Integrantes:

Frank Bobbio

Roddy Chávez

Universidad Ricardo Palma

Facultad de Ingeniería Electrónica

Programa de Titulación

Noviembre de 1999

El Objetivo del presente trabajo es describir la problemática y alternativas de solución relativas al tráfico multimedia (voz, video y datos) en redes de banda ancha. Este trabajo pretende describir las características y el tratamiento de las fuentes de tráfico multimedia sobre redes de banda ancha, con tecnología ATM.

En el capitulo I se hace una descripción de las redes ATM así como su capacidad de transferencia de tráfico multimedia y los modelos de tráfico ATM existentes y sus aplicaciones. En los capitulo II,III y IV se hace una descripción de las fuentes de tráfico de voz, video y datos respectivamente explicando sus aplicaciones así como sus características y modelos de tráfico. En el capitulo V se hace una descripción de 3 aplicaciones multimedia diferentes que utilizan ATM como medio de transferencia y conmutación. En el capitulo VI se enumeran las conclusiones y trabajos futuros. En el apéndice A se muestra una tabla comparativa sobre las diferentes capacidades multimedia de las tecnologías de redes de Banda Ancha. En el Apéndice B se muestra una lista de recomendaciones ITU-T concernientes a ATM. En el Apéndice C se tienen un glosario de términos de los acrónimos utilizados en el trabajo y finalmente en el apéndice D se han adjuntado los catálogos comerciales de los equipos que han sido utilizados en las aplicaciones explicadas en el trabajo. Finalmente se muestra la bibliografía respectiva.

Los sistemas distribuidos de multimedia en tiempo real nos han llevado al concepto de Multimedia Empresarial, que seria aquel en el cual existe un medio basado en computadoras y redes de comunicación, que garantiza a los usuarios la comunicación de sus ideas en su forma más eficiente y efectiva, ya sea texto, imágenes, gráficas, sonido o vídeo. Para llegar a la Multimedia Empresarial hay que tener en cuenta que las aplicaciones multimedia, sobretodo la voz y el vídeo, imponen requerimientos muy rígidos sobre el tiempo de transferencia de datos dentro de una red. El tiempo de acceso, el ancho de banda y los parámetros de retardo en la transmisión son parámetros que hay que tener en cuenta para lograr proveer los diferentes servicios a los distintos usuarios de la red.

Los requerimientos que imponen las aplicaciones multimedia a las redes implican que:

Cada unidad de información enviada por la fuente debe ser recibida por el destino dentro de un tiempo razonable, menor que un máximo permitido.

Las perdidas deben encontrarse dentro de los límites aceptables.

Se deben proveer facilidades para que los servicios multimedia se diseminen fácilmente por la red.

 

En segundo lugar los protocolos de red tradicionales son ineficientes para aplicaciones multimedia debido a la ineficiencia en una de estas dos características:

Reserva del ancho de banda: Las redes basadas en paquetes, proveen un servicio FIFO (First In First Out), sin ninguna forma de predecir en que orden se va a enviar la información. Mas aun estas tecnologías mantienen una tasa variable de transferencia de datos, lo cual no es admisible en sistemas multimedia.

Soporte de Multicast: Esto implica sobrellevar los inconvenientes que tiene la transmisión con replicas cuando hay varios destinos para la misma información multimedia (punto - multipunto).

 

 

Tipo de tráfico Multimedia

Para poder diseñar una red, hay que hacer primero una análisis del tipo y la cantidad de tráfico que va a viajar por la red (llamado también ingeniería de tráfico), por que como es de suponer el ancho de banda consumido varía de acuerdo al tipo de tráfico.

Independientemente del tráfico, en una comunicación existen silencios donde no se transmiten información con lo cual haríamos ineficiente el uso del medio de transmisión si se dedicara siempre el máximo ancho de banda consumido para cada tipo de servicio. En la practica, muchas veces se emplean técnicas de compresión para disminuir el consumo de recursos.

Por eso, el ancho de banda dependiente del tráfico, es variable en el tiempo. Lo cual es una ventaja y a la vez una desventaja, puesto que se aprovecha mejor el canal de transmisión haciendo lo que se llama multiplexación estadística en el tiempo (Se hace él calculo del consumo de acuerdo al promedio y no al consumo máximo), pero se complica el análisis de los recursos consumidos en la red. Para estudiar el tipo de tráfico se han diseñado dos medidas básicamente: Consumo promedio y relación pico promedio. Por lo que se requiere un estudio un poco más profundo por cada tipo de tráfico, típicamente transferencia de archivos y texto, voz y vídeo.

Este es un tipo de tráfico que requiere una transparencia semántica mas no una transparencia temporal, es decir que no tiene limitación tan estrictas de demora en su transferencia, pero la información debe llegar siempre a su destino, este tipo de tráfico se denomina no isocronico.

Este tipo de información y en general los datos viajan regularmente en ráfagas (un tiempo de actividad y otro de silencio), pero el ancho de banda consumido por este tráfico depende básicamente de la aplicación.

El sonido digital se logra haciendo un muestreo de una señal análoga, en intervalos de tiempo fijos, almacenado la amplitud de cada muestra en forma binaria.

Además se emplean técnicas de compresión como es u-Law (en Estados Unidos) A-law (en nuestro país) que codifican las muestras en 8 bits. Una grabación digital se compone de muestras comprimidas y no comprimidas. El almacenamiento, recuperación, procesamiento y comunicación del sonido tiene restricciones cualitativas y cuantitativas para poder lograr la calidad deseada del servicio. Estas restricciones determinan cuales son los requerimientos de tiempo real para poder prestar el servicio.

Este tipo de tráfico es denominado "Tráfico isotónico", que requiere una transparencia en el tiempo, mas no semántica, si se pierde algo de información en el camino se puede recuperar por el contexto desde que no sea mucha información.

El vídeo es la representación de mas de 16 cuadro por segundo para que parezca una animación, si embargo la diferencia entre cuadro y cuadro casi nunca es grande (excepto en cambio de escena) luego seria un desperdicio enviar siempre toda la información, lo que ha generado distintas técnicas de representación del vídeo, desde tasas que van de 64 kbps a varios Mbps, dependiendo de la técnica de compresión y de la calidad deseada por ejemplo, H.261 tiene una tasa continua de p * 64 kbps, con p variando entre 1 y 30; DVI de Intel tiene una tasa fija de 1.2 Mbps; la tasa de MPEG es aproximadamente 1.5 Mbps; La tasa de MPEG II se encuentra en el rango de 4 a 8 Mbps. La complejidad de la codificación y de la compresión del vídeo hace que sea más difícil garantizar una tasa constante cuando la salida esta siendo alimentada. Ya que la codificación tiene en cuenta la iluminación y la cromática por pixel, mientras que la técnica de compresión se basa en las diferencias relativas que existen entre cada escena. La reproducción del vídeo requiere una secuencia correcta y una sincronización entre los siguientes procesos: decodificación, reconstrucción del vector de movimiento para los marcos de referencia, decodificación e incorporación de los términos de error. Estos procesos deben estar sincronizados para mantener una tasa de salida constante, la cual es medida en cuadros por segundo.

1. Concepto de Redes ATM

ATM ( Asyncrhonous Transfer Mode ) es una técnica de transferencia rápida de información binaria de cualquier naturaleza basada en la transmisión de celdas de longitud fija, sobre las actuales redes plesiócronas (PDH) y/o síncronas (SDH) y también en soporte nativo.

Debido a su naturaleza asíncrona un flujo de celdas ATM puede ser transportado de forma transparente como una serie de bytes estandarizados, tanto en una trama PDH como en un contenedor SDH, de esta manera no es necesario realizar grandes en infraestructuras de red.

Al basarse en paquetes de longitud reducida y fija, ATM simplifica en gran medida el diseño de los conmutadores, se reduce el retardo de proceso (puede efectuarse por hardware) y se disminuye su variabilidad, lo que resulta esencial para aquellos servicios sensibles al mismo, como los de voz o vídeo. Las celdas con una longitud fija también simplifican el uso de buffers de longitud fija para gestionar las congestiones y por extensión técnicas de control más sencillas.

Tal como se muestra en la figura 1 la celda ATM consta de una Cabecera Que es analizada y tratada físicamente por los nodos de red para encaminar la carga entre terminales de forma transparente. Y un campo de información de 48 bytes que constituye la carga útil en la que se inyectan dinámicamente los bloques de información generados por los terminales.

Fig . 1 Formato Genérico de una celda ATM

La cabecera consta de dos campos independientes ( VPI-VCI ) que identifican a la celda en la conexión virtual a la que pertenece. Antes de la emisión de una celda se establece una conexión virtual extremo-a-extremo mediante un procedimiento de control que acepta o rechaza la misma, en base al grado de servicio solicitado y otros parámetros definidos por el usuario.

Fig.2 Formato de una celda ATM en la UNI y NNI

El modelo para ATM de la RDSI-BA, véase la figura 3, consta de 3 niveles:

Capa de Adaptación AAL ( ATM Adaptación Layer ).

ATM o segundo nivel.

Capa de Transporte Físico.

 

Fig.3 Arquitectura ATM

En la Figura 4 (A,B) se muestran las funciones de las capas la arquitectura ATM

Fig.4 Funciones Básicas de las capas ATM

La transferencia de información en redes ATM se estructura en dos niveles: trayectos virtuales y circuitos virtuales. Tal como se muestra en la figura 5.

el campo VPI ( Virtual Path Identifier ) identifica un trayecto virtual .

el VCI ( Virtual Channel Identifier ) identifica un canal virtual.

 

Fig.5 Conexiones virtuales en ATM

El encaminamiento de una celda desde su origen hacia su destino se lleva a cabo según su VCI, establecido únicamente durante el tiempo de la conexión entre las estaciones; cuando sobre un mismo enlace físico existen múltiples canales virtuales con un mismo destino, éstos se agrupan en un trayecto virtual ( ruta ) identificado por su VPI.

Fig.6 Encaminamiento virtual

2. Calidad de Servicio y Funciones de Control.

El retardo variable es habitual en las redes locales, debido a que cada método de red puede utilizar un tamaño de paquete distinto. ATM divide los paquetes largos para adaptarlos a su tamaño fijo de celda y los envía por el canal de datos; estos son reensamblados en el otro extremo como se muestra en el gráfico a continuación:

Las cinco capas de adaptación ATM ( AALs) son las encargadas de adaptar el flujo de señales binarias generadas por los terminales para poder ser tratadas por los conmutadores ATM, segmentandose en bloques de 48 bytes y reagrupándolos después, es importante entender que AAL no es un proceso propio de la red. En función de las características del tráfico a manejar, existen en cinco capas de adaptación:

La calidad de servicio de una conexión está relacionada a la pérdida de celdas, el retardo y la variación de retardo en que incurren las celdas pertenecientes a esa conexión en una red ATM. Para ATM, la calidad de Servicio de una conexión está estrechamente ligada al ancho de banda que esta usa.

La garantía de esa calidad de servicio depende de la capacidad de los procedimientos de control de congestión y gestión de tráfico implementados en los conmutadores. Y dado que una red de operador ha de soportar tráfico de muchos usuarios a múltiples niveles de QoS, no resulta nada fácil mantener el control sobre el tráfico agregado.

Clases de servicios ATM

Las redes ATM transfieren información no de una forma única, sino mediante un cierto número de modos de transferencia distintos. Los modos Deterministicos o DBR ( Deterministic Bit Rate ). Adecuados para fuentes que generan información a una tasa constante (CBR), reservando en la red recursos de ancho de banda equivalentes a esa tasa constante. Los Modos Estadisticos o SBR ( Statitiscal Bit Rate ). Adecuados para fuentes que generan información a una tasa variable (VBR), reservando la red recursos equivalentes a la "media" de la tasa de generación de información. Los modos de Tasa de red Disponible o ABR ( Avaliable Bit Rate ). Adecuado para aquellas fuentes que generan la información en ráfagas separadas por periodos de silencio. Aquí toda la velocidad no utilizada de la red en cada trayecto puede ser usada en cada una de las fuentes que sean transportadas por ABR en ese trayecto de modo como ocurre en redes de área local de tipo Ethernet, de forma que se consigue una elevada ganancia estadística, un bajo retardo de transferencia y un bajo costo.

Existe un ultimo modo de transferencia de bloques o ABT. ( Avaliable Block Transfer). Se orienta al mismo tipo de fuentes que ABR pero difiere de éste en que, antes de transferir una determinada ráfaga de datos, la fuente debe solicitar permiso a la red, la cual, en caso de existir recursos para satisfacer la petición, autoriza la transferencia de esa ráfaga. Se persigue por tanto conseguir ganancia estadística mediante técnicas de compartición en el tiempo análogas a TDMA.

A continuación mostramos un cuadro con las clases de servicio ATM:

El objetivo de ganancia estadística es acomodar todas las fuentes de tráfico sobre el mismo circuito obteniendo los mejores resultados en performance y cantidad de circuitos.

Las celdas entrantes compiten por los intervalos o ranuras de tiempo disponibles en el medio físico utilizado. Si no hay ningún espacio disponible, la celda se pone en cola en el nodo ATM. La formación de colas introduce retrasos variables en las celdas a través de la red, dependiendo de la densidad de tráfico. Debido a este retraso variable de las celdas y su ubicación, se dice que el modo de transferencia de las celdas es asíncrono.

En un momento dado, el enlace ATM soportará diferentes servicios utilizando la multiplexación estadística, mediante la cual el canal de transmisión nunca se desaproveche por no haber nada que enviar en un instante. En una aplicación multimedia, por ejemplo, algunas de las celdas más rápidas pueden contener sólo datos. Otras pueden contener señales de vídeo y otras partes de una comunicación de voz. Como la voz sólo requiere una velocidad de transmisión de 64 Kbps, estas celdas se pueden separar bastante entre sí. Todos los paquetes, que son de la misma longitud, se juntan en un multiplexor y se envían por la red. El canal siempre estará ocupado, unas veces con la voz (las menos), otras con datos y otras con vídeo. Para el receptor, todas las señales llegan a su estación de trabajo en un tiempo suficiente como para ser usadas a la vez.

Mecanismos de Control de Tráfico

En una red ATM se necesita tener capacidades para controlar el tráfico dando cabida a las distintas clases de servicios y a superar posibles errores que se pueden producir dentro de esta en cualquier tiempo. Existen acciones emprendidas por la red para evitar la congestión, minimizar la intensidad, extensión y duración de esta si se ha producido y hacer posible la conmutación de celdas y encaminamiento rápido.

Los objetivos de dicho control son:

La capa ATM debe permitir un número suficiente de clases de QoS para todos los servicios de la red.

No debe depender de protocolos AAL ni de protocolos de capa superior que sean específicos de la aplicación.

Minimizar la complejidad de la red y del sistema final, maximizando la utilidad de esta.

La red debe tener las siguientes capacidades para controlar el tráfico:

Recursos de dirección de la red

Control de admisión de una conexión

Uso de parámetros de control y de parámetros de control de red

Control de Prioridad

Control de Congestión

Calidad de Servicio QoS

Control de admisión de una conexión (CAC)

El control de admisión de una conexión es la colección de acciones tomadas por la red durante la fase de instalación para establecer si un camino/canal virtual puede ser aceptado por la red.

Una conexión solo puede ser establecida si los recursos disponibles de la red son suficientes para establecer la conexión con la calidad que requiere el servicio. La calidad de servicio de los canales existentes no debe ser afectada por la nueva conexión.

Parámetros de control de usuario y Parámetros de control de la red

El uso de parámetros de control (UPC) y los parámetros de control que tiene la red (NPC) hacen la misma función en diferentes interfaces. La función de los UPC es desarrollada en las interfaces del usuario, mientras que la función de los NPC se realiza en los nodos de la red. El propósito principal de los UPC/NPC es proteger los recursos de la red ante la producción de una sobrecarga en una conexión, detectando violaciones en los parámetros asignados y tomando las medidas oportunas, ya que se puede llegar a afectar la calidad de servicio de otra conexión ya establecida. Una vez el CAC acepte la conexión, la supervisa para determinar si el tráfico está en concordancia con el contrato de tráfico.

El propósito fundamental de la función de vigilancia es forzar que cada conexión ATM cumpla con el contrato de su tráfico negociado. Todo esto se hace a través del UPC/UNC (Usage Parameter and Network Parameter Control) en la interfaz usuario-red (UNI User-Network Interface) y en la Interfaz red-red (NNI Network-Network Interface).

Un algoritmo UPC/NPC debería exhibir las siguientes funciones principales:

Capacidad de detectar cualquier situación ilegal de tráfico.

Tiempos de respuesta rápidos en caso de violaciones de parámetros.

Simplicidad de implementación.

 

Control de prioridad

Se presenta cuando el UPC rechaza celdas de baja prioridad para proteger las prestaciones de celdas de alta prioridad. Los paquetes de ATM tienen un bit de prioridad de pérdida (CLP) en la cabecera del paquete así el cual puede tomar por lo menos dos valores diferentes. Una conexión sencilla de ATM puede tener ambos valores cuando la información transmitida esta clasificada en partes mas o menos importantes.

Control de Congestión

El control de congestión es un estado de los elementos de la red en el cual el tráfico sobrepasa los recursos de la red y esta no es capaz de garantizar la calidad de los servicios a las conexiones establecidas. El control de congestión es un medio de minimizar los efectos de la congestión impidiendo que estos se propaguen. Puede emplear CAC y/o UPC para evitar situaciones de congestión. Por otro lado el tráfico best-efort del tipo ABR utiliza celdas RM (Resource Manager) para adaptarse a los recursos de la red.

3.Conceptos de Modelos de Tráfico

Los modelos de tráfico son la parte mas importante para la evaluación y eventual simulación de la performance de cualquier red de telecomunicaciones, un estimado preciso de la performance de una red es un elemento critico en el éxito de una red de banda ancha. Por lo tanto los modelos de tráfico, deben ser muy precisos en la forma de capturar las características estadísticas del tráfico actual. Técnicas de modelamiento de la performance son necesarias para determinar que técnicas de control de congestión deben utilizarse en redes ATM.

Las fuentes de tráfico o fuentes de información pueden clasificarse en varios tipos según sus características[Ref.2]:

- Fuentes que generan información a una tasa constante y que requieren la transferencia al otro extremo en tiempo real. Como por ejemplo:

Telefonía a 64 kbps.

Vídeo comprimido a px64 Kbps según el estándar H320.

 

- Fuentes que generan información a una tasa variable y requieren la transferencia al otro extremo en tiempo real como por ejemplo:

El vídeo comprimido con calidad constante y velocidad variable

La voz comprimida con eliminación de silencios.

 

- Fuentes que generan información a una tasa variable ( a menudo en ráfagas de información separadas por periodos de silencio ) y que no requieren la transferencia al otro extremo en tiempo real como por ejemplo:

Tráfico de Internet

Correo electrónico

Transferencia de archivos

 

ATM presenta un comportamiento diferenciado en cada una de las tres escalas de tiempo consideradas: llamada, ráfaga y celda

Tipos de Modelos de Tráfico

Los modelos de tráfico en telecomunicaciones pueden ser estacionarios y no estacionarios. Los modelos estacionarios se pueden clasificar en general en 2 clases: los modelos dependientes de corto alcance, que incluyen a los procesos de Markov así como modelos de regresión. Estos modelos de tráfico poseen una estructura de correlación que es significativa para periodos relativamente cortos. Por otro lado están los modelos dependientes de largo alcance como Promedio De movimiento integrado autoregresivo fraccional (F-ARIMA) o "Fractional Autoregressive Integrated Moving Average" que es su significado en ingles. Además esta el movimiento Marginal Fracional o en Ingles "Fractional Brownian motion". Los cuales tienen correlaciones significativas aun para largos periodos.

Los modelos clásicos

Modelos de tráfico para fuentes de datos

Modelos de tráfico (dependencia de Markov)

En muchas situaciones, las actividades de una fuente pueden ser modeladas por un numero finito de estados. La figura muestra uno el modelo de estado finito usado comúnmente en voz para telefonía. Ene este modelo una fuente de voz puede estar en estado ocupado o desocupado. Cuando esta en estado ocupado esta solo transmitirá paquetes durante la actividad de conversación. En general, si incrementamos el numero de estados Obtendremos un modelo mas exacto pero mas complejo [Ref.1].

La propiedad de Markov implica que el futuro depende del estado actual y no de los estados previos ni del tiempo que ya ha transcurrido en el estado actual. Esto restringe a la variable aleatoria, que describe transcurrido en un estado como una distribución geométrica en el caso discreto y una distribución exponencial en el caso continuo.

En un modelo de tráfico de Markov simple, cada transición de estado representa una nueva llegada. Por lo tanto, los tiempos entre llegadas están distribuidos en forma exponencial (por ser de tiempo continuo), y su periodo depende del estado de donde ocurre la transición.

Modelos ON-OFF y IPP

El modelo de fuente ON-OFF (o prendido – Apagado en español) mostrado en la figura es uno de los modelos de fuente mas populares para voz En este modelo, los paquetes son solo generados durante ráfagas de conversación (estado ON) con tiempos fijos entre llegadas. Los tiempos utilizados en los estados de ON y OFF son de distribución exponencial con una medianas y respectivamente. Para el modelamiento de este tipo de fuentes se debe tener en cuenta 3 parámetros, la tasa pico "P", la tasa media "A" y el promedio de tamaño de la ráfaga "B" de forma que el valor A/P conocido como la tasa media-a-pico denota la característica de ráfaga de la fuente, mientras mas pequeño es el valor mayor será su característica de tráfico tipo ráfaga. Los parámetros se relacionan de la siguiente manera[Ref.10]:

B=

P=1/T (T= Periodo que demora en trasmitir una celda)

A=P */(+)

La unidad de tiempo de este modelo es el tiempo que demora en transmitir una celda sobre el enlace, esto dependerá de la velocidad del enlace.

El modelo IPP (Interrupted Poisson Proccess) o proceso de Poisson interrumpido mostrado en la figura es también un proceso de 2 estados. Las llegadas solo ocurren en el estado activo de acuerdo con una distribución de Poisson con tiempo entre llegadas .

Modelo MMPP ( Markov Modulated Poisson Process )

El modelo MMPP obedece a un proceso doble estocastico, este utiliza un proceso auxiliar de Markov en el que el estado actual del proceso de Markov controla (o modula) la distribución de probabilidad del tráfico.

El MMPP utiliza el proceso de Poisson como un mecanismo de modulación como lo muestra la figura en este modelo, mientras estamos en el estado , las llegadas ocurren de acuerdo a un proceso de Poisson con tasa. La introducción del proceso MMPP permite el modelamiento de fuentes de tiempo variable mientras mantenemos la solución analítica de performance colas relacionadas.

Nótese que un proceso MMPP con M+1 estados puede ser obtenido por la superposición de M fuentes IPP indenticas e independientes. El modelo MMPP puede modelar una mixtura de tráfico de voz y datos, de esta forma las llegadas de paquetes de voz mientras que estamos en el estado k se asumen de tipo Poisson con una tasa . Si los paquetes de datos son también de tipo Poisson con una tasa .La tasa resultante del estado será [Ref.1].

Modelo de fluidos modulados por cadenas de Markov (Markov Modulated Fluid Models)k

La siguiente figura es de un proceso de nacimiento-muerte es un ejemplo simple que verifica la propiedad de autocovarianza con exponencial negativa. En este modelo, la tasa en el estado i es iA, donde A se define como el paso de cuantización. El modelo no captura exactamente la autocorrelación de los datos empíricos, ya que sólo se permiten transiciones entre estados adyacentes, pero si tuviéramos que tomar en consideración todas las transiciones (necesarias cuando se produce un cambio brusco en la tasa, de más de un nivel), la complejidad de cálculo se haría prohibitiva.

Para mejorar la respuesta del modelo ante los saltos bruscos, algunos autores se proponen una extensión bidimensional de la cadena, de manera que existen dos pasos de cuantificación (Uno grande, Ah, y otro pequeño, Al. Para identificar los estados del modelo, se definen unos índices i y j, 0 i < M, 0 < j< N, de manera que la tasa total generada es jAh+ iAl. La figura a continuación muestra el caso en que M=1,N=Np.

Modelos regresivos

Los modelos regresivos se caracterizan por predecir la siguiente variable aleatoria de la secuencia, a partir de los valores anteriores, que se encuentran dentro de una "ventana móvil", y de ruido blanco.

Modelos autoregresivos (AR)

El modelo autoregresivo (AR) de orden p, denominado AR(p), tiene la forma[Ref.10]:

Se puede demostrar que la autocorrelación del proceso AR(p) será, en general, una exponencial, lo que indica que los modelos autoregresivos presentan dependencia a corto plazo, Los modelos AR(p) son especialmente adecuados en el caso de videoconferencia, ya que dicho servicio genera imágenes que no varían mucho (codificadores VBR).

Este modelo (con distribución gaussiana) no puede capturar cambios bruscos o discontinuidades. De ahí la flexibilidad de los modelos modulados; así se podría considerar un modelo en el que una cadena de Markov module el proceso AR y permita capturar los cambios. Esto permitiría capturar los picos producidos en la señal VBR cuando hay cambios de escena (especialmente numerosos en codificadores diferenciales o predictivos, como puede ser el MPEG).

Modelos autoregresivos modulados por Markov

Los modelos autoregresivos mas conocidos son los de media móvil (ARMA) y Los modelos autoregresivos de media móvil integrada (ARIMA) que son una extensión del ARMA. Estos tienen una forma general[Ref.10]:

Aquí se tienen 2 procesos AR independientes, El último término, VnCn, es el producto de una cadena de Markov de 3 estados y una variable independiente de distribución normal. Este término permite capturar los picos producidos en la señal VBR cuando hay cambios de escena

En resumen, aunque es fácil estimar los parámetros del modelo AR, el hecho de que la autocorrelación decaiga exponencialmente no permite capturar funciones de autocorrelación que decaigan a un ritmo menor. Los procesos AR con distribución gaussiana no pueden capturar correctamente las señales VBR, ya que decaen más lentamente.

Hemos visto, hasta ahora, modelos de tráfico que tenían en común que la autocorrelación decaía exponencialmente; es decir, que la dependencia de la señal consigo misma solo se da en un margen corto de tiempo. Sin embargo, medidas realizadas sobre tráfico real han llevado a cuestionar la validez de estos modelos, y se ha detectado que la autocorrelación decae a un ritmo menor. Por ello se han adoptado nuevos enfoques y modelos.

Modelo Fractal Autosimilar o Autosemejante

El tráfico de Ethernet así como el de redes de área local (LAN) e Internet así como el tráfico de video de tasa de bits variable (VBR) típico de video conferencia, presentan características autosemejantes o fractales, es decir, los tiempos de llegadas de paquetes exhiben dependencia a largo plazo. Es decir autocorrelación que se extiende a varias escalas de tiempo. En contraste con la dependencia a corto plazo de Poisson.[Ref.10]

H es el parámetro de Hurst, que da una medida de "lo autosimilar" que es el proceso. El grado de autosemejansa de una serie temporal puede expresarse por este único parámetro que indica la velocidad de decaimiento de la función de autocorrelación de la serie. Para series autosemejantes H tiene el siguiente rango[Ref.9]:

½ < H < 1

a medida que H tiende a 1 el grado de autosemejansa aumenta por lo tanto el grado de autosemejansa se reduce a comprobar si H es significativamente distinto de ½. Una de las características fundamentales del tráfico Autosemejante es que no existe un tamaño típico de ráfaga, por lo que al agregar varias fuentes no se obtienen patrones de tráfico cada vez mas suaves.

Existe una necesidad de modelar los elementos de telecomunicaciones para planeamiento y diseño de redes así como la investigación de mecanismos de control de congestión. Tradicionalmente era suficiente modelos tráfico de voz para redes telefónicas y tráfico de datos para redes de computadoras. Con la aparición de las redes ATM, apareció una mixtura de voz, datos, video e imágenes en la red por lo tanto actualmente el modelamiento de tráfico multimedia presenta una seria dificultad. Las fuentes pueden tomar ventaja de la habilidad del ATM para entregar ancho de banda por demanda soportando tráfico de tasa de bits variable. En particular los esquemas de codificación de video producen tráfico de tasa de bits variable tipo ráfaga. Mientras existen muchos esquemas de codificación propuestos[Ref.2].

Análisis y Caracterización de una fuente

La voz ha sido caracterizada por una fuente de tasa de bits constante, pero esto ha sido mas por la tecnología que por la tasa de transferencia de información. El método normal para distinguir las señales de voz es limitando la señal a una banda desde 100Hz hasta 3400 hz y luego haciendo un muestreo a 8Khz. Cada muestra esta luego dada por 8 bits, para producir una tasa de bits de 64Kbps. Una llamada de voz entre 2 personas será silencio cerca de la mitad del tiempo en ambas direcciones, A menos que ambos hablen juntos. Es también posible remover los silencios entre palabras y esto dará como resultado el modelo estándar comúnmente usado. Es posible lograr una compresión del 35% al 40% usando ambas técnicas para remover silencios (tiempo de escucha y silencios entre palabras) . El modelo resultante puede ser descrito como una cadena de Markov de dos estados ON-OFF.

El Vídeo así como la voz son por naturaleza por ráfagas pero pueden ser manipulados para dar una tasa de bits constante de salida. En el caso del vídeo, para obtener la máxima eficiencia de una red ATM solo el monto de información real debe ser enviado. Este monto cambiara en la medida que el contenido de la información de la imagen también cambie y por lo tanto se espera una tasa de bits variable en la salida del decodificador (codec). Una fuente de tasa de bits constante puede ser usada en la simulación de una fuente de video pero en la practica los movimientos bruscos producen altos niveles de información a transferir (alta tasa de transmisión de bits) mientras que los movimientos lentos y suaves producen pequeños cambios en la imagen de cuadro a cuadro y por lo tanto bajas tasas de velocidad transmisión en bits.

Muchas veces es difícil distinguir las fuentes en las redes ATM. La performance en la red se hace difícil y subsecuentemente es difícil conseguir garantizar la calidad de servicio (QOS). Sin embargo la calidad de servicio (QOS) para fuentes de tasas de bit constantes (CBR) puede ser mas fácil de garantizar que aquellas de tasas de bit variable (VBR). Esto es lo que hace un codificador de dos niveles. Un nivel tiene una tasa de bits constante, y este es llamado el nivel básico (o base layer), y entrega una calidad de servicio mínima al usuario. El segundo nivel es un nivel mejorado con respecto del nivel básico y es por naturaleza de tipo ráfaga (bursty). Se espera que el nivel básico logre muy bajas tasas de perdida, posiblemente errores de bits (BER) del orden de 10E-9 y esto puede obtenerse mientras el nivel es de mayor o menor de tasa de bits constante. El nivel mejorado puede tolerar mayores perdidas degradando lentamente la calidad del vídeo. La relevancia de la calidad del vídeo de los codificadores de vídeo de uno o dos niveles esta sujeta a la codificación implicada en los codificadores, el ancho de banda disponible y la probabilidad de perdida de celdas (CLP). La data empírica en la que los modelos están basados ha sido generada usando algoritmos implementados internamente[Ref.2].

Tipos de tráfico para modelamientos recomendados por CCITT-ITU

En el siguiente gráfico mostramos las características recomendadas por la CCITT-ITU para modelar los diferentes tipos de tráficos basados en un modelo ON-OFF.

1. Introducción

El máximo retardo de transferencia es crítico principalmente en el caso de las conversaciones. Uno de los motivos es debido al problema del eco. Aunque en los casos en los cuales el eco no causa problemas o se utilicen supresores de eco, cada uno de los interlocutores de una conversación normalmente espera a que el otro interlocutor termine su intervención para iniciar la suya; si el retardo de transferencia es demasiado alto entonces la conversación comienza a experimentar rupturas llegando a un punto tal que la conversación se hace imposible. Un retardo mayor de 200ms hace que sea incomoda la conversación. Los patrones de telefonía establecen 40ms para distancias continentales y 80ms para distancias intercontinentales. Como es lógico estos tiempos se hacen más críticos en aplicaciones que exigen tiempo real

La técnica de multiplexación TDM ( Time División Multiplex ) utilizada en la transmisión de señales vocales a través de la red telefónica, resulta adecuada para el tratamiento de la voz procedente de distintas fuentes. Esto es debido a su método de sincronización, que asigna espacios de tiempo específicos y fijos a cada una de las conversaciones en curso. Pero por esta misma razón, existe una pobre utilización del ancho de banda disponible, por ejemplo: si existen silencios en la conversación, estos espacios libres no pueden ser asignados a otra llamada en curso y, por lo tanto, se desaprovechan.

Esta falta de eficiencia condujo al desarrollo de otras técnicas, como la conmutación de paquetes, que al asociar una dirección y un campo de control a cada paquete de información permite que pueda ser asignado por la red a cualquier espacio libre dentro de la trama, recuperándose en el destino. Pero esta técnica tampoco resulta muy conveniente para la voz, ya que se efectúa a costa de sufrir un retardo no predecible.

La incompatibilidad entre distintas tecnologías condujo, en la década de los setenta, al desarrollo por el CCITT ( ahora ITU-T ) de otra totalmente diferente, denominada RDSI de banda estrecha. Gracias, como muestra la figura 1 , al sorprendente desarrollo continuado que tuvo la microelectrónica. Los chips de memoria impulsaron esta tecnología, multiplicándose cada tres años su densidad de integración. Su proceso de desarrollo no tiene, por ahora, limitaciones y se prevé una densidad de integración extremadamente elevada, con altas velocidades de procesamiento, dimensiones ultra compactas y aun mayor conveniencia económica.

El problema de ineficiencia inherente a la técnica TDM seguía aun presente, por lo que a mediados de la década de los ochenta el CCITT empieza a trabajar en una segunda generación de la RDSI, conocida como la RDSI de Banda Ancha o RDSI-BA (B-ISDN en inglés). Proponiendo el CCITT en su reunión de 1988 en Seúl, la recomendación de utilizar la tecnología ATM como base para RDSI-BA, capaz de constituir la auténtica red "todo servicio".

El problema fundamental que trata de resolver ATM es el soporte de cualquier tipo de información a distancias que pueden ser muy grandes (decenas de miles de kilómetros), y además, de una forma eficiente, es decir, que los costes asociados puedan ser suficientemente bajos.

La Incorporación de tráfico de voz a las WAN ATM es una tendencia general y una de las principales necesidades para la mayoría de las empresas (sobre todo de larga distancia), una buena parte de los responsables de redes ya han pensado en la posibilidad de incorporar los tráficos de voz a sus presentes o futuras WAN ATM.

La voz seria soportada en los puestos de trabajo por aplicaciones multimedia, con ATM tanto en los entornos locales como en la WAN corporativa. De hecho, hoy ya existen aplicaciones de datos de escritorio (Desktop) capaces de paquetizar la voz e integrarla en la transmisión de datos. Y si las LAN se interconectan a través de una red ATM, es posible disponer de voz y datos sin demasiadas complicaciones. Sin embargo, en estas circunstancias, la calidad de la voz estará por debajo de lo óptimo y habrá que renunciar a muchas de las prestaciones propias del tratamiento de llamadas que ya son comunes en las empresas.

Cuestiones similares surgen cuando se conectan redes de voz ATM basadas en LAN con redes de centralitas corporativas . El mayor reto en estos casos consiste en garantizar a las redes ATM las mismas funciones y prestaciones hoy están disponibles en los entornos de PBX, tales como envío de llamadas o remarcación. A corto plazo, el objetivo más realista consiste en migrar a ATM las actuales redes de voz privadas, basadas en multiplexación por división en el tiempo (TDM), implica la resolución de problemas que afectan, entre otras cuestiones a los circuitos virtuales conmutados, facturación y correo de voz.

2. Características del tráfico de voz

La voz y datos tienen diferentes demandas en las redes que los llevan. Las Ráfagas de datos necesitan ampliamente las cantidades variantes de Ancho de Banda y es típicamente muy tolerante al retardo gracias a los mecanismos de windowing (ventanas) de los protocolos de transmisión normalmente usados como por ejemplo el TCP-IP.

El tráfico de la voz, tiene una pequeña necesidad de Ancho de Banda continuo pero es muy sensible a retardo que normalmente se manifiesta en la calidad de audio degradada.

Por ejemplo, el eco se vuelve un problema si el retardo es más de 25 milisegundos (donde se tiene que agregar un supresor de ecos al circuito). Los Retardos de más de 75 milisegundos son notables a los participantes en una conversación; en 200 milisegundos, la calidad percibida está afectada. Aquí es el problema: Cuando los portavoces dejan de hablar, es que cada uno oye el silencio en la línea y equivocadamente toma esto como un signo de colgado del teléfono.

Las redes de conmutación de circuitos fueron usadas para el servicio de voz publica y privada de extremo-a-extremo teniendo un bajo retardo, típicamente unos 10 milisegundos o menos.

Las redes basadas en paquetes como el Internet, poseen un alto retardo de extremo-a-extremo. Una de las razones para esto es que Internet trata todo el tráfico igualmente: Los paquetes de la voz con retardos-sensibles esperan su turno en cola a los puertos congestionados junto con los datos del Ráfaga. De allí que en esta red en la practica utiliza un protocolo de transporte de tiempo real (RTP) y se proponga el uso de un mecanismo de reserva de recursos (RSVP)

ATM, en el contraste, se asegura esa voz y los datos consiguen el tratamiento que ellos necesitan habilitar de extremo-estación para pedir una calidad específica de servicio (QOS) cuando se prepara una conexión. QOS especifica cuánto se requiere de Ancho de Banda para una aplicación de extremo-estación y cuanto retardo puede tolerarse de extremo-a-extremo.

Si la red ATM acepta la QOS , entonces garantiza entregar las celdas en esta conexión dentro de el límite superior especificado para el retardo de extremo-a-extremo.

Otro reto técnico es el tratamiento de los retardos durante los procesos de transmisión de voz de extremo a extremo. Los retardos pueden aparecer al adaptar la señal de voz a las celdas ATM en la salida de la red.

ATM dispone de parámetros de calidad de servicio, denominados Cell Delay Variation Tolerance, diseñados para mantener al mínimo la variación de los retardos entre celdas. (CTD) es una combinación de retardos de propagación y retardos de procesamiento de nodo de red para encolamiento, conmutación y encaminamiento. Pero estos parámetros no han sido lo suficientemente probados en voz sobre ATM como para poder optimizar su empleo y saber a priori qué sucederá exactamente en entornos reales.

Una cuestión técnica adicional que puede ser resuelta fácilmente es el eco, digno de tener en cuenta cuando los retardos de extremo a extremo son superiores a 32 milisegundos. Para evitarlo, los operadores instalan canceladores de eco tan cerca de los usuarios como sea posible.

Lo que se busca es que el propio conmutador ATM pueda interpretar el canal de señalización de la centralita y crear canales conmutados para la transmisión de cada circuito de voz independientemente. El circuito va desde la centralita origen hasta la de destino sin la necesidad de pasar por ninguna centralita de tránsito externa.

Al igual que en el caso de FrameRelay, la red ATM puede conocer el número de llamadas de voz que hay en cada momento del tiempo y, por lo tanto, usar únicamente el ancho de banda necesario para su transmisión (el resto se reasigna a otros servicios).

Otras de las ventajas de esta aproximación es la capacidad de la red ATM de informar a las centralitas por el canal de señalización de como prosperan sus llamadas individualmente. Frente a estas notificaciones, una centralita puede decidir conmutar una llamada determinada por la red pública en caso de congestión en la red de transporte corporativa.

La conmutación de voz sobre ATM elimina la necesidad de grandes centralitas de tránsito existentes en las grandes redes de voz y hace más sencillas las tablas de encaminamiento con lo que la escalabilidad es mucho mayor (y mucho más económica)

Las características que permiten que un equipo pueda soportar voz sobre ATM son:

Cancelación de eco.

Detección y compresión de silencios.

Compresión de voz.

Priorización de voz y fax respecto de otros tipos de tráficos.

Clase de servicio VBR real-time.

3. Métodos de compresión y codificación

Sin tener en cuenta la técnica de la transmisión, la calidad de voz depende de varios factores los cuales son:

Elección del Algoritmo de compresión y el bit-rate del canal de voz.

El número de ciclos de compression/decompression

El retardo extremo-a-extremo (a menudo conocido como ' latency') y la variación en este retardo (' jitter')

La cancelación de eco.

La perdida o corrupción de la información debido a fallas en la línea de transmisión o a la congestión

Los algoritmos de compresión o codificación que se usan actualmente son :

ADPCM (PCM adaptivo diferencial)

CELP (predicción lineal de código excitado) derivativo.

 

Dos casos especiales de CELP han estado recibiendo mucha atención recientemente en aplicaciones de voz:

LD-CELP (CELP de bajo retardo), regularizado como ITU G.728, proporciona a la voz de calidad a 16 kbit/s con bajo retardo en la codificación decodificación.

CS-A-CELP (CELP de estructura-conjugada algebraica), regularizado como ITU G.729, proporciona una buena calidad sobre 8 kbit/s ligeramente más retardada en codificación y decodificación.

 

El siguiente cuadro compara los algoritmos de compresión en términos de MOS (mean opinion score) MIPS (Millones de instrucciones por segundo), ancho de banda y retardo:

La técnica G.729 (A-CELP), con un MOS de 3.92, es ligeramente mejor que el G.726 32 kbit/s ADPCM, con un MOS de 3.85. El algoritmo de compresión A-CELP trabajando conjuntamente con técnicas de supresión de silencio pueden dar una aceptable calidad de voz a aproximadamente 6Kbp/s sobre ATM.

Cuando el Frame relay es transportado sobre ATM, el overhead de paquetización tendría que ser tomado en cuenta mientras se proporciona una compresión tan alta como 8:1. ADPCM combinado con la supresión de silencio puede producir las proporciones de compresión entre 3:1 y 4:1.

Las ventajas en los distintos algoritmos de compresión dependen principalmente de los MIPS (Millones de instrucciones por segundo). Como se muestra en la tabla, A-CELP (G.729) requiere mas procesamiento que el ADPCM.G729A y a su vez este requiere menos procesamiento que el G729 con el mismo MOS.

Esto afecta significativamente el costo de implementación y densidad. Para la implementación de los algoritmos se requieren poderosos maquinas DSP, además, deben usarse las técnicas de procesos especiales para transportar tráfico de voz fiablemente por un canal comprimido ya que estos dispositivos fueron diseñados para canales de 64Kbps. Los recientes adelantos en la tecnología de DSP (Performance en términos de MIPs) habilitan un nuevo algoritmo de voz de con un bajo bit-rate (LBRV) para entregar una calidad de voz sumamente alta con un ancho de banda tan bajo como 8Kbt/s . Anteriormente, este nivel de calidad sólo era posible a través del uso de ADPCM a 32 kbit/s.

Las técnicas de compresión mas modernas actualmente usan entre 8 y 16 kbit/s para lograr una buena calidad de comunicación de voz. Otros algoritmos están disponibles por debajo de 8 kbit/s, pero la calidad de la voz se empieza a degradar significativamente o el retardo asociado se vuelve un problema.

Cabe señalar que al tener un mayor ciclo de compresión y descompresión de la voz existe la posibilidad de dañar la calidad, por lo tanto esto viene a ser un parámetro muy importante a tomarse en cuenta.

Para trabajar con voz sobre ATM los algoritmos mas usados son el CS-ACELP (G729) y el CS-ACELP Annex A (G.729 A) ambos con un retardo de 25 milisegundos y un ancho de banda de 8 Kbits/s.

4. Modelo de tráfico de una Fuente de Voz

El modelo de fuente de voz estándar es el de 2 estados: conversación y silencio. Durante los periodos de conversación, la fuente producen celdas a una cadencia de bits correspondientes a la voz. Durante los periodos de silencio no se producen celdas. La duración media de la conversación (o estado ON) es de algunos milisegundos. Para permitir a las celdas ser enviadas si no están completas el modelo es convertido al numero de celdas producidas en vez de tiempo en el estado "ON". Lo que se asume es que a pesar de que las celdas no están llenas, las celda aun asi debe ser enviada. Esto significa que en la conversión de tiempo a numero de celdas, el numero de celdas es redondeado hacia arriba hacia el siguiente máximo entero numero de celdas. Si el numero de celdas producido en este periodo es contado, se comprueba que este numero obedece a una distribución geométrica.[Ref.1]

EL silencio es esta compuesto de 2 partes, una de los silencios cuando escuchamos y la otra de los silencios entre palabras o sentencias. Por esta razón para representar correctamente la distribución del silencio, debemos tener 2 distribuciones. Sin embargo se demuestra que una distribución hyperexponencial puede modelar perfectamente al silencio.

El modelo Hyperexponencial esta compuesto por 2 distribuciones, una exponencial alta y una baja, en la practica encontramos que el promedio de silencio, es m=0.65 segundos. Esto esta dado por la distribución exponencial baja, que modela los silencios entre palabras, y la exponencial alta que modela los silencios durante los periodos de escucha.

De estos parámetros es posible caracterizar la distribución del silencio. La distribución Hiper-Exponencial relaciona estas variables con la desviación estándar

El modelo de la distribución hiper-exponencial resultante asume para un ingreso de voz de 64Kbps el cual si es puesto directamente la capa de adaptación ATM requerirá una tasa de bits de 71Kbps debido a los 5 bytes de overhead por cada 48bytes de datos. Sin embargo como solo la porción de tiempo que se habla es transmitida, la tasa de bits requerida es de 24.8Kbps. Esto da una proporción de media a pico de 2.8.

1. Introducción

Al igual que el audio, las señales de video se caracterizan por un tráfico continuo. Aquí también, aunque a la señal se le aplique alguna técnica de compresión y el tráfico pase a ser por ráfagas a una tasa variable, la señal debe ser reproducida a una tasa constante en el sitio de destino. El retardo de transferencia máximo es de gran importancia y la variación estadística del retardo debe ser compensada. Normalmente la señal de video va acompañada de la señal de audio; así, determinando los requisitos de retardo de éste entonces se establecen los de aquella.

En video, la tasa de errores a nivel de bits puede ser mayor que la tasa de errores a nivel de paquetes, debido a los mismos motivos de transmisión de imágenes. No obstante, como la imagen no es estática y deben ser generados varios cuadros por segundo, una tasa de error de paquetes no es tan crítica. Así que también la tasa de error a nivel de bits puede ser mayor que para imágenes estáticas. La variación media generada por una fuente de video depende de la calidad de la señal como de los algoritmos de codificación y compresión utilizados.

Para el caso de tráfico de Imágenes, el tráfico generado por la aplicaciones de gráficas animadas, en donde se generan varios cuadros de imágenes en intervalos regulares de tiempo tiene características semejantes a la transferencia de video. A excepción de las imágenes animadas, la naturaleza de tráfico de la imágenes estáticas es por ráfagas en donde el monto de los datos están en algunas decenas de Mbps. Como sucede con el texto, el retardo máximo y la variación estadística del retardo no presentan ningún problema. A diferencia del texto, en la transmisión de imágenes se puede tener una tolerancia mayor a la tasa de errores a nivel de bits, lo cual se apoya en las características de baja percepción del ojo humano.

Las aplicaciones multimedia proponen una carga especial en las redes debido a que es un tráfico de protocolo tipo "stream" el cual es muy sensible a la latencia inherente en las redes de ruteadores tradicionales. Aplicaciones como telemedicina, aprendizaje a distancia y entrenamiento remoto requieren de mucho movimiento y alta calidad de video de forma que sean efectivas. Cuando consideramos estas aplicaciones es muy claro que la orientación a la conexión y la baja latencia del ATM lo hacen natural para el manejo de video y multimedia. Por esta razón, muchos operadores están ofreciendo servicios como video (full-motion), video por demanda y teleconferencia interactiva basada en infraestructura de redes de alta performance ATM.

2. Características del tráfico de video

El tráfico de video esta caracterizado como una fuente de tráfico variable que considera un requerimiento de tráfico moderado. Esto corresponde muy bien a la clase de servicio rt-VBR (Real Time VBR) del ATM Forum y es usualmente transportado de esta forma.

Varios estándares de compresión pueden ser usados para video de alta calidad. Algunos equipos ofrecen interfaces JPEG con movimiento con tasas de compresión que son configurables entre 8 y 100Mbps. Estas interfaces normalmente usan ALL-1 para hacer la adaptación ATM. Otros equipos ofrecen interfaces de video con compresión de video MPEG usando AAL-5 para video de alta calidad en la intranet. Una intranet de video típica entrega10Mpbs de ancho de banda a una estación de video. Las velocidades optimas van desde 1.5 a 4 Mbps para MPEG-1 y de 3 a 8 Mbps para MPEG-2. Esto provee un amplio rango de calidad de video a una estación colgada Ethernet.

3. Métodos de compresión y codificación.

La compresión digital de vídeo es una de las bases en la codificación de vídeo, permitiendo el intercambio y la distribución de información visual. Las nuevas aplicaciones en el campo de las comunicaciones, multimedia y transmisión de televisión digital requieren de altos niveles de eficiencia, robustez y flexibilidad en la compresión digital de vídeo y las técnicas de codificación.

La participación del vídeo de movimiento como parte integral del entorno multimedia es, tecnológicamente, una de las tareas más criticas debido al alto porcentaje de datos que emplea y a los requerimientos del tiempo real.

Los estándares de compresión de vídeo mas usados actualmente son MPEG1, MPEG2 y H.261, H.263. aunque existen otros como MPEG4, MPEG7 y MPEG8.

El estándar de codificación de vídeo H.263 es un descendiente de la metodología DCT de movimiento compensado el cual prevalece en varios estándares existentes como por ejemplo H.261, MPEG1 y MPEG2. Por lo tanto, el H.263 ha evolucionado hacia un estándar de alta compresión para imágenes en movimiento, pero no exclusivamente enfocándose en el empleado de una baja tasa de bits.

Los progresos en H.263 comparados con los de H.261 son principalmente obtenidos debido al perfeccionamiento del esquema de compensación del movimiento.

MPEG es un estándar de compresión de Video creado por el grupo MOVING PICTURE EXPERT GROUP (MPEG) el cual entrega Video con movimiento a PCs de escritorio. Es ampliamente usado y actualmente se puede tener una versión muy buena y de bajo costo. El estándar es tan conocido que Microsoft entrega una versión software del decodificador con su sistema operativo.

El MPEG define un conjunto de estándares internacionales para compresión y descompresión de señales digitales de video. Resolviendo el mayor problema en la digitalización del video, el espacio, un segundo de video sin comprimir puede llegar a ocupar 30Mb, sin la compresión seria my cara la entrega y distribución de video con estas características.

Especifica una resolución de video de 352x240 pixels comprimidos a 30 cuadros por segundo (fps o Frames por segundo en Ingles) a un ancho de banda de 150Kbps. Existen 3 formas de codificar MPEG-1:

Con un sistema de múltiple procesamiento.

Una solución de codificación de captura a tiempo real.

Una solución mixta de Hardware y Software en 2 tiempos separados.

El MPEG-1 ofrece una calidad parecida a la del video de VHS. Es Full-Motion y por lo tanto es necesario tener un chip decodificador MPEG (Hardware) en el sistema. El MPEG-1 ofrece una compresión de 200 a 1.

Como Funciona

El MPEG-1 trabaja típicamente con video NTSC en un formato de video resolución SIF de 352x240 pixels a 30 cuadros por segundo. El video PAL es codificado a la resolución SIF de 352x288 a 25 frames por segundo. Estas son conocidas como las resoluciones estándares. Otras resoluciones populares incluyen QSIF, que para NTSC es 176x120. A pesar que MPEG esta típicamente codificado en SIF o QSIF, este puede ser mostrado a full screen haciendo escala en la imagen.

MPEG-1 esta caracterizado como un código asimétrico de perdidas (Lossy). Esto de Lossy significa que alguna parte del video y Audio original son descartados para lograr bajas tasas de bits. Esta es información que el ojo y el oido humano típicamente no percibirían. Esto da como resultado una calidad de video similar a la del VHS y un Audio estereofónico de alta fidelidad. Inclusive a 1.2 Mbps. El uso de codificación asimétrica significa que toma mucho mas tiempo comprimir la secuencia que descomprimirla. Asi que toma cerca de 10 minutos comprimir unas secuencia de 10, para luego verla en 3 minutos[Ref.16].

EL formato del MPEG contiene 3 canales: el Canal de Video que contine el video estrictamente, el Canal de Audio que contienen el Audio y el Canal del sistema que sincroniza el Audio con el video.

Especifica una resolución de 720x480 pixels a 60 campos por segundo, el ancho de banda va desde 500Kbps a 2Mbps. La codificación de MPEG-2 se puede hacer de 2 maneras:

A Tiempo Real (Real Time), donde los datos son comprimidos en el momento de la comunicaciones.

Fuera de línea. Donde se utiliza mayor tiempo de procesamiento para obtener mejores resultados y calidad.

 

El MPEG-2 presenta una codificación genérica de imágenes en movimiento y información asociada de Audio, es la especificación de una interface de tiempo real (RTI o Real Time Interface).

Cada cuadro es dividido en pequeños cuadros de 8x8 pixels, a este se le aplica una técnica de cuantización conocida como Transformada Discreta del coseno (DCT o Discrete cosine transformation). Esta hace uso de un factor conocido como factor de cuantización o factor Q. Además se utiliza una técnica de predicción de tramas donde se definen 3 tipos de tramas de información, las tramas o cuadros I y los cuadros predicción conocidos como P y B.

Algunos de los elementos principales del H.261 incluyen predicción entre las tramas y compresión dentro de las tramas así como compensación de movimiento, La predicción entre las tramas toma ventaja del hecho que las tramas consecutivas son similares permitiendo que solo las diferencias entre estas sean transmitidas en vez de toda la trama. La compresión dentro de la trama ocurre cuando las tramas son muy diferentes y la trama es tratada independientemente y comprimida de forma similar a la imagen. Esto es usado cuando existe información nueva y substancial en la trama, como por ejemplo el inicio de una secuencia de vídeo o un cambio brusco en la imagen de vídeo.

El H.323 es una familia de estándares definidos por el ITU para las comunicaciones multimedia sobre redes LAN. Está definido específicamente para tecnologías LAN que no garantizan una calidad de servicio (QoS). Algunos ejemplos son TCP/IP e IPX sobre Ethernet, Fast Ethernet o Token Ring. La tecnología de red más común en la que se están implementando H.323 es IP (Internet Protocol). Este estándar define un ámplio conjunto de características y funciones. Algunas son necesarias y otras opcionales. El H.323 define mucho más que los terminales. El estándar define los siguientes componente más relevantes: Terminal, GateWay , Gatekeeper y Unidad de Control Multipunto. El H.323 hace uso de la codificación H.263 que es una evolución del H.261 usado en H.320.

Componentes H.323 

La especificación H.323 define el término genérico entidad como cualquier componente que cumpla con el estándar. 

Un terminal H.323 es un extremo de la red que proporciona comunicaciones bidireccionales en tiempo real con otro terminal H.323, gateway o unidad de control multipunto (MCU). Esta comunicación consta de señales de control, indicaciones, audio, imagen en color en movimiento y /o datos entre los dos terminales. Conforme a la especificación, un terminal H.323 puede proporcionar sólo voz, voz y datos, voz y vídeo, o voz, datos y vídeo. 

El gatekeeper (GK) es una entidad que proporciona la traducción de direcciones y el control de acceso a la red de los terminales H.323, gateways y MCUs. El GK puede también ofrecer otros servicios a los terminales, gateways y MCUs, tales como gestión del ancho de banda y localización de los gateways o pasarelas. 

Un gateway H.323 (GW) es un extremo que proporciona comunicaciones bidireccionales en tiempo real entre terminales H.323 en la red IP y otros terminales o gateways en una red conmutada. En general, el propósito del gateway es reflejar transparentemente las características de un extremo en la red IP a otro en una red conmutada y viceversa. En otras palabras, nos servirá de pasarela entre el entorno de vídeo sobre IP H.323 y el entorno vídeo sobre RDSI H.320. [Ref.13]

Transmisión de H.323 sobre ATM

Normalmente se usa real-time VBR. Para esto se hace uso de un Gateway H.323 de la siguiente manera:

AVI (Audio-Video Interleaved) es un formato soportado por Microsoft Video for Windows. En la actualidad INDEO de Intel es el tipo mas popular de compresión de video en formato AVI. Pero su formato de compresión es aun grande y solo codifica a 15fps y por lo tanto no es full motion.

Cinepak de Radius es el estándar de compresión para QuickTime, el ambiente multimedia de Macintosh. Al igual que Indeo es mas lento que MPEG y codifica a 15fps.

4. Modelo de tráfico de Fuente de Video

La fuente de tráfico de video VBR es fácilmente modelada por cadenas de markov de estado finito. una matriz de transición de probabilidad es usada para describir la tasa de salida de bits del video coder. esto permite esencialmente modelar la correlacion de a corto tiempo en el tráfico generado por un video coder. El analisis de tráfico de los codificadores H.261 y MPEG-II muestra que tipicamente son requeridos de 15 a 20 estados para modelar el comportamiento de una fuente de video. La mejor representación del tráfico de video estaria dada por un modelo de fluidos para fuentes de tráfico variable.

En un modelo de fuente de video los codificadores de video de tasa constante y de tasa varaible son considerados separadamente. Para el modelo simple de un codficador de tasa constante se usa un modelo de cadenas de Markov de estado discreto. Algo mas exacto es el modelo de basado en cadenas de Markov de múltiples estado lo cual es suficientemente precisa para estudios de tráfico.

Para el modelamiento de las cadenas de Markov se puede tomar la trama como la unidad básica de tiempo para la cadena y la celda ATM como la cantidad básica. El objetivo es capturar la característica de ráfaga de la fuente ya sea sobrestimando o subestimando el numero de celdas en cada trama.

En la practica Lo primero es examinar la función de densidad de probabilidad (PDF o Probability Density Function) de el tamaño de las tramas producidas. Una medición comparable es el numero de tramas versus el numero de tramas normalizadas a bits por segundos (BPS o Bits Per Second) como se muestra en la siguiente figura[Ref.1]:

De la gráfica podemos ver que al menos cada 5 estados estamos capturando la forma de onda que representa la la densidad de la probabilidad, esto significa que para seleccionar los estados de las cadenas de Markov se necesitaba un numero mas grande pero un numero muy grande complicaría el calculo y la simulación, pero para poder simular un proceso de inicio muerto debemos tomar un numero muy pequeño. Por lo tanto para este ejemplo el numero es de 9 estados lo cual seria un compromiso entre mantener un numero pequeño de estados y al mismo tiempo tratar de generar un proceso de inicio muerto.

La selección cuidadosa de los nueve estados resulta en una matriz de transición donde existan entradas pequeñas a una distancia de mas de uno desde la diagonal.

Para asegurarse que los estados son siempre equiprobables, los estado son escogidos de forma que el conteo de tramas totales en ese estado no exceda el 15% del conteo total de tramas. Se realiza un ensayo para obtener una matriz que contiene transiciones de tamaño y principalmente un estado. Esta simplificación de las cadenas de Markov a un "Proceso de inicio muerto" simplifica grandemente la complejidad que involucra un proceso de simulación. Con cada estado existe un limite superior e inferior en la fuente de tasa de bits, Este puede ser convertido a un numero permitido de celdas ATM convirtiéndolo a el tamaño de la trama y luego fragmentando ese tamaño de trama en una unidad de datos de servicio de la capa de segmentación y reemsamblaje (SAR-SDU) y por la capa de adaptación (AAL) hacia una unidad de datos de protocolo (SAR-PDU). Este SAR-PDU junto con una cabecera de 5 bytes formaría la celta ATM. Por lo tanto para cada estado existen números enteros de limites superiores e inferiores de celdas permitidas en ese tiempo de trama. El numero tomado actualmente es distribuido uniformemente a través de ese intervalo.

El codificador de tasa de bits variable es modelado en forma diferente, cada nivel es modelado separadamente. Un ejemplo de La distribución de probabilidad (PDF) de tasa de bits constante junto con la variable es mostrada en la siguiente figura[Ref.1]:

La capa o nivel básico es siempre una tasa de bits constante y es modelada por un solo estado. Dentro de este estado la tasa de bits es uniformente distribuida por ejemplo desde 350Kbps a 388Kbps. La capa o nivel mejorado puede ser modelado por una cadena de Markov similar a el modelo de el codificador de tasa de bits constante. Sin embargo aquí cabe la posibilidad de modelamiento de la capa por una distribución hyper-exponencial. Se puede usar una función hyper-exponencial con su tasa media y su respectiva desviacion estandar.

1. Introducción

2. Características del tráfico de datos

ATM usa una tecnología de muy alta integración para segmentar datos a altas velocidades en pequeñas unidades llamadas celdas; como el tráfico de datos es algo que tiende a ser por ráfagas, es decir que no necesita comunicar por un periodo extenso de tiempo sino transmitir grandes cantidades de información tan rápido como sea posible, ATM se convierte en un estándar muy ventajoso para la transmisión de datos.

La transmisión de datos puede pedir un contrato para tráfico del tipo VBR, mediante el cual se especifica la velocidad promedio máxima (SCR) posible para el tráfico que puede ser enviado, reservando una velocidad de celdas que yace entre la velocidad de celdas soportable (SCR) y la velocidad de celda pico (PCR), para así garantizar la transmisión, respetando también el tiempo determinado por el tamaño máximo de ráfaga MBS (Maximun Burst Size). Otros tipos de contratos para la transmisión en ATM son los ya mencionados CBR, ABR o UBR. El contrato del tipo CBR es el más utilizado en las redes de hoy día, mediante el cual se garantiza la transferencia de la información a la velocidad negociada con una mínima tasa de pérdida de celdas.

ATM es particularmente interesante para proporcionar instantáneamente un gran ancho de banda en aquellas aplicaciones con un alto nivel de impulsividad (burst), como son las propias redes locales; así pues esta técnica de multiplexación encuentra una de sus principales aplicaciones en la interconexión de LANs dentro de entornos privados (Hubs ATM ).

En cuanto al transporte eficiente de flujos de datos en forma de ráfagas, en las redes privadas parece actualmente claro que la técnica a emplear es ABR. En cambio, en las redes públicas el mismo problema puede tener una solución distinta , proponiéndose la técnica ABT. Éste es un ejemplo más, especialmente importante, de cómo la técnica ATM puede requerir soluciones distintas para las redes públicas en comparación con las redes privadas.

Otro tipo de estándar ahora en desarrollo permite a los protocolos de transporte no orientados a conexión, IP e IPX, emplear características QoS de ATM. QoS capacita a una aplicación o sistema pedir a un conmutador ATM un circuito de extremo a extremo con parámetros específicos, como entrega máxima o tiempo de retardo. Los conmutadores ATM pueden asignar eficientemente recursos de redes entre aplicaciones de acuerdo a sus requerimientos particulares.

Una configuración concreta podría establecer que el tráfico de datos LAN tolere un cierto retardo en la entrega pero una mínima pedida de bits, mientras que el vídeo de escritorio basado en ATM acepte la pérdida de unas pocas tramas a condición de garantizar el tiempo de entrega.

QoS hace posible que la WAN se beneficie de las verdaderas ventajas de ATM y resulta crucial para aquellas organizaciones que quieran mezclar tráfico IP y SNA sobre una troncal ATM sin que las ráfagas del primero acaben dejando fuera de servicio una sesión de la segunda. Pero por desgracia, al no estar orientados a conexión, IP e IPX no se encuentran en las mejores condiciones para realizar negociaciones QoS: la ruta de los paquetes que cruzan la red no se determina a priori. Y los estándares de encapsulación, no obstante ya están en camino.

3. Técnicas de compresión de datos

Las técnicas de compresión de datos tratan de evitar la congestión en la transmisión consiguiendo comunicar la misma cantidad de información con una cantidad de bytes menor. Evidentemente, no es sólo un asunto de comodidad, ya que el tiempo es dinero.

Para conseguir tasas de comunicación más altas sobre un mismo canal de comunicación se utilizan las técnicas de compresión de datos. De forma general, estas se basan en una de estas tres técnicas[Ref.16]:

La ventaja de esta técnica no viene exactamente de la compresión de datos (aunque su fundamento es el mismo: transmitir una misma información con un número de bits menor), sino de que es posible identificar cada elemento del conjunto de símbolos con una cantidad de información menor.

Los codificadores estadísticos son la piedra angular de la compresión. La idea básica de su trabajo es la siguiente: el compresor predice la entrada y escribe menos bits en su salida si la estimación ha sido correcta. El descompresor debe ser capaz de realizar las mismas predicciones que el compresor para poder decodificar bien lo transmitido, ya que la transmisión es diferente dependiendo de la predicción.

A diferencia de la compresión estadística, la predictiva no supone que la probabilidad de aparición de un símbolo sea independiente del símbolo que le precede. Además, es lógico pensar que en cualquier lenguaje haya unos símbolos que siguen a otros con mayor probabilidad (por ejemplo, en español la probabilidad de que tras una consonante siga una vocal es mayor a que a continuación venga otra consonante).

Este método se basa en utilizar información que indica que símbolos aparecen tras cada uno de los otros posibles y con que probabilidad, para con estos datos reducir el número de bits a transmitir.

4. Modelo de tráfico de fuente de Datos

Cuando uno realiza modelamiento de fuentes de redes de computadoras (fuente de datos) es muy común decir que se asumen llegadas de paquetes que ocurren como procesos de Poisson, es decir con tiempos entre llegadas de paquetes independientes e indénticamente distribuidos. Sin embargo lo que se observa es que los niveles de comunicación de datos fluctúan con el tiempo, hasta el punto que pueden producirse retardos producidos debido a la congestión del enlace incluso en enlaces escasamente utilizados. Estos fenómenos pueden ocurrir en periodos muy cortos de tiempo y son conocidos como ráfaga (burst). Las ráfagas del tráfico pueden ser de intensidad superior a cinco veces la utilización media del canal, de modo que si el instante en que el usuario esta tratando de enviar datos coincide con una ráfaga, experimentara un retardo variable. Es por eso que al tráfico de datos LAN o Internet se le conoce como tráfico de ráfagas. Si el tráfico real se acomodara a tiempos de llegada tipo Poisson (modelos típicos para redes telefónicas), poseería una longitud de ráfaga característica que tendería a suavizarse al promediar sobre escalas de tiempo suficientemente largas. Sin embargo, medidas de tráfico real indican que hay una varianza de tráfico significativa (ráfagas) presente en un amplio rango de escalas de tiempo, es por esto que la mejor manera de modelar este tipo de tráfico es por medio de un modelo autosimilar o fractal, pero este metido exige muchos recursos de programación debido a su alto contenido matemático[Ref.9].

La fuente de datos es una de los mas fuentes mas difíciles para modelar, pero la mejor manera de simularlo va a depender de la aplicación que se esta ejecutando y el sistema que se esta utilizando. Podríamos por ejemplo utilizar el modelo de una aplicación de transferencia de archivos. Esto captura la naturaleza de tipo ráfagas de las comunicaciones datos así como el poco requerimiento de retardo relativo en comparación a la voz y al video. En este caso el modelo se realiza basándose en la transferencia de archivos desde una computadora a otra. Se obtiene de los archivos almacenados en la computadora DCU (DCU o Data comunications unit) una distribución empírica para rangos de tamaños de archivos. Durante la simulación se escoge un rango de acuerdo a esta distribución empírica, y luego se escoge un tamaño de archivo de una distribución uniforme dentro de este rango. La cantidad de la transferencia de datos puede variar dependiendo de cuantos archivos van a ser transferidos. Por ejemplo, para un archivo por segundo la tasa de bits promedio es 197Kpbs. La proporción de tasa pico a media de esta fuente puede ser alta con valores alrededor de 1000. Los requerimientos de calidad del usuario son tales que el archivo seria transferido a una tasa determinada por la red. La tasa es dada a la fuente de datos por un intervalo de tiempo y el resto del archivo es almacenado esperando para ser transferido.

Restricciones por tipo de tráfico

En conclusión, cada tipo de tráfico requiere un tiempo máximo de demora y un tiempo máximo entre la llegada de paquetes del mismo tipo

Requerimientos de delay y jitter

Podemos notar que si utilizamos un tipo de transmisión con tamaño de paquete muy grande (por ejemplo 64 kb), el delay se vuelve mayor que el mínimo requerido, independientemente del tipo de red que sé este utilizando.

Adicionalmente notamos que, si se utiliza una red de medio compartido, hay que tener cuidado con el jitter, debido que no sé esta seguro del tiempo de retraso entre los paquetes.

1. Red de servicios de transmisión de Video sobre ATM en Cotas Bolivia

La red de fibra óptica de COTAS esta compuesta por cables de 8 y 36 fibras que alcanzan una longitud aproximada de 140 Km. Se han instalado equipos de alta tecnología que proporcionaran 1,200 canales de voz, 40 enlaces de datos hasta 64 Kbps, 40 enlaces de datos hasta 128 kbps[Ref.18].

En 1997 se concluyó el Proyecto de la Ruta Norte Digital, que contempló la instalación de 2160 Km. de fibra óptica, cubriendo 60 Km lineales de distancia, con fibra tipo Monomodo que permitió sustituir los actuales enlaces de microondas, que conectaban las centrales de Viru Viru, Warnes y Montero con la ciudad de Santa Cruz permitiendo a través de sistemas de transmisión de tecnología SDH (Jerarquia Digital Sincrona), Posibilitando además la transmisión de datos de alta velocidad, canales de televisión, TV cable y otros servicios avanzados de telecomunicación como RDSI (Red Digital de Servicios Integrados ) CENTREX (PABX Virtual) y AIN (Servicios de Red Inteligente). El sistema de Microondas utilizados antiguamente se mantiene para fines de seguridad.

Con la habilitación de COTASDATA, realizada en el mes de septiembre de 1997, COTAS Ltda., ha transformando sus servicios abocados a la telefonía básica en servicios de Telecomunicaciones.

La Red COTASDATA, permite ofrecer el servicio de Transmisión de Datos, el mismo que consiste en establecer conexiones tanto a nivel Urbano como Inter - Urbano, para el transporte de información entre terminales (PCs), Redes LAN, etc., utilizando tecnología dedicada o conmutada.

El sistema es 100 % digital, cumpliendo con los estándares internacionales de calidad y tasa de error, también se cuenta con un sistema de administración y monitoreo de la Red, incluyendo la Unidad Terminal de Datos (UDT) en el lado del cliente, facilitando la detección inmediata del problema en caso de fallas.

COTASDATA utiliza sistemas de conmutación de paquetes y de celdas, mediante tecnología híbrida, es decir TDM (Time Division Multiplex), FR (Frame Relay) y ATM ( Asynchronous Transfer Mode), lo cual permite abarcar la demanda de pequeños, medianos y grandes usuarios, con velocidades que van desde los 9.6 Kbps hasta los 2 Mbps. Para velocidades mayores a los 2 Mbps se emplea ATM, cuya capacidad es de hasta 155 Mbps (STM-1).[Ref.18]

La ciudad de Santa Cruz, inicialmente cuenta con cuatro nodos principales, interconectados mediante el Backbone ATM y cuatro subnodos integrados a la Red con los sistemas de transmisión SDH (Jerarquía Digital Síncrona). El servicio también abarca las poblaciones de Cotoca, Warnes, Montero y el aeropuerto Viru Viru, las cuales conforman los nodos suburbanos de la Red.

Servicios ofrecidos por la red

Entre las ventajas y facilidades que COTASDATA puede ofrecer, podemos citar :

Todo esto se ve complementado con una red satelital que le permite la prestación del servicio en lugares remotos, que no cuentan con infraestructura de telecomunicaciones, Transmisión de múltiples servicios por un único canal IDS (Servicio Digital Internacional). Con la transparencia en el transporte de cualquier protocolo, calidad y confiablidad.

COTAS brinda un servicio de telecomunicaciones punto a punto, que ha sido diseñado para la transmisión de video, voz y datos por medio de una red ATM a través de equipos multiplexores Newbridge los cuales son multiplexores de voz, datos y video, esta tecnología utilizada por COTAS combina diversas informaciones digitales para su transmisión en un circuito de alta capacidad, disponiendo de un canal privado para la transmisión simultánea de datos, fax, voz, etc. Este es un servicio para empresas locales, nacionales y corporaciones internacionales que requieren la transmisión directa y simultánea de diversos tipos de información desde y hacia las principales ciudades del país y fuera del país a través de satélites.[Ref.18]

Los equipos de acceso a la red ATM son equipo para redes de servicios de video de alta calidad 36150 los cuales manejan compresión JPEG y MPEG además de servicios de datos y emulación de circuitos. Además estos equipos pueden manejar Frame Relay – ATM Internetworking, posibilitando el servicio de Frame Relay a los usuarios finales sobre la misma red ATM.

Los equipos de Backbone de la red de Cotas son los equipos 36170s los cuales son multiplexores de núcleo con alta capacidad de conmutación y concentración así como interfaces de altas velocidades.

La red de distribución de video de cotas presenta 2 aspectos: acceso y backbone.

-En el acceso posee equipos ATM mulmedia modelo 36150 que por medio del ALL5 y VBR-rt permiten la transferencia de video nativo ATM de tipo MPEG2 y JPEG, estos equipos poseen esta capacidad implementada en una tarjeta de video con 4 puertos NTSC que se pueden conectar a las cámaras analógicas directamente.

-En el Backbone poseen equipos conmutadores modelo 36170 de alta capacidad de conmutación que le dan el transporte de banda ancha, gracias a esto se puede llevar el video nativo de alta velocidad a zonas alejadas e incluso distribuirlo hacia múltiples destinos (multicast).

2. Red Multiservicios para transmisión de audio (SPRINT)

Hemos incluido la red de voz de Sprint en este capitulo puesto que esta basada en un equipo que maneja celdas y tramas (equipo multiservicio) de la marca Nortel modelo Passport, este mediante la inclusión de múltiples colas de entrada y salida y el manejo de Celdas junto con Tramas sobre el mismo enlace, logra una red Multiservicios confiable y estadísticamente optima. A continuación vamos a hablar sobre el conmutador de celdas y tramas Passport para luego comentar como logra transportar los enlaces de voz de los clientes de Sprint.

Los productos de Nortel incluyen centrales telefónicas como la central Digital (PBX) Meridian 1 funciona como una sistema de comunicaciones multimedia para redes empresariales. Los equipos Magellan Passport, que conforman una red de conmutadores ATM empresariales. Este entrega un rango muy poderosos de interfaces y servicios. Provee a su ves enrutamiento multiprotocolo de alta performance así como soporte de tráfico de voz simultaneo con datos, video e imagen.

Los conmutadores de Nortel a diferencia de los conmutadores convencionales poseen una arquitectura de celdas ATM pero con capacidad de transporte de troncales de Celdas ATM y tramas Frame Relay simultáneamente. La conmutación de Tramas es la mejor para el caso de redes de datos y la conmutación de Celdas para el caso de voz y aplicación de alta velocidad.

Como se aprecia en la figura, los equipos PABX están directamente conectados a los conmutadores ATM del borde de la red, la voz es transportada a través de la red de equipos ATM desde un punto al otro.[Ref.3]

La PABX puede soportar múltiples tipos de tráfico (multimedia) es de esta forma que estos pueden ingresar a la red de datos.[Ref.3]

Como se muestra en la figura a el equipo PABX están conectados teléfonos, computadoras, faxes, etc. la red sirve en este caso únicamente como transporte de circuitos E1 o fracciónales provenientes desde una PABX en punto a punto con otra utilizando un típico servicio de circuit emulation, pero esto no es muy eficiente. Si se desea una mayor optimización del tráfico, los equipos Passport de Nortel pueden interpretar las características del tráfico de voz proveniente de la central telefónica (o PABX) y mejorar la performance de la transmisión en función de este tipo de fuente de tráfico.

Para lograr mejoras en la optimización del ancho de banda utilizado para trasmitir los canales de voz a través de la red de conmutadores ATM, se necesita utilizar una interface especial en el conmutador de borde de la red, capaz de conversar con la PABX y saber que canales están activos, demodular el fax analógico y llevar por un canal digital de menor ancho de banda, comprimir los canales de voz, reconocer la actividad de la voz y la no actividad de la voz (escucha o silencio en ambos sentidos) para solo transmitir en los momentos en que se esta conversando (típico del modelo ON/OFF), el tipo de ley que se esta utilizando, etc. esta interface se conoce como VP (o voice procesor ) y utiliza una serie de estándares como los detallados a continuación[Ref.3]:

Todas estas facilidades como detección de actividad de la voz (VAD o voice activity detection), compresión de voz etc, pueden traer una serie de problemas adicionales en la transmisión que deben ser corregidos o en todo caso se debe tener en consideración.

Por ejemplo en el caso especifico de la detección de actividad de voz, cuando es detectada, esta es eliminada de la transmisión, pero en el otro lado de la línea es necesario insertar un ruido de confort (confort noise), para que asi la otra persona no tenga la sensación de que la línea esta colgada o desconectada. [Ref.3]

También en el caso de múltiples saltos o problemas de impedancia en la línea (que muchas veces ocurren entre los equipos de datos que transportan voz y los equipos de voz o centrales telefónicas) es necesaria la inclusión de anuladores de eco.[Ref.4]

Los equipos Passport ofrecen enrutamiento de llamadas de voz a través de la red de conmutadores ATM que pueden estar basados en números marcados en los anexos de la central telefónica (PBX). Estos son convertidos en direcciones de red Passport (Passport Networks node address). Esto se realiza en forma dinámica a través de los equipos conmutadores ATM. Las redes

La ventaja de usar Enrutamiento dinámico de voz en una red de conmutadores ATM es la de aprovechar la facilidad de la red ATM de utilizar SVCs, las redes de voz ATM son normalmente redes punto a punto de enlaces E1 dedicados de voz entre centrales utilizando circuitos de tipo PVC en una red tipo estrella. En una red con enrutamiento dinámico la utilización del ancho de banda es optima y se realiza por demanda utilizando circuitos SVC para buscar el mejor camino entre el inicio y el termino de la llamada, en estos casos la red ATM funciona como una central TANDEM entre la central telefónica generadora de la llamada y la central telefónica del punto final de llamada.

En la siguiente figura se muestra el funcionamiento de una red sin enrutamiento dinámico de la voz,. En este ejemplo se tiene una llamada de la PBX B a la PBX E la cual requiere el enrutamiento a través de dos centrales de tandem, este configuración puede representar el arreglo mas eficiente de PVCs pero en el caso particular de las centrales B y E la ruta que toma la voz es ineficiente y propensa a retardos de señal y distorsión.

De la misma forma en la siguiente figura mostramos una red con enrutamiento dinámico de la voz, en este caso la red establece el mejor camino para la llamada entre la central B y la central E creando el mejor camino virtual conmutado (SVC) en función de los parámetros de tráfico pactados asi como la disponibilidad de ancho de banda. Cuando la llamada termina, el SVC también termina y una nueva llamada entre las dos centrales crearía un nuevo SVC que podría tomar una ruta distinta.

Para lograr esto es necesario que el conmutador ATM o para ser mas especifico, la tarjeta de voz de este conmutador entienda e interprete la señalización de la central. En el caso de Nortel la tarjeta de voz entiende los siguientes canales de señalización:[Ref.4]

Los canales de señalización entre centrales son trasmitidos por un circuito virtual en forma separada de la voz, es decir fuera de banda, este canal que podríamos llamar canal de señalización es trasmitido utilizando un servicio de garantía de entrega. En el caso de la figura que presentamos a continuación, el canal de señalización corresponde al canal D de una interface ISDN Etsi Q-SIG, este es transportado por un circuito virtual independiente fuera de banda, la voz digital (o canal B) es transportada por un circuito virtual y una vez que se desea terminar la llamada, el conmutador ATM es informado de esto por el lado de la central que desea terminar la llamada, este envía este requerimiento al otro conmutador (Canal de señalización) el cual retransmite esta señal a la otra PBX y termina el circuito virtual para el cana B.

La red de servicios empresariales de sprint presenta una plataforma multiservicos integrada, orientada a servicios de voz (telefonía corporativa) y datos de alta velocidad, para lograra esto hacen uso de equipos de la línea Nortel Passport los cuales tienen implementadas facilidades de transmisión de audio (telefonía) sobre ATM. Para esto utilizan tarjetas con DSPs, canceladores de eco y detectores de actividad de voz que manejan señalización entre de canales telefónicos entre centrales además de la implementación sobre estas tarjetas del ALL5 o ALL1 para servicios VBR y CBR según se el caso.

Adicionalmente el equipo de nortel posee la capacidad de transmitir tramas junto con las celda en forma propietaria, dándole a la red una mayor flexibilidad para las diferentes fuentes de tráficos que los equipos conmutadores convencionales.

3. Red de Video Distribución por ATM para Telefónica del Perú

El propósito de la propuesta es la de proveer una solución dirigida hacia la distribución de Vídeo sobre IP-ATM para Telefónica del Perú.

Telefónica del Perú basa su servicio de comunicación de datos en conmutación de circuitos sobre una plataforma TDM, conmutación de paquetes X.25 y conmutación de tramas Frame Relay; servicios a los que ha denominado Digired, Perunet e Interlan respectivamente sirviendo éste último además como soporte de acceso a Internet.

Digired e Interlan son los servicios con la mayor capacidad y demanda con alrededor de 450 equipos multiplexores instalados y cerca de 6500 circuitos. Tanto Digired como Interlan se basan en equipos fabricados por Newbridge Networks, utilizando para el acceso y concentración multiplexores 3600 con una capacidad de conmutación de 64Mbits y para el backbone los equipos manejadores de ancho de banda 3645 que tienen una capacidad de conmutación de 512Mbits. Los enlaces entre los nodos del backbone son principalmente E3 (34Mbps) y los de los nodos de acceso E1 (2Mbps).

Los conmutadores Frame Relay 36120 conforman anillos (Fast Bus) de alta velocidad de 100Mbps a ellos el acceso es generalmente a través de enlaces E1 y los enlaces inter-anillos se realizan utilizando la plataforma E3.

La alta demanda por servicios Frame Relay acompañada del crecimiento de Internet empezó a cargar demasiado a esta red; esta situación condujo a Telefónica a pensar en contar con un backbone de mayor velocidad y capacidad como confiable. Es entonces que Telefónica del Perú evalúa tecnologías y opta por la solución ATM de Newbridge.[Ref.8]

BACKBONE ATM ACTUAL

El 36170 es compatible con los estándares y soporta las diferentes clases de servicio como también circuitos virtuales conmutados.

Unidad FRATM 36120 .- Esta unidad permite la integración de la red Frame Relay existente con el backbone ATM. Se conecta hacia la red Frame Relay a través del Fast Bus, y hacia la red ATM con el 36170 mediante un enlace E3 ATM; realizando la conversión de tramas Frame Relay a celdas ATM.

Unidad de Servicio LAN 36030 (LSU) .- Este equipo consta de 12 puertos Ethernet 10Base-T y un puerto ATM STM-1, cada puerto LAN conforma un bridge con el puerto ATM permitiendo extender segmentos Ethernet a través de todo el backbone ATM o proporcionar enlaces WAN a 10Mbps.[Ref.8]

El backbone ATM esta constituído por tres conmutadores 36170 simples o en configuración standalone ubicados en Lima en los nodos Washington, San Isidro y Monterrico por ser nodos que concentran el mas alto nivel de tráfico y además por albergar a los Fast Bus, estos tres conmutadores están interconectados a través de fibra óptica por enlaces STM-1 conformando un triángulo.

Cada uno de los tres conmutadores contienen tarjetas E1 Frame Relay tanto canalizadas como no canalizadas que posibilitan a equipos que utilicen protocolo Frame Relay por ejemplo routers accesar a la red ATM directamente sin usar la red ya existente y tener que atravesar los FRATMs. Cada conmutador esta conectado también a dos FRATMs utilizando puertas E3 ATM y a su vez los FRATMs están insertados en los anillos Fast Bus.

Los conmutadores de Washington y San Isidro están conectados cada uno a una LSU 36030 mediante enlaces STM-1, y el conmutador de Washington es el nodo gateway que comunica con el Centro de Gestión.

La presente es una descripción de una propuesta de video distribución presentada a telefónica del perú basada en los equipos multiplexores ATM de la marca Newbridge Networks.

Objetivo

El Objetivo de la aplicación propuesta es la proveer la capacidad de enviar Vídeo MPEG sobre demanda desde un sitio central hacia múltiples localidades remotas sobre dos tipos de regiones:

1.- Zona Metropolitana

2.- Regiones de Provincias

La zona metropolitana que corresponde a la región de Lima, cuenta con una infraestructura de fibra y planta de cobre, que adicionalmente a la red troncal STM4 y equipamiento de acceso ADSL facilita la llegada hacia el usuario con acceso de banda ancha.

En lo que concierne a provincias, el acceso está limitado a accesos Nx64 hasta 2.048Mbps, por tanto otra solución de transporte debe proponerse.[Ref.8]

Por otra parte, también existe la necesidad de proveer transporte de tráfico IP dentro de la misma infraestructura.

Alternativa de solución ATM

Las alternativas del transporte de video en general están limitadas a dos factores importantes:

- Calidad requerida de Video

- Ancho y transporte de banda disponible

Se presento a Telefónica del Perú una solución que se adecua perfectamente a los requerimientos de transporte de señal de video así como de tráfico IP.

La solución es altamente escalable y aprovecha en forma óptima la infraestructura actual ATM de Telefónica del Perú incluyendo la planta externa con llegada de ADSL hacia el abonado a 6Mbps.

Codificación de Video

Para la alternativa ATM se sugirio antes de todo, la selección del algoritmo de compresión de Video. Ya sea MPEG2 con 3 Mbps y/ó MPEG1 a 1.5Mbps. Se podría utilizar un codificador VDS2000 con entradas de Video y Audio analógicas para después comprimirlas con los algoritmos MPEG1 y MPEG2.

El VDS2000 posee interfaces Ethernet o ATM las cuales pueden conectarse ya sea hacia un switch Ethernet/ATM ó directamente ATM hacia una tarjeta de Línea de la red 36170.

El VDS2000 cuenta con doce ranuras para alojar ya sea tarjetas de línea ATM , Ethernet, Codificadores y decodificadores MPEG. La señal MPEG es encapsulada directamente sobre UDP/IP y esta trama es encapsulada sobre ATM utilizando RFC 1483.

Se pretende que el canal MPEG2 esté destinado para la zona metropolitana con llegada ADSL hacia los abonados y para MPEG1 esté destinado para la zona de provincias con llegada Frame Relay. Cada uno de los canales se asociará hacia un PVC sobre la nube ATM.

Acceso del VDS2000 hacia la red troncal ATM

El acceso hacia la red troncal ATM 36170 se puede realizar directamente sobre ATM ó a través de un switch Ethernet con troncal ATM. En cualquier caso el tráfico MPEG/IP será encapsulado sobre ATM con RFC1483. Para el caso de switch Ethernet, es importante remarcar que el cumplimiento de RFC1483 es crítico para el transporte del tráfico IP.

Como se mencionó anteriormente, cada canal de Video MPEG1 y MPEG2 tendrán asignado un PVC. Este circuito será multiplicado a través de una conexión Punto-Multipunto para llegar a los switches ATM remotos.

Acceso hacia la red central IP

A fin de proveer servicio de Video broadcast y acceso hacia una red IP central, se sugirio que se habilite un rutedor central conectado hacia la red troncal 36170 y derivar PVC's como sean necesarios hacia los abonados de la zona metropolitana y de provincias.

La red troncal hacia los abonados

La red troncal ATM efectuará las funciones de acceso ATM para el codificador y transportar IP sobre un PVC ATM. Posteriormente, este PVC se replica con un esquema de conexión punto-multipunto hacia las 40 localidades de la zona metropolitana. De misma forma se realizará para las otras 40 localidades de provincias que se conectan sobre Frame Relay.

Para el caso de la interconexión de ATM hacia Frame Relay, el MainstreetXpress 36170 realizará la función de service interworking FRF.8 que consiste en traducir RFC 1483 hacia RFC 1490 y llevar el tráfico IP hacia la red local LAN Ethernet.[Ref.8]

USUARIOS ADSL

Los usuarios con acceso ADSL serian provistos con un IP router-modem ADSL serie 5010 de la compañía Efficient.

El IP router modem ADSL recibirá la información de video MPEG2 a 3Mbps sobre uno de sus PVC's ATM, posteriormente efectuará una adaptación de ATM hacia Ethernet a fin de proveer un medio de transporte para IP de capa2. La trama IP será entregada hacia el setup box Marca Stellar ó Acorn quién realizará la decodificación de la trama IP/MPEG2 hacia una salida analógiza hacia el Televisor.

El IP Router modem ADSL 5010 soporta RFC 1483. Adicionalmente, al PVC utilizado para el video el dispositivo 5010 cuenta con 15 PVC's, hasta 6Mbps de ancho de banda total downstream disponible y capacidad de ruteamiento IP. Por tanto, un segundo PVC puede habilitarse para proveer transporte puro de IP hacia el sitio central donde se habilite un ruteador central IP.

USUARIOS FRAME RELAY

De la misma forma que los usuarios ADSL la información de Video MPEG1 llegariá sobre un PVC ATM hacia el último nodo 36170 sobre una tarjeta troncal STM4. De aquí, los PVC's de ATM serán convertidos a Frame Relay con FRF.8 y depositados sobre una tarjeta E1FR canalizada. Se propone esta tarjeta para el caso de manejar circuitos Nx64, sin embargo, el requerimiento mínimo de ancho de banda para un transporte eficaz de MPEG1 es de 1.5Mbps.

El ruteador en el extremo del cliente tendrá que ser configurado para aceptar RFC1490 y poder extraer la carga útil IP con la información de video y entregarla hacia el setup box de la red local. De la misma forma que ADSL, múltiples PVC adicionales pueden ser creados para efectuar enruteamiento de tráfico IP adicional.

La solución propuesta a Telefónica del Perú, es sobre ATM y garantiza una solución inmediata, de bajo costo y altamente escalable de acuerdo a las necesidades de un carrier. Mientras que la solución se efectúa bajo un esquema de conmutación IP con RFC1483, el MainstreetXpress 36170 R3.1 cuenta hoy con la capacidad de efectuar IP multicast. el VDS2000 soporta IP multicast.

ATM brindará alternativas atractivas para aplicaciones de datos en redes LAN, MAN y WAN. ATM puede ser usado para soportar aplicaciones de vídeo en un periodo relativamente cercano, especialmente para aquellas aplicaciones de escritorio.

Todo parece indicar que los usuarios aun no migrarán masivamente a voz sobre ATM, hasta que no puedan disponer de las características y facilidades ya ofrecidas actualmente por las redes privadas virtuales y no sean resueltas las cuestiones de señalización. El problema fundamental es la falta de estándares. No obstante, es de esperar que las nuevas especificaciones del ATM Forum contribuyan a clarificar la cuestión.

Por otro lado las posibilidades que el tráfico de telefónica internacional sobre redes datos ofrecen a las empresas telefónicas asi como el ahorro en compresión puede ser un factor que incremente la posibilidad de migrar la mayoría de los enlaces de voz internacionales a enlaces de voz sobre ATM o Voz sobre IP/ATM, esto ya ocurre en la actualidad.

Los fabricantes de PBX, producen interfaces ATM capaces de reemplazar las líneas de voz basadas en TDM por conexiones de emulación de circuitos de ATM. Pero la mayoría de estas conexiones sólo emplean clase de servicio CBR, que pese a utilizar tanto ancho de banda como TDM no proporciona las ventajas asociadas a la multiplexación estadística propia de ATM.

Al igual que las aplicaciones basadas en la transmisión de datos tipo ráfaga, las llamadas de voz no justifican la disponibilidad de un ancho de banda totalmente dedicado. De hecho, la mayoría de las redes de voz privadas soportan períodos de tráfico pico sin que ello suponga el bloqueo de ninguna llamada; es decir, la mayor parte del tiempo no se utiliza toda la capacidad disponible.

Los indicadores económicos para la voz sobre ATM están prometiendo, pero las migraciones en masa a este tipo de servicio son improbables. La mayoría los gerentes netos fijarán los rollouts escalonados, y eso significa la voz sobre ATM coexistirá con el circuito conmutado para el futuro previsible. Asegurar la coexistencia pacífica, las redes corporativas necesitaran integrar la voz sobre conmutación de circuitos y ATM.

En la parte de red de área extensa, el problema pudiera ser que muchos de los enlaces WAN fueron ideados para transportar datos no en tiempo real. El H.323 demanda un incremento de la calidad de servicio (QoS) tanto en la LAN como en la WAN. Una estrategia para solucionar este problema es aumentar el ancho de banda en la LAN. El ancho de banda en la WAN es sensiblemente más caro, por lo que en muchos casos no es viable dicha solución.

Actualmente dos son los servicios disponibles en la mayoría de las redes: uno de datos y otro de vídeo bajo demanda que esta en pruebas en las portadoras locales; los restantes aún no se encuentran completamente desarrollados

ATM es el más indicado para manejar el ambiente de tráfico multimedia (por ahora en redes WAN y MAN y en un futuro no muy lejano en redes LAN) porque ofrece una gran flexibilidad de los anchos de banda que requiere este tipo de información, a través de la asignación de marcos de longitud fija para conexiones virtuales (como un requerimiento básico), de la eficiente utilización de los anchos de banda, por el manejo de multiplexamiento estadístico del tráfico de la red (a costa de los retardos o perdidas de las celdas), por la garantía de la calidad del servicio de las transmisiones entre otras ventajas particulares.

La principal desventaja de ATM es que requiere de una infraestructura costosa, dificultando su implementación a corto plazo.

Otra desventaja es que aún no se tiene un estandar bien definido, la mayoria de fabricantes que tienen servicios diferenciados y manejan ganancia estadistica asi como QoS implementan soluciones propietarias.

Otra desventaja es que el tamaño de la celda ATM es demasiado pequeña, lo que hace que los sistemas de comunicación sean más sofisticados y costosos.

El ancho de banda no es la única ni la más importante característica de una red para el transmisión de información Multimedia. El isocronismo, por ejemplo, es una de las características de vital importancia para la transmisión de información multimedia (Características de tiempo real).

La compresión de información multimedia y el seguimiento de estándares son dos de los más importantes puntos a tener en cuenta para el buen desarrollo de las comunicaciones, el avance de las redes y el almacenamiento de información multimedia.

Cuando las aplicaciones de voz, datos y vídeo estén integradas en el escritorio, las aplicaciones simultáneamente serán transportadas por un servicio sencillo de red virtual privada.

Esto será cuando cada uno de nosotros tengamos un equipo de escritorio que actúe como nuestro teléfono, roll-a-dex, phone book, cuarto de videoconferencia , TV y computador, teniendo un servicio de transmisión sencillo para todas esa aplicaciones integradas. Mientras esas aplicaciones no estén integradas en el escritorio, nosotros continuaremos buscando las soluciones más apropiadas y económicas para cada aplicación.

Lista de recomendaciones ITU-T concernientes a ATM.[Ref.17]

Recomendaciones ITU-T Concernientes a ATM

E.164 Numbering plan for the ISDN era 11/91

G.707 Synchronous digital hierarchy bit rates 04/91

G.708 Network node interface for the synchronous digital hierarchy 06/92

G.709 Synchronous multiplexing structure 06/92

I.113 B-ISDN Vocabulary of Terms 04/91

I.121R Broadband Aspects Of ISDN 04/91

I.150 B-ISDN asynchronous transfer mode functional characteristics 06/92

I.211 B-ISDN service aspects 04/91

I.311 B-ISDN General Network aspects 06/92

I.321 B-ISDN protocol reference model and its application 04/91

I.327 B-ISDN functional architecture 04/91

I.361 B-ISDN ATM layer specification 06/92

I.362 B-ISDN ATM adaptation layer (AAL) functional description 04/91

I.363 B-ISDN ATM adaptation layer (AAL) specification (AAL1, AAL2, AAL3/4, AAL5)

I.413 B-ISDN user-network interface 04/91

I.432 B-ISDN user-network interface - Physical layer specification 06/92

I.610 OAM principles of the B-ISDN access 06/92

Tambien, existen "draft recommendations" lista para ser publicadas:

I.35B BISDN ATM Layer Cell Transfer Performance, 1992

I.364 Temp Doc 58 (XVIII) 'Support of Broadband Connectionless Data Service on B-ISDN' 06/92

I.365.1 Frame Relaying Service Specific Convergence Sublayer (FR-SSCS) 06/93

I.371 Temp Doc 64 (XVIII) 'Traffic Control and Congestion Control in B-ISDN' 05/92

I.555 Frame Relaying Bearer Service Interworking 06/93

Q.2931 B-ISDN User-Network Interface Layer 3 Specification for Basic Call/Bearer Control, 04/93

Q.931 ISDN user-network interface layer 3 specification for basic call control 05/92

Q.933 Digital Subscriber Signalling Systems No. 1 (DSS 1) Signalling Specification for Frame Mode Basic Call Control 05/92

G.804 Which describes the mapping of ATM cells into PDH links at 1.544, 2.048, 6.312, 34.368, 44.736, 97.728, 139.264 Mb/s (Jan 1993)

Los siguientes documentos Q.SAAL:

Q.2100 "BISDN Signalling ATM Adaptation Layer Overview Description"

Q.2110 "BISDN Signalling ATM Adaptation Layer - Service Specific Connection Oriented Protocol (SSCOP)

Q.2130 "BISDN Signalling ATM Adaptation Layer - Service Specific Coordination Function for Support of Signalling at the User-to-Network Interface (SSCF at UNI)"

Recomendaciones de BISDN (Signalling draft Recommendations):

Q.2610 DSS2 & SS7 Use of cause and location in DSS2 and B-ISUP

Q.2650 DSS2 & SS7 Interworking of DSS2 and B-ISUP

Q.2660 SS7 Interworking of B-ISUP and Narrowband ISUP

Q.2730 SS7 Use of B-ISUP for Supplementary Services

Q.2761 SS7 Functional Description of B-ISUP

Q.2762 SS7 General Functions of B-ISUP messages and Parameters

Q.2763 SS7 B-ISUP Messages and Codes

Q.2764 SS7 B-ISUP Basic Call Procedures

Q.27BB SS7 B-ISUP for Point-to-Multipoint Calls

Q.27CC SS7 B-ISUP for Multiconnection Calls

Q.27DD SS7 Network Look-Ahead

Q.27EE SS7 B-ISUP Connection Modification

Q.27FF SS7 B-ISUP for Additional Traffic Types

Q.27GG SS7 B-ISUP Negotiation During Call Setup

Q.2931 DSS2 access signalling for BISDN

Q.2932 DSS2 generic functional protocol for supplementary svces

Q.2933 DSS2 signalling for interworking with frame relay

Q.293x DSS2 signalling overview document

Q.2951 DSS2 number identification supplementary svces

Q.2957 DSS2 additional information transfer supp svces

Q.2961 DSS2 traffic parameter negotiation capability

Q.2962 DSS2 bandwidth negotiation capability

Q.2963 DSS2 bandwidth modification capability

Q.2964 DSS2 Look Ahead feature

Q.2971 DSS2 point to multipoint control

Q.298x DSS2 multiconnection control

Q.29xx DSS2 multilevel priority capability

 

ATM .- Asyncronous Transmision Mode.

ASCII .- American Standard Code for Information Interchange.

Artifacts - Termino que describe las porciones de bloques borrosos que degradan la calidad de una imagen en video digital.

AVI.- Audio Video Interleaved, es un formato de video creado por Microsoft.

Ancho de Banda.- La capacidad o habilidad de mover información de o hacia un dispositivo. El ancho de banda se mide en cantidad de datos – usualmente bits por segundos o Bps.

Backbone .- Estructura de transmisión de datos de una red o conjunto de ellas

Bandwith .- Ancho de Banda. Capacidad de un medio de transmisión.

Baud rate .- La velocidad de transmisión entre dos dispositivos.

Baudio : Unidad de medida. Número de cambios de estado de una señal por segundo.

BIT : Binary Digit. Dígito Binario.

Byte : Agrupación básica de información binaria, equivalente a un caracter.

Canal : Medio de transmisión por el cual se difunde una comunicación entre dos usuarios.

Carrier : Operador de Telefonía que proporciona conexión

Caudal : Cantidad de ocupación en un ancho de banda.

CCITT : International Consultative Committee on Telegraphy and Telephony.

Codecs : O codificadores.

Cinepak.- Compresión de video propietaria creada por Supermac para computadoras Macintosh. El formato es 320x240 pixels a 15fps típicamente.

Codec. Un acrónimo para Coder/Decoder

DCT.- Discrete Cosine Transform. Un método de compresión de imágenes individuales que es la parte principal del JPEG y la compresión I-frame de MPEG.

Decode.- Un termino que significa descompresión en el campo del video digital.

DCC : Direct Client to Client, Conexión Directa a Cliente.

DCD : Data Carrier Detected. Detectada Portadora de Datos.

DCE : Equipo de comunicaciones de datos; dispositivo (típicamente un modem)

Decode : Decodificar.

DTE : Data Terminal Equipment. Equipo Terminal de Datos. Se refiere al ordenador conectado a un módem

DTMF : Dual Tone Multifrecuency. Multifrecuencia de doble tono. Son los tonos que se utilizan en telefonía para marcar un número telefónico.

DTR : Data Transfer Ready. Preparado para Transmitir Datos (MODEM).

ETSI : European Telecommunication Standard Intitute. Instituto Europeo de Estándares en Telecomunicaciones.

Encode. – Un Termino que significa compresión en el campo del video digital

Fps.- Frames Per Second. El numero de imágenes contenidas en un solo segundo de una escena en movimiento. 30fps son consideradas Full-Motion.

Frame.- Cuadro, una sola imagen de una escena en movimiento. El Video Full-Motion tiene por lo menos 30 imágenes o frames en cada segundo. El ojo humano puede detectar los cambios de cuadro (flickers) cuando la tasa baja de 30fps. A mayor cantidad de frames mejor continuidad en el video.

Frame Relay : Protocolo de enlace mediante circuito virtual permanente muy usado para dar conexion directa a Internet.

FTP : File Transfer Protocol. de Transferencia de Ficheros. Uno de los protocolos de transferencia

de ficheros mas usado en Internet.

H.323 : Norma para videoconferencia desarrollada por la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones). es parte de una familia de estándares que cubren videoconferencia sobre varios medios

H.320 : Videoconferencia sobre enlaces ISDN.

H.310 :Videoconferencia sobre ATM.

H.323 : Videoconferencia sobre redes de paquetes (LAN, Internet, Intranets).

H.324 : Videoconferencia sobre líneas telefónicas.

IP : Internet Protocol. Protocolo de Internet.

Indeo.- Formato de compresión propietario de Intel.

I-Frame.- un cuadro de video MPEG incorporando compresión dentro de los cuadros (IntraFrame) donde solo la información en un solo cuadro es considerada. A diferencia de los cuadros P y B, los cuadros I no toman en cuenta la redundancia entre los cuadros adyacentes. La codificación I-Frame comprime a una proporción de 6:1 antes que los artifacts sean notorios. Este es usado en conjunto con la codificación de cuadros B y P.

ISDN : Integrated Services Digital Network. Red Digital de Servicios Integrados de datos y voz. En español RDSI.

JPEG.- Photographic Experts Group, un grupo de la industria responsable por las técnicas de compresión y estándares para imágenes cuadro por cuadro. La compresión JPEG es similar a la MPEG-1.

KB : Kb, Kbyte o Kilobyte. Un Kilobyte equivale a 1024 bytes o caracteres.

LAN : Local Area Network. Red de Area Local. Red de ordenadores reducidas dimensiones.

JPEG : Join Photograph Expert Group. Unión de Grupo de Expertos Fotográficos. Formato gráfico con compresion

MPEG : Motion Pictures Expert Group. Grupo de Expertos en Imagen en Movimiento. Formato gráfico de almacenamiento de video. el MJPEG no es otra cosa que una secuencia de cuadros individuales comprimidos en JPEG.

MPEG-2 : Sistema de compresión de video que se ha adoptado para la televisión digital.

Multicasting : Técnica de transmisión de datos a través de Internet en la que se envían paquetes desde un punto a varios simultáneamente

NTSC.- National Televisión Standars Committe. El video NTSC es el estándar utilizado en Estados unidos y algunos países de Sudamérica como Perú. PAL y SECAM son los estándares usado en Europa y Asia.

PCM : Modulación Codificada por Pulsos; técnica para codificar digitalmente señales analógicas.

PVC : Permanent Virtual Circuit. Circuito Virtual Permanente.

P-Frame.- Un método de codificación MPEG usando un algoritmo predictivo que toma en cuenta la información existente entre 2 cuadros adyacentes. El cuadro P (P-Frame) predice la diferencia entre el cuadro actual y el cuadro I o P precedente mas próximo para minimizar la cantidad de data necesaria para codificar dicho cuadro. La codificación de cuadros P es usado en conjunto con la codificación de cuadros I y B.

Pixel.- Un único elemento en una escena. El elemento de información visual en la pantalla.

QSIF.- Una cuarta parte de un formato estándar de imagen (Quarter size of Standard Image Format). Una resolución de 176x140 pixels para NTSC.

RDSI : Red Digital de Servicios Integrados. Red de telefónica con anchos de banda desde 64Kbps (64.000 Bps como mínimo). Similar a la red telefónica pero digital. En inglés ISDN.

RTP : Real Time Protocol. Protocolo de Tiempo Real. Protocolo utilizado para la transmisión de información en tiempo real como por ejemplo audio y video en una video-conferencia.

TCP/IP : Transmision Control Protocol / Internet Protocol.

SIF.- Un acrónimo para Standard Image Format describiendo una resolución de 352x240 pixels en el caso de NTSC.

UDP : User Datagram Protocol. Protocolo de Datagrama de Usuario. Protocolo abierto en el que el usuario (programador) define su propio tipo de paquete.

Videoconferencia : Comunicación visual y auditiva entre dos o más personas.

WAN : Wide Area Network. Red de Area Extensa. Red de comunicación de datos que cubre una amplia zona geográfica.

A continuación adjuntamos documentación de equipos ATM comerciales utilizados en este trabajo.

The MainStreetXpress 36150 Access Switch has the high bandwidth throughput needed for to support multimedia services. It is a versatile, high capacity broadband access switch that combines data, video and voice communications. allowing service providers and large corporate networks to lower the cost of networking, while enabling a host of new applications and services. It also has the capability to adapt services, such as TDM, SMDS, ISDN PRI and ATM. It supports a variety of services at the edge of the network for transport across a single ATM infrastructure. The MainStrreetXpress 36150 uses advanced cell switching technology based on B-ISDN ATM standards, making it an ideal solution for consolidating a network, or creating new services.

97-2347-01-00-D (7989)

Cotas, (Cooperativa de Telecomunicaciones Santa Cruz Ltda.), a flourishing telephone carrier situated in Santa Cruz, Bolivia, understood this challenge when it chose Newbridge to help it launch the first ATM (asynchronous transfer mode) multiservices network in Latin America.

Cotas wanted a leading-edge technology that could help it penetrate the Bolivian market which Cotas shared with a number of other telcos, including the long distance monopoly holder, Entel.

As part of its business plan, Cotas set about planning for a multiservices network in 1996. Cotas realized that increasingly its customers wanted an integrated approach to network services. The time, moreover, was right. Bolivia enjoyed a stable democracy, a low/controlled inflation rate, and the economy was thriving. In a country of 7 million, enjoying a GNP of US $800 (purchasing power parity), the farming, cattle and oil sectors had been booming during the two previous years.

"Our clients wanted to take advantage of the buoyant economy," said Fernando Hevia, Data Network Manager for Cotas. "Banks, co-operatives and large companies needed high quality and cost-effective services for voice and data at high speed transmission to meet the growing demand."

Indeed, Cotas' clients wanted to offer their customers the very same services that Cotas offered them. Service providers providing service providers -- it all represented the very best of the value chain philosophy.

To launch its dream of a multiservices network, Cotas chose Santa Cruz as the best place to start. As the fastest growing center of economic growth in Bolivia, a firm foothold for a multiservices network in Santa Cruz would serve as a model for the country as a whole.

Part of the drive for the multiservices network came as a result of a data transmission project, which Cotas had begun one year earlier. In dealing with a particular client, Cotas realized that their copper lines, as currently configured, could not support the growing demand for the high speed transmission of data.

So, in 1996, Cotas invited a number of vendors, including NEC do Brazil, Newbridge and others, to propose a networking solution. After a lengthy presentation and design of their network, the Newbridge team won the trust of Cotas, finalized their plan, and designed the turnkey project.

"From the very beginning we established a relationship of trust," said Hevia. "Newbridge has delivered on that trust ever since. Part of this trust arose from the fact that Newbridge offered local support through Comtec, a Bolivian-based Newbridge distributor. By offering support locally, Newbridge indicated their on-going commitment to our project."

The ATM network is not only defining Cotas as a leading provider of network services, it is setting the pace for telcos across Bolivia, and Latin America, as well.

Before the installation of the 36170 switches, Cotas clients established point-to-point connections by using a modem over an analog voice network. Now Cotas employs an overlay digital network to route its traffic through the 3600 multiplexers on digital lines directly back the customer. The 3600 multiplexers provide Cotas with a scalable option for increasing bandwidths on a single platform that can be seamlessly meshed with the 36170.

"By using the 3600s and the 36170s in combination, we get significant value added by taking advantage of the ATM infrastructure," said Hevia. "We achieve much better cost usage."

Given the demand for frame relay even before the network was built, it's not surprising that frame relay has proven so popular with Cotas clients. More than 60 per cent of Cotas traffic now comprises frame relay, leaving TDM increasingly far behind. Currently, the frame relay network includes two overlay networks, TDM and ATM. TDM provides frame relay access to speeds up to 512 kbit/s, whereas ATM provides E1 and fractional E1 frame relay access.

"When we offered the data network services last year, the demand was largely for TDM links. But the reality is different now," said Ernesto Roca, Data Network O&M for Cotas. "With the multiservices switches in place, we can offer our users more options, including frame relay."

Another reason why Cotas embraced the Newbridge solution was the MainStreetXpress 46020 Network Manager. The 46020 provides Cotas with centralized power and a single point of control. Among its tasks, the 46020 enables end-to-end relay paths and manages the TDM network. It can also serve as a powerful tool to monitor, administer, plan and, where necessary, redesign a network.

"The 46020 virtually sealed the deal. Before the Network Manager, there was no way in which Cotas could supervise or manage the user's link," said Roca. "By working with Newbridge to implement the data network, we have been able to provide a better service because it is completely manageable from our central Bolivar Station."

The 46020 enables Cotas to evolve the solutions that the market requires. If, for example, clients want a LAN interconnect, Internet access, larger bandwidth, or broadband services, it's simply a matter of bringing these services onto the network, setting them up, and the network manager will recognize them immediately.

With the ATM backbone and state-of-the-art Newbridge equipment, Cotas can proceed with the confidence that their network can be scaled to support today's and tomorrow's bandwidth-hungry services and high speed applications. In short, new services can be easily deployed.

Apart from the basic telephone services they have in Santa Cruz, Cotas can now compete in Internet, data transmission, and dedicated channel services. They also have a TV cable project, and are complementing their telephone lines with ISDN, Centrex, and 24 other supplementary services in all their stations.

"There's even the possibility that we could provide a wireless service mainly for data, for users who need the fast service since the copper line has its limits," said Roca.

Cotas is also planning to exploit the ATM backbone to support the telephone traffic of various stations they have in service. With the deregulation of long distance services planned for 2001, Cotas understands that it must be prepared for what will only become a fiercely competitive market.

"Currently our service demand is ten lines for every 100 inhabitants," said Hevia. "Our quota or objective is to have 16 lines for every 100 inhabitants by the year 2000."

This year Cotas will also offer LAN services using the 2721 MainStreet DTU and will also expand their remote offices. By 1998, their service offerings will include LAN extension connectivity and full motion videoconference (using MainStreetXpress 36150 Access Switches).

Cotas also uses their ATM infrastructure for access and transport of their Internet services (launched in June 1998). In the future, the ATM switching layer could also prove crucial, when Cotas starts to offer IP VPN services where CSI (Carrier Scale Internetworking) will play an important role. By adding a layer of traffic engineering to IP, ATM can enable the prioritization of traffic and different classes of service, which IP alone cannot do. The result is a more effective means for ensuring the transmission of mission-critical traffic -- a growing concern of service providers and businesses alike.

97-2345-01-00-E (8858)

Lower Total Networking Costs through network consolidation, voice compression, dynamic bandwidth allocation and increased support of public wide area network (WAN) services

Increase Network Performance through multiprotocol switching and automatic routing, flexible cell and frame transport for varying traffic types, and congestion management and avoidance Operate Flexible, Reliable and Secure LAN/WAN Networks through onboard packet filtering and firewalls, integrated Virtual Private Networking capabilities and bulletproof non-stop networking

The Passport 6400 series of enterprise network switches reduces network complexity, shortens implementation time for new applications, enables managed growth and decreases network costs. Optimize Use of Network Resources through sophisticated WAN traffic management, multiple classes of prioritization, fast return on capital investment, powerful network management tools and services monitoring.

[Ref.1] Abdelnaser Adas; Traffic Models in BroadBand Networks, IEEE Communications Magazine July 1997.

[Ref.2] John Murphy; Tesis de ATM en internet, Sat Sep 28 14:52:08 GMT 1996

[Ref.3] Northern Telecom ; Passport Voice Transport User Guide

Publication: 241-7001-400 Document status: Standard Document version: 4S3

Document date: May 1998

[Ref.4] Northern Telecom; Passport Voice Networking User Guide

Publication: 241-7001-410 Document status: Standard Document version: 4S2

Document date: May 1998

[Ref.5] David Ross; Tecnical Guide for Choosing Digital Video Systems. Comercial Products Group.

[Ref.6] Lori Dustin; MPEG: Full Motion Video on the Desktop . Comercial Products Group.

[Ref.7] Newbridge Networks White Papper. Engineering Voice Services over ATM.

[Ref.8] Newbridge Networks White Papper. Solución de Video broadcast para Telefónica del Perú, Newbridge Networks LAM.

[Ref.9] Gonzalo Alvarez Marañon, miguel Romero Garcia. INSTITUTO DE FISICA APLICADA CSIC; Modelos de tráfico autosemejante en redes de comunicaciones.

[Ref.10] Martín Soto-Córdova. Introducción a los Modelos de Tráfico para Redes de Banda Ancha. (Report interno UPC).

[Ref.11] Report CCITT ITU. Working Documents: Tipos de trafico para modelar las diferentes fuentes de trafico.