no es económico instalar una línea dedicada de fibra o coaxial desde la Terminal Remota directamente con el cliente. Sin embargo, cabe recordar que existen líneas de par trenzado instaladas que poseen anchos de banda útiles tan grandes como 30 MHz, que pueden ser utilizadas En aplicaciones convencionales, las tarjetas de línea de Servicio Telefónico Convencional en la Terminal Remota, restringe el ancho de banda a un rango de frecuencia de voz de 3.3 KHz. Esto limita la velocidad de datos con respecto a 50 kbit/s para una SNR de 50 dB que brinda un módem V.90. Sin embargo, las tarjetas de Línea de Suscriptor Digital, puede usarse en la Terminal Remota para tomar ventaja del ancho de banda de un par trenzado y proporcionar velocidades de datos del orden de los 6 Mbit/s. Existen muchos métodos para DSL, la cual se denota mediante la nomenclatura xDSL. Todas utilizan uno o dos pares trenzados para servir al cliente desde la Terminal Remota. La Línea de Suscriptor Digital de Alta Velocidad (HDSL por sus siglas en inglés) utiliza dos pares trenzados uno para la trasmisión y otro para la recepción. Soporta 1.544 Mbit/s en modo full-duplex a lo largo de una distancia aproximada de 3.5 Km desde la Terminal Remota. La Línea de Suscriptor Digital Simétrica (SDSL por sus siglas en inglés) es una versión de un par de HDSL que soporta 768 kbit/s en cada dirección con un híbrido o un cancelador de eco para separar los datos transmitidos de los recibidos.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes La línea de suscritor Digital Asimétrica (ADSL por sus siglas en inglés) ocupa un par trenzado para soportar 6 Mbit/s enviados de la Terminal Remota al cliente (Bajada) y 640 kbit/s enviados por el cliente a la Terminal Remota (Subida) en distancias de hasta 3.5 Km. El espectro de una ADSL está por encima de 25 KHz y la banda por debajo de los 4 KHz se usa para señales del Servicio Telefónico Convencional de voz. Esta es una de las más importantes ya que es utilizada en los servicios que proporciona los proveedores de servicio telefónico en México (TELMEX). Línea de Suscriptor Digital de muy Alta Velocidad (VDSL por sus siglas en inglés) utiliza un par de hilos para soportar 25 Mbit/s de bajada y 3.2 Mbit/s de subida. Por otro lado también se habla de la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN por sus siglas en inglés) la cual emplea una línea de par trenzado para suministrar una velocidad de datos al suscriptor de hasta 144 kbit/s en cada dirección para distancias de un poco más de 5 KM desde la Terminal Remota. Una ISDN utiliza una DSL para suministrar solo datos digitales sin señales de voz. El suscriptor de ISDN puede hacer una demultiplexión de los datos para proporcionar cualquiera de las siguientes aplicaciones simultáneamente: 1- Decodificar datos para producir señales de voz para aparatos telefónicos 2- Decodificar datos para una presentación de vídeo 3- Procesar datos para aplicaciones de telemetría o PC Triple-Play Los operadores de servicio se ven en condiciones de ofrecer nuevos servicios avanzados, basados en tecnología IP, a los usuarios residenciales, que incluyen tres tipos básicos de servicio en tiempo real (VoIP, IPTV, acceso a Internet de banda ancha), combinables en diferentes paquetes, y a los cuales se puede acceder tanto a través de redes cableadas, como inalámbricas, estas últimas aun con problemas de seguridad y susceptibles de robo de señal. En el mundo de las telecomunicaciones, el Tiple-Play es un concepto de marketing que se podría definir como la integración de servicios y contenidos audiovisuales (Voz, datos de alta velocidad y TV). Incluye servicios telefónicos de voz junto al acceso de banda ancha, añadiendo además servicios como canales de TV y pago por visión PPV (del inglés Pay Per View). A diferencia de los servicios tradicionales, cada uno de los cuales se ofrece a los usuarios a través de una red de comunicaciones independiente, el servicio de Tripe-Play se basa en ofrecer todos los servicios por un soporte físico único, ya sea por medio de cable coaxial, fibra óptica, par trenzado, red eléctrica o vía radio (Microondas). Todos los servicios se ofrecen haciendo uso de la tecnología IP. Por una parte el servicio telefónico se realiza mediante VoIP y la televisión se transmite en modo IPTV. Con esto al usuario final le permite
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes que por medio de un mismo medio físico de acceso a la red del operador, ingresar a servicios de Internet, voz y vídeo. A medida que los usuarios se acostumbran a los servicios de Triple-Play, la evolución natural será que quieran recibirlos en sus terminales móviles. Esto requerirá visualizar una película en sus móviles de última generación, su tableta o en un ordenador móvil. Pensar ver una película en la pantalla de un móvil, es aún poco concebible por los usuarios quienes preferirían hacerlo en la comodidad de un televisor o pantalla, un estudio ha demostrado que la pantalla de una terminal móvil, dispone de la misma relación de aspecto a 15-30 centímetros de nuestra cara que en caso de estar viendo la TV a 3 metros, los ojos se ajustan sin mayor complejidad. Es por ello que recientemente a los servicios que se ofrecen en el Triple-Play, se agrega un servicio más que son los servicios móviles. A este tipo de servicio, se le conoce como Quad-Play, que es la tendencia mundial, aunque en nuestro país falta desarrollo de infraestructura e inversión. Aplicación
Carga
Relación
QoS
Tráfico
Comentarios
A
V D
IPTV
X
X
X
P2M
P
A
De carga libre
HDTV
X
X
X
P2M
P
A
IPTV de alta definición
TV Pago por evento
X
X
P2M
P
A
Pago por evento
VoD en STB
X
P2P
B
A
Descarga de STB
VoD en la red
X
X
P2P
P
A
Requiere un servicio de red
X
P2P
B
A
Tema, actor, lenguaje, etc.
X
Canales de búsqueda Pseudo VoD
X
X
X
P2M
P
A
Programas/canales atrasados
Vídeo-conferencia
X
X
X
M2M
G
B
Múltiples usuarios con imagen
VoIP
X
X
P2P
G
S
Servicio de datos presente
Radio difusión
X
X
P2M
P
A
Usando transporte de flujo de TV
Radio streaming
X
P2M
P
A
Uso de Internet
-
P
A
Mensajes de voz en tiempo diferido (no en tiempo real)
Correo de voz
X
Audio de alta fidelidad
X
P2P
P
A
Pago por sesiones de escucha
Descarga de audio
X
P2P
B
A
Reproducción de MP3
Juegos individuales
X
P2P
G
A
Individual o grupo
Juegos en grupo
X
M2M
G
S
Pago por juego
Fax
X
P2P
B
A
Para VoIP fijo
Comercio electrónico
X
M2P
B
A
Aplicaciones de salas WEB
Servicio de VPN
X
M2M
P
S
Aplicación de negocios
Internet de alta velocidad
X
P2P
B
A
Entretenimiento y trabajo en casa
Servicios de
X
P2P
G
A
Aplicaciones de negocios
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes
almacenamiento Vigilancia
X
P2P
B
A
Alarmas
Domótica
X
P2M
B
A
Control remoto y monitoreo
Mensajería instantánea
X
P2M
B
B
Mensajes en tiempo real
Correo electrónico
X
P2M
B
U
Mensajes en tiempo diferido
www
X
P2P
B
A
Navegación basada en Hypertexto
Transferencia de archivos
X
P2P
B
A
Carga y Descarga de datos al servidor
X
P2P
G
S
UMA actualmente GAN (de las siglas en inglés)
P2P
G
S
Re-direccionamiento de llamadas a líneas fijas
P2P
B
U
Mensajes cortos inalámbricos en tiempo diferido.
Acceso móvil sin licencia
X
Convergencia móvil
X
SMS Carga A - Audio (Voz) V – Video D - Datos
X
X
Relación P2P - Punto a punto P2M - Punto a multipunto M2P – Multipunto a punto M2M – Multipunto a Multipunto
QoS B – Mejor esfuerzo (Best effort) P – Priorizado G – Garantizado (Guarantee)
Tráfico U – Unidireccional B – Bidireccional A – Asimétrico S – Simétrico
Aplicaciones de Triple-Play. Tomada de Hens (2008).
Las redes convergentes proporcionan una oportunidad que no sería posible con redes separadas de computadora, telefonía y video. Las empresas que se están cambiando a la convergencia pueden realinear los recursos humanos para crear una organización de apoyo ágil y flexible. Esta acción por sí sola comienza a fomentar un espíritu de colaborador a través de la iniciativa de la empresa. El antiguo personal de soporte de la red de datos informáticos ahora puede compartir tareas relacionadas con el trabajo. Las redes telefónicas ahora pueden ayudar a convertir la infraestructura tradicional de telecomunicaciones en un sistema telefónico basado en una red informática. La capacitación cruzada será necesaria y deseable sin lugar a dudas. Los administradores de estos sistemas de datos, telefonía y video pueden unirse en un estandarte de convergencia exigible por los usuarios. El dicho “la unión hace la fuerza” tiene una relevancia directa para cualquier organización en el mercado actual ya que la convergencia está ahora en camino y eventualmente alcanzará a la mayoría de las empresas tecnológicas. Las compañías que se mantengan en redes de sistemas separados para su computadora, voz y video irán saliendo del mercado, como es el caso actual de la compañía de renta de videos Blockbuster que en diciembre de 2013 llevo a cabo el cierre de la primera tienda de renta de videos anunciando así el cierre paulatino de sus instalaciones en todo el mundo.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Afortunadamente, las Telefonías IP y VoIP están en un punto de madurez donde cualquier compañía hoy puede planear la conversión con la seguridad de que será un ahorro de costos y una estrategia para aumentar la productividad. Puede hacerlo también por el enorme enriquecimiento de la productividad de su compañía, resultado del conjunto completo de características de llamadas agregadas y las aplicaciones perfectas. Además, la productividad resulta de la colaboración que fomenta la convergencia entre los empleados incluyendo niveles de seguridad antes no aplicados.
Movimientos convergentes de dispositivos y su cronología. Nielsen National People Meter Panel (2013) p.6. Consultado en: http://www.nielsen.com/content/dam/corporate/us/en/reports-downloads/2014%20Reports/the-digital-consumer-report-feb2014.pdf
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes
Actividad 4. Servicios de datos
Para esta actividad simularás el uso de estándares de transmisión en los servicios de datos y determinar su rendimiento. Realiza lo que a continuación se te pide. 1. Elabora un organizador gráfico en el que plasmes los estándares utilizados con base en los elementos indicados por tu Facilitador(a). 2. Instala y configura el servicio. Acción que se deberá realizar en sincronía con tu Facilitador(a). 3. Crea las cuentas de usuarios. 4. Configura los permisos o privilegios de lectura y escritura para cada uno de ellos. 5. Ejecuta simultáneamente el analizador de tráfico. 6. Realiza la transmisión de archivos de acuerdo a lo solicitado e integra diferentes protocolos. Con la ayuda de un analizar de tráfico, obtén las gráficas para cada uno de los envíos. Durante los procesos de envío y análisis, captura las pantallas. 7. Realiza un informe técnico, incluyendo los elementos solicitados por tu Facilitador(a). 8. Guarda tus archivos en una carpeta en formato .ZIP con el nombre KRCO_U1_A4_XXYZ y envíalo de tu Facilitador(a) para recibir retroalimentación. Recuerda adjuntar a la carpeta el archivo del analizador de tráfico. *Revisa los criterios de evaluación para esta actividad. *Informe técnico. Recuerda plantear la mayor cantidad de aspectos contextuales, de manera que tu informe se comprenda aunque estés ausente
Autoevaluación
En lo que respecta a esta actividad, su propósito es que al término del estudio de la unidad, evalúes de manera independiente y autónoma los aprendizajes adquiridos. Para ello contesta las preguntas planteadas y de tener dudas en algún tema, repásalo las veces que sea necesario, pregunta a tu Facilitador(a) e investiga un poco más por tu cuenta.
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes Evidencia de aprendizaje. Integración de servicios
Para esta actividad realizarás un ejercicio de simulación similar a los que has realizado en las actividades presentadas en el transcurso de la Unidad. Esta evidencia al ser concluyente consistirá en la integración de servicios por medio de un caso aplicando alguna de las herramientas de virtualización ya usadas. Para ello, con base en las indicaciones de tu Facilitador(a) tendrás que instalar la(s) herramienta(s) y configurar estándares de transmisión. También tendrás que analizar el comportamiento de la red y precisar el porqué de protocolos y estándares de transmisión utilizados. 1. Lee el caso presentado. 2. Sigue y pon en práctica las indicaciones de tu Facilitador(a). 3. Guarda tus archivos en una carpeta .ZIP con el nombre KRCO_U1_EA_XXYZ y envíalo para su revisión. 4. Espera la retroalimentación de tu Facilitador(a), atiende sus comentarios y de ser necesario envía una segunda versión de tu evidencia. Para conocer los elementos a evaluar consulta el instrumento correspondiente a la evidencia de aprendizaje. **El peso de la carpeta no debe exceder los 5 Mb
Autorreflexión
Al terminar la Evidencia de aprendizaje Integración de servicios es muy importante que realices tu Autorreflexión. Para ello, Ingresa al foro de Preguntas de Autorreflexión y a partir de las preguntas presentadas por tu Facilitador(a), realiza lo que se te pide y súbelo en la sección Autorreflexiones.
Cierre de la unidad ¡Enhorabuena has concluido la primera unidad de la asignatura!, en ésta has repasado algunos términos vistos en asignaturas anteriores, los cuales se aplican y consolidan los temas vistos en esta unidad. Así mismo, realizaste un recorrido por cada uno de los servicios más importantes en las redes como es Voz, Video y Datos, los cuales tiene sus características de manejo por el uso de protocolos y
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes estándares que son muy importantes cuando se trata de integrarlos para ofrecer un servicio convergente de mayor calidad. Si bien es cierto que hoy en día las empresas buscan eficientar sus servicios y productividad en concordancia con una economía global y digital, por medio de éstas y muchas otras posibles soluciones, ya que han visto grandes beneficios desde el aspecto tecnológico, productivo hasta en la competitividad a la hora de ofrecer algún bien o servicio al usuario final. Ahora, puedes continuar con la unidad 2. Seguridad en capas superiores y seguridad en la capa de red, en la que estudiarás: seguridad en los servicios, encriptación, protocolos de seguridad en capa 3 y la seguridad en VPN.
Para saber más
Para conocer más acerca de los transductores: o Consulta el libro de Häberle & Romano (1980) o Puedes encontrar mayor información de la evolución de las telecomunicaciones buscando en la red: Los Hitos de la Historia, que trata sobre el inicio del proceso de transmisión de la voz.
Acerca de un recorrido por la evolución de la telegrafía óptica, el siguiente mapa conceptual: http://goo.gl/9nMas.
Mayor información de señalización SS7 en los siguientes vínculos: o Aquí podrás encontrar un tutorial de sistema de señalización número 7 (SS7): www.pt.com o Sobre la señalización para el transporte de voz podrás apoyarte en la lectura de: Moreno J.I.; Soto, I; Larrabeiti, D. (2001). Protocolos de Señalización para el transporte de voz sobre redes IP. Tesis. Universidad Carlos III de Madrid. Madrid: ATI (Asociación de Técnicos de Informática).
Fuentes de consulta Fuentes básicas
Blake, R. (2004). Sistemas electrónicos de comunicación. México: Thomson. Caballar, J. A. (2007). VoIP la telefonía en Internet. España: Ediciones Paraninfo. Huidobro, J. M.; Conesa, Rafael (2006). Sistemas de telefonía, España: Thomson. Lloret J., García M., Boronat F. (2008). IPTV, la televisión por Internet. España: Publicaciones Vértice S.L.
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Stalling, W. (2004). Redes e Internet de alta velocidad: rendimiento y calidad de servicio. España: Pearson. Stallings, W. (2004). Comunicaciones y redes de computadoras.2ª. ed. España: Pearson. Tanenbaum, A. (2003). Redes de computadoras. México: Pearson Educación. Verón, J. (2009). Prácticas de Servicios en Red y aplicaciones web. España: Julián Verón Piquero.
Fuentes complementarias
Bannister, J; Mather, P.; Coope, S. (2004). Convergence Technologies for 3G Networks: IP, UMTS, EGPRS and ATM. England: John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester. Cobo, C, R.; Pardo, K. H. (2007). Planeta Web 2.0. Inteligencia colectiva o medios fast food. Barcelona / México DF.: Grup de Recerca d'Interaccions Digitals, Universitat de Vic. Flacso México. Couch, L. W (2008). Sistemas de comunicación digitales y analógicos. México: Prentice Hall Häberle, H; Romano, J. (1980). Electrónica de telecomunicaciones. España: Editorial Reverté. Hens, F.; Caballero, J. (2008). Triple Play: Building the converged network for IP, VoIP and IPTV. England: John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester. Magaña, E.; Izkue, (2003). Comunicaciones y redes de computadores. España: Pearson Educación. Soto, J.I.; Larrabeiti, I. D. (2001). Protocolos de Señalización para el transporte de voz sobre redes IP. Tesis. Universidad Carlos III de Madrid. Madrid: ATI (Asociación de Técnicos de Informática).
Fuentes electrónicas
Converteworld (2014). Luminancia. Retomado de: http://www.convertworld.com/es/luminancia/ Efectohd (2008). El misterio del pixels aspect radio. 21/01/2008. Consultado en: http://www.efectohd.com/2008/01/el-misterio-del-pixel-aspect-ratio-una.html IEEE (2014). Global history network. Consultado en: http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Special:Home, http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/IEEE_History ITU (1986). Informe 484-2. Relación señal de imagen/señal de sincronismo. ITU. Consultado en: http://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-BT.484-2-1986-PDF-S.pdf Musiksistemas (2009). ¿Qué es Luminancia y crominancia? Consultado en: http://musiklms.blogspot.mx/2009/07/que-es-luminancia-y-crominancia.html Universidad de Extremadura. (2005). Sistemas de Telegrafía Óptica. IHMC Cmaptools. Consultado en:
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Redes convergentes Unidad 1. Servicios convergentes
http://grupoorion.unex.es:8001/servlet/SBReadResourceServlet?rid=1142768767433_2619079 01_7133&partName=htmltext Wikitel (2013). Normas ETSI. Comisión del mercado de las telecomunicaciones. Barcelona: 24/04/2013. Consultado en: http://wikitel.info/wiki/Normas_ETSI
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