Diseño de una red de audio digital para interconectar los laboratorios de la academia de acústica

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELECTRICA

DISEÑO DE UNA RED DE AUDIO DIGITAL PARA

INTERCONECTAR LOS LABORATORIOS DE LA

ACADEMA DE ACÚSTICA

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

P R E S E N T A N

GALLARDO MARTÍNEZ ALDO

LUNA HERNÁNDEZ MARYJOSE

PALMA RIVERA ANGEL OMAR

ASESORES TÉCNICOS

ING. JOSÉ JAVIER MUEDANO MENESES

ING.ERIC GÓMEZ GÓMEZ

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Página II

Contenido

Agradecimientos... VII Objetivo...IX Justificación...IX Introducción...IX

1 Capítulo I Marco teórico... 1

1.1 Sonido ... 1

1.1.1 Características del sonido ... 1

1.1.2 Propiedades físicas objetivas del sonido ... 2

1.1.3 Propiedades físicas subjetivas del sonido ... 2

1.1.4 Generación y propagación del sonido ... 3

1.2 Audio ... 4

1.3 Audio digital ... 4

1.3.1 Formatos de audio digital ... 5

1.4 Video digital ... 6

1.5 Red privada ... 7

1.6 Redes convergentes ... 9

1.6.1 Elementos de una red convergente ... 9

1.7 Modelos de red ...11

1.7.1 No jerárquicos...11

1.7.2 Jerárquico...12

1.7.3 WAN ...14

1.8 Voz sobre IP (VoIP) ...14

1.8.1 SIP (RFC 3261) ...15

1.8.2 Protocolos especificados por SIP...16

1.9 Audio en red ...16

1.9.1 Audio por una red Ethernet ...17

1.10 Consideraciones para una red de audio ...17

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Página III

1.10.2 Latencia ...18

1.10.3 Complejidad ...19

1.11 Antecedentes...19

1.11.1 Protocolos de audio en red ...19

1.12 Topologías de audio en red ...23

1.13 Estado del arte ...26

1.13.1 Streaming ...26

1.13.2 Protocolos para transmisión en streaming ...26

1.13.3 Protocolos que no se basan en Ethernet ...27

2 Capítulo II Análisis de la Problemática...29

2.1 Presentación de la problemática ...29

2.1.1 Planos de las instalaciones de la academia de acústica ...29

2.1.2 Condiciones iniciales ...30

2.1.3 Mediciones de la red Wi-Fi y Ethernete en la academia de acústica ..42

3 Capitulo III Propuesta de solución ...44

3.1 Presentación de solución ...44

3.1.1 Selección de cables ...49

3.1.2 Selección de los switches de red. ...52

3.1.3 Equipos de redes a usarse (routers y switches) ...53

3.2 Configuración del router ...55

3.3 Requerimientos de software en la computadora...57

3.3.1 Tarjeta de sonido virtual Dante ...57

3.3.2 Controlador de Dante ...58

3.4 Equipo a usar en el laboratorio de grabación ...58

3.4.1 Consola YAMAHA QL1 ...58

3.4.2 RIO 1608-D ...59

3.4.3 Aviom D800...60

3.4.4 Aviom A160 ...61

3.5 Simulación de la red de audio (Packet tracer)...61

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Página IV

4 Capitulo IV Costos ...69

4.1 Costo de los equipos de red ...69

4.1.1 Otros costos ...70

Conclusiones ...71

Bibliografía ...72

Anexos ...74

Anexo A- Especificaciones del router Cisco 1900. ...74

Anexo B- Especificaciones del Switch Gigabit de 24 puertos Cisco SGE2000. ..77

Anexo C- Especificaciones del Switch CISCO 300. ...80

Anexo D- Especificaciones del Aviom D800 datasheet. ...87

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Página V

Contenido de Figuras

Figura 1. 1 Representación de una oreja percibiendo sonido. ... 1

Figura 1. 2 Generación de ondas longitudinales y transversales. ... 1

Figura 1. 3 Representación de una onda en tridimensional. ... 2

Figura 1. 4 Forma de onda entre un sonido agudo y uno grave. ... 2

Figura 1. 5 Ondas de dos sonidos con el mismo tono... 3

Figura 1. 6 Formas de onda sonido débil e intenso. ... 3

Figura 1. 7 Propagación de una onda sonora. ... 4

Figura 1. 8 Muestreo y cuantificación de una señal de audio. ... 5

Figura 1. 9 Formatos de audio digital ... 5

Figura 1. 10 Ejemplo de señal digital de video. ... 6

Figura 1. 11 Red convergente ... 9

Figura 1. 12 Estructura de cableado...10

Figura 1. 13 Representación de un modelo de red. ...11

Figura 1. 14 Representación del modelo no jerárquico ...12

Figura 1. 15 Modelo de red jerárquico...12

Figura 1. 16 Diagrama de una red WAN ...14

Figura 1. 23 Diagrama de redundancia...18

Figura 1. 24 Representación de latencia. ...19

Figura 1. 26 Tarjeta de audio Dante MY16-AUD...21

Figura 1. 25 Topología de red de árbol. ...25

Figura 2. 1 Plano de ubicación del 3er piso de la academia de acústica. ...29

Figura 2. 2 Plano de ubicación del 2do piso de la academia de acústica. ...30

Figura 2. 3 Condición Inicial del Lab 4 (a) Roseta (b) Foto Lab 4. ...31

Figura 2. 4 Condición inicial del Lab 3 (a) Foto Lab 3 (b) Roseta Lab3. ...32

Figura 2. 5 Condición inicial del Lab 2 (a) Foto Lab 2 (b) Roseta Lab 2. ...34

Figura 2. 6 Condición inicial lab 1 (a) Foto lab 1 (b) Roseta lab 1. ...35

Figura 2. 7 Sala A del estudio de grabación...36

Figura 2. 8 Rosetas de conexión de la sala A...36

Figura 2. 9 Sala de video del estudio de grabación (a) Foto sala de video (b) Roseta sala video. ...37

Figura 2. 10 Sala de control (a) Foto sala control (b) roseta trasera (c) roseta delantera...38

Figura 2. 11 Laboratorio de acústica musical...39

Figura 2. 12 Cámara subamortiguada. ...40

Figura 2. 13 Cámara reverberante. ...40

Figura 2. 14 Cubículos 3ER piso...41

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Página VI

Figura 2. 16 Perfil de la red Wi-Fi perteneciente acústica. . ...42

Figura 3. 1 Conexión de los equipos. ...45

Figura 3. 2 Plano 3D del 2do piso con los ductos de cableado...46

Figura 3. 3 Diagrama de la red de audio 2do piso. ...46

Figura 3. 4 Plano 3D del 3er piso con tubería de cableado. ...47

Figura 3. 5 Diagrama de la red de audio 3er piso. ...48

Figura 3. 6 Diagrama total de la red. ...49

Figura 3. 7 Cable Gigabit Ethernet categoría 5 (CAT5). ...50

Figura 3. 8 Características de los cables de núcleo sólido y trenzados. ...51

Figura 3. 9 Diferencia entre cables STP y UTP. ...51

Figura 3. 10 Cable etherCon Cat6. ...52

Figura 3. 11 Switch SG300...53

Figura 3. 12 Switch CISCO SGE2000 ...54

Figura 3. 13 Router CISCO 1900. ...55

Figura 3. 14 Configuración EIGRP en los routers 1 y 2. ...56

Figura 3. 15 Tablas de enrutamiento de los routers 1 y 2...57

Figura 3. 16 Consola de audio QL1. ...58

Figura 3. 17 Dispositivo de e/s RIO 1608-D. ...59

Figura 3. 18 Vista frontal y posterior de Aviom D800. ...60

Figura 3. 19 Aviom A360. ...61

Figura 3. 20 Simulación en Packet tracer en el segundo piso. ...62

Figura 3. 21 Simulación en Packet tracer en el tercer piso. ...63

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Agradecimientos

En este momento en el cual termina la etapa más importante de mi vida, quisiera agradecer a mi familia, la cual me apoyó durante esta etapa, a mi madre quien me dió todo su apoyo, cariño y paciencia, a mis hermanos quienes me dieron la determinación para poder terminar lo que hace unos años comenzó, aunque se dice que la familia lo es todo, también lo son los amigos, quiero agradecer a mis amigos quienes estuvieron conmigo en este trayecto, por su apoyo, cariño, confianza, paciencia y sobre todo por su presencia en los buenos y malos momentos.

Se dice que el conocimiento es poder, pero es más poderoso cuando aquella persona que lo posee es capaz de transmitirlo hacia nuevas generaciones he aquí donde agradezco a mis maestros y asesores, por otorgarme el conocimiento necesario para poder desarrollar este proyecto de tesis curricular, por darnos el apoyo requerido para no desistir, por encaminarnos a mí y a mis compañeros de equipo hacia el éxito.

Por ultimo pero no menos importante, a aquellas personas que conocí en esta etapa de mi vida, tal vez no estuvieron presente en mi trayecto académico, pero estuvieron presentes en esos momentos donde las palabras de ánimo, el apoyo incondicional basta para poder obtener la confianza en uno mismo para realizar todo lo que tiene como meta.

Aldo Gallardo Martínez

Dedico este triunfo a mi madre que a pesar de las dificultades nunca soltó mi mano ayudándome a lograr un sueño más, a mis hermanos que, con su cariño, apoyo y compresión siempre puedo superar la adversidad, unidos lo imposible no existe. A mis queridos amigos que nunca han dejado de creer en mí, y siempre serán parte del momento más feliz que puedo recordar.

Gracias por ser parte de mi mundo, este solo es un paso dentro del camino del éxito.

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Página VIII

A mis padres y hermanos por ser el pilar fundamental en todo lo que soy, en toda mi educación, tanto académica, como de la vida, por su incondicional apoyo perfectamente mantenido a través del tiempo.

A mi novia que siempre estuvo en cada instante que pasé en la universidad, gracias

por tus consejos, por tu cariño y sobre todo por tu apoyo incondicional.

A todos mis amigos que fueron parte de esta etapa de mi vida universitaria y que

siempre me brindaron su apoyo, gracias por confiar en mí y dejarme ser parte de

sus vidas.

Todo este trabajo ha sido posible gracias a ellos, los amo.

“Si hay música en tu alma, se escuchará en todo el universo”

Lao Tse

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Página IX

Objetivo

Diseñar un sistema de audio en red para los laboratorios y cubículos de la academia de acústica de ESIME Zacatenco.

Justificación

Debido al mantenimiento realizado en el estudio de grabación, se desea implementar un sistema de audio en red para la academia de acústica, que podrá aportar nuevos métodos de enseñanza, tanto el alumno como docente realizará principalmente la transmisión, reproducción y/o grabación de audio de manera fácil y eficaz en diferentes dispositivos electrónicos, tales como: Computadoras, smartphones, tabletas, etc. desde cualquier lugar de la academia de acústica. Así mismo esta red podrá contar con envío de datos, voz y video, lo cual permitirá a los alumnos y docentes, complementar y mejorar las prácticas de laboratorio para lograr tener un mejor entendimiento de los objetivos de las diversas prácticas en las materias de la academia de acústica.

Introducción

En la década pasada el audio en red ha cambiado la forma de diseñar, construir y utilizar los sistemas de audio en la industria. Con lo anterior las nuevas y potentes tecnologías basadas en red se han convertido en el estándar del mercado, y con ellas ha traído nuevas formas de enseñanza, lo que también ha permitido el surgimiento de temas y estrategias prácticas para la educación que deben tenerse en cuenta para un aprendizaje eficaz y de calidad.

Es por ello que el audio en red ha sido un factor muy importante para el desarrollo del audio digital. Por lo anterior el desarrollo de esta nueva tecnología en lo académico es un aspecto vital para el audio profesional, ya que se ha convertido en una herramienta esencial, desde la simple sonorización de un espacio, hasta distribución instantánea de señales de audio a diferentes lugares.

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Página X Durante la presentación de este proyecto se verán algunos conceptos básicos referentes al tema de audio en red, así como algunos datos extras, como protocolos necesarios para la transmisión en tiempo real, y un tema del cual se ha estado hablando hoy en día como es el streaming, que nos permite ver y/o escuchar archivos almacenados en un servidor al cual se tiene acceso.

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Capítulo I Marco teórico

1.1 Sonido

El sonido son ondas que se propagan a través de un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso), en un rango de 20Hz a 20Khz (frecuencias audibles), capaces de sensibilizar el oído humano normal, excitando los nervios auditivos.

Figura 1. 1 Representación de una oreja percib iendo sonido.

1.1.1 Características del sonido

Es una onda mecánica: Las ondas mecánicas no pueden desplazarse en el vacío, necesitan hacerlo a través de un medio material (aire, agua, cuerpo sólido). Además dicho medio debe ser elástico y no rígido para permitir la transmisión del sonido. Es una onda longitudinal: En las ondas longitudinales el movimiento de las

partículas se desplaza en la misma dirección que la onda.

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Página 2 Es una onda tridimensional: Son ondas que se propagan en tres direcciones y estas

se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones.

Figura 1. 3 Representación de una onda en tridimensional.

1.1.2 Propiedades físicas objetivas del sonido

Frecuencia: Es el número de ciclos de la onda sonora que ocurren en 1 segundo. La frecuencia determina que un sonido sea más grave o más agudo, o sea, determina el tono. Su unidad es el Hertz (Hz).

Figura 1. 4 Forma de onda entre un sonido agudo y uno grave.

1.1.3 Propiedades físicas subjetivas del sonido

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Figura 1. 5 Ondas de dos sonidos con el mismo tono.

Intensidad: Es el flujo de energía sonora por unidad de área, siendo expresada en Watts acústicos por metro cuadrado. Se relaciona con la amplitud de las vibraciones que llegan a nuestros tímpanos.

Figura 1. 6 Formas de onda sonido débil e intenso.

Duración: Es la característica del sonido que nos permite diferenciar sonidos largos de sonidos cortos. La podemos definir como el tiempo de permanencia de un sonido.

1.1.4 Generación y propagación del sonido

El elemento generador del sonido se denomina fuente sonora. La generación del sonido tiene lugar cuando dicha fuente entra en vibración y dicha vibración es transmitida a las partículas de aire adyacentes a la misma que, a su vez, la transmiten a nuevas partículas contiguas.

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Página 4 La oscilación de las partículas tiene lugar en la misma dirección que la de propagación de la onda.

Figura 1. 7 Propagación de una onda sonora.

1.2 Audio

El ser humano percibe el sonido porque tenemos una capacidad auditiva. El tipo de señal sonora que nuestro oído percibe es analógica y recibe la denominación de audio. Lo que se aprecia al oír, es decir, el sonido, es originado por la vibración del aire, siendo el tono la medida alta o baja de cada sonido y la calidad de vibraciones es la frecuencia.

El audio como sistema de señal analógico se puede emplear para amplificar el sonido en los altavoces o para escuchar música con auriculares. Existen todo tipo de dispositivos en lo que el componente auditivo es un elemento esencial. De hecho, en los últimos años la tecnología ha transformado la señal de audio analógica en una señal digital. Este proceso de digitalización o de conversión de señales es lo que permite que en nuestras computadoras se pueda escuchar música.

1.3 Audio digital

La digitalización del audio se basa en codificar en binario intervalos de onda analógica con respecto a la intensidad, timbre y duración, para generar una cadena de bits que será leída por algún dispositivo electrónico.

En un sistema completo de audio digital comienza habitualmente con un transductor (micrófono) que convierte la onda de presión que representa el sonido a una señal eléctrica analógica.

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Página 5 La calidad del audio digital depende fuertemente de los parámetros con los que esa señal de sonido ha sido adquirida, pero no son los únicos parámetros importantes para determinar la calidad.

Parámetros fundamentales del audio digital:

 Número de canales: 1 para mono, 2 para estéreo, 4 para el sonido

cuadrafónico, etc.

 Tasa de muestreo: El número de muestras tomadas por segundo en cada canal.

 Número de bits por muestra: Habitualmente 8 o 16 bits. Como regla general, las muestras de audio multicanal suelen organizarse en tramas. Una trama es una secuencia de tantas muestras como canales, correspondiendo cada una a un canal. En este sentido el número de muestras por segundo coincide con el número de tramas por segundo. En estéreo, el canal izquierdo suele ser el primero.

Figura 1. 8 Muestreo y cuantificación de una señal de audio.

1.3.1 Formatos de audio digital

 Formato AU

 Formatos AIFF y AIFC  Formatos MPEG  Formato WAV  Formato MOD  Formato VOC  Formato MIDI  Formato OGG  Formato MP3  Formato WMA

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1.4 Video digital

El formato de ficheros de vídeo digital es en qué forma se guardan los datos de un fichero de vídeo con el fin de que puedan ser interpretados por un ordenador o dispositivo análogo. Para transformar la información analógica de las imágenes en digital se usan los códec, acrónimo de codificador/descodificador. En muchos casos estos codec´s analizan los fotogramas y emplean algoritmos para comprimir sus datos.

Figura 1. 10 Ejemplo de señal digital de video.

La compresión puede ser:

 Temporal: En la que se analiza un fotograma y se guarda la diferencia entre un fotograma y el fotograma anterior.

 Espacial: En la que se eliminan los datos de los pixeles que no cambian en cada fotograma.

Existen tres formatos de vídeo de gran implantación:

 MOV: El formato MOV de QuickTime, creado por Apple, es multiplataforma y en sus versiones más recientes permite interactuar con películas en 3D y de realidad virtual.

 AVI (Audio Video Interleaved): El formato AVI es un formato propio de Windows, y por lo tanto está diseñado para ejecutarse principalmente en sus sistemas operativos.

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1.5 Red privada

Una red privada es una red que usa el espacio de direcciones IP especificadas en el documento RFC 1918. A los equipos o terminales puede asignárseles direcciones de este espacio cuando deban comunicarse con otros terminales dentro de la red interna pero no con Internet directamente.

Las redes privadas son bastante comunes en esquemas de redes de área local (LAN), debido a que no tienen la necesidad de usar direcciones IP públicas con sus dispositivos.

Otra razón para el uso de direcciones IP privadas es la escasez de direcciones IP públicas. IPv6 se creó para combatir esta escasez de direcciones, pero aún no ha sido adoptado de forma definitiva.

Los enrutadores en Internet se configuran de manera que descartan el tráfico dirigido a las direcciones privadas, lo cual hace que los equipos de la red privada estén aislados de las máquinas conectadas a internet. Este aislamiento es una forma de seguridad básica, dado que no es posible realizar conexiones a las máquinas de la red privada desde Internet.

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Página 8 Las direcciones son:

Si un dispositivo de una red privada necesita comunicarse con otro dispositivo de otra red privada distinta, es necesario que cada red cuente con una puerta de enlace con una dirección IP pública, de manera que pueda ser alcanzada desde fuera de la red y así se pueda establecer una comunicación, ya que un enrutador podrá tener acceso a esta puerta de enlace hacia la red privada. Típicamente, esta puerta de enlace será un dispositivo de traducción de dirección de red (NAT) o un servidor proxy.

Nombre Rango de

direcciones IP

Número

de IPs

Descripción

de la clase

Mascara de

subred

Definido en

Bloque de

24 bits

10.0.0.0 –

10.255.255.255

16.777.216 Red simple clase A

10.0.0.0/8

(255.0.0.0)

RFC1597 (obsoleto),

RFC 1918

Bloque de

20 bits

172.16.0.0 –

172.31.255.255

1.048.576 16 Redes clase B continuas 172.16.0.0/12 (255.240.0.0) Bloque de 16 bits

192.168.0.0 –

192.168.255.255

65.536 256 Redes clase C continuas

192.168.0.0/16 (255.255.0.0)

Bloque de 8

bits

169.254.0.0 –

169.254.255.255

65.536 Red simple clase B - no enrutable

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1.6 Redes convergentes

Son redes de multiservicio que ofrecen: voz, datos y vídeo y todo esto en usa sola red usando IP como su protocolo.

Un buen ejemplo de una red convergente son las redes basadas en IMS (IP Multimedia Subsystem) que complementa varios servicios como son: VoIP, Streaming de vídeo y otro tipo de multimedia.

Uno de los principales beneficios de la transición hacia una red convergente es que se debe instalar y administrar una sola red física. Esto permite ahorrar de manera considerable en la instalación y la administración de las redes de voz, de video y de datos independientes.

Figura 1. 11 Red convergente

1.6.1 Elementos de una red convergente

Además de los elementos básicos de la red (Routers, switches, cable UTP, conectores RJ-45, RJ-11 o Jacks, etc) los elementos necesarios para una red convergente serían los siguientes:

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 Cuarto de Telecomunicaciones: Este cuarto es el área en un edificio utilizada para el uso exclusivo de equipo asociado con el sistema de cableado de telecomunicaciones. El espacio no debe ser compartido con instalaciones eléctricas que no sean de telecomunicaciones. Debe ser capaz de albergar equipo de telecomunicaciones, terminaciones de cable y cableado de interconexión asociado. El diseño de este cuarto debe considerar, además de voz y datos, alarmas, seguridad, audio y otros sistemas de telecomunicaciones. Todo edificio debe contar con al menos un cuarto de telecomunicaciones o cuarto de equipo. No hay un límite máximo en la cantidad de estos cuartos que pueda haber en un edificio.

 Cableado horizontal: Es la porción del sistema de cableado que se extiende desde el rack hasta el usuario final en su estación de trabajo.

 Cableado vertical: Este cableado se llama Backbone y provee interconexión entre cuarto de equipos y la entrada al edificio.

El Backbone incluye los medios de transmisión entre diferentes edificios. El cableado vertical debe soportar todos los dispositivos que están dentro del Rack y a menudo todas las impresoras, terminales y servidores de archivo de un piso de un edificio. Si más usuarios son agregados a un piso, ellos compiten por el ancho de banda disponible en el cableado vertical. Sin embargo existe una ventaja, y esta es la poca cantidad de canales verticales en un edificio y por ello se pueden usar equipos más costosos para proveer un mayor ancho de banda. Este es el área donde la fibra óptica se ha convertido en el medio más apropiado. El cableado vertical se presenta en diferentes topologías, la más usada es la topología en estrella.

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1.7 Modelos de red

El modelo de red es un modelo de base de datos hecho como un modo flexible de representar objetos y su relación.

Figura 1. 13 Representación de un modelo de red.

1.7.1 No jerárquicos

Es un modelo que se caracteriza por conmutación analógica de barras cruzadas con control común lógico alambrado. Aunque en general el encaminamiento jerárquico fijo provee servicio bastante satisfactorio, la eficiencia de tráfico puede mejorar o empeorar debido que las redes de larga distancia son muy caras.

Razones principales por las que proveen bajas eficiencias las rutas jerárquicas fijas:  Las rutas troncales pequeñas son ineficientes

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Figura 1. 14 Representación del modelo no jerárquico

1.7.2 Jerárquico

Para construir correctamente una interconexión de redes que sea eficaz a las necesidades de los usuarios, se utilizará un modelo jerárquico de tres capas para organizar el flujo del tráfico. En un modelo jerárquico, los datos son organizados en una estructura parecida a un árbol, implicando un eslabón solo ascendente en cada registro para describir y anidar, un campo de clase para guardar los registros en un orden particular en cada lista de mismo nivel.

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1.7.2.1 Capa de acceso

La capa de acceso de la red es el punto en el que cada usuario se conecta a la red. Los usuarios así como los recursos a los que estos necesitan acceder con más frecuencia, están disponibles a nivel local. El tráfico hacia y desde recursos locales está confinado entre los recursos, switches y usuarios finales. En la capa de acceso se puede encontrar múltiples grupos de usuarios con sus correspondientes recursos. En muchas redes no es posible proporcionar a los usuarios un acceso local a todos los servicios, como archivos de bases de datos, almacenamiento centralizado o acceso telefónico al Web.

1.7.2.2 Capa de distribución

La capa de distribución marca el punto medio entre la capa de acceso y los servicios principales de la red. La función primordial de esta capa es realizar funciones tales como enrutamiento, filtrado y acceso a WAN.

La capa de distribución abarca una gran diversidad de funciones, entre las que figuran las siguientes:

 Servir como punto de concentración para acceder a los dispositivos de capa de acceso.

 Enrutar el tráfico para proporcionar acceso a los departamentos o grupos de trabajo.

 Segmentar la red en múltiples dominios de difusión y multidifusión.

 Traducir los diálogos entre diferentes tipos de medios, como Token Ring y Ethernet.

 Proporcionar servicios de seguridad y filtrado.

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1.7.2.3 Capa de Núcleo

La capa del núcleo, principal o core se encarga de desviar el tráfico lo más rápidamente posible hacia los servicios apropiados. Normalmente, el tráfico transportado se dirige o proviene de servicios comunes a todos los usuarios y estos servicios se conocen como servicios globales o corporativos. Algunos de tales servicios pueden ser e-mail, el acceso a Internet o la videoconferencia. Cuando un usuario necesita acceder a un servicio corporativo, la petición se procesa al nivel de la capa de distribución y dispositivo de la capa de distribución envía la petición del usuario al núcleo. Este se limita a proporcionar un transporte rápido hasta el servicio corporativo solicitado. El dispositivo de la capa de distribución se encarga de proporcionar un acceso controlado a la capa de núcleo.

1.7.3 WAN

Ofrece convergencia de voz, video y servicios de datos sobre una simple red de comunicaciones IP. Esta aproximación permitiría expandir a áreas más largas teniendo un alto costo-beneficio.

Figura 1. 16 Diagrama de una red WAN

1.8 Voz sobre IP (VoIP)

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Página 15 Las actuales redes IP, en las que Internet está basada, no garantizan calidad de servicio. Por ello, los distintos protocolos empleados en las comunicaciones VoIP deben ser tolerantes a posibles retrasos o pérdidas de información que se puedan dar, en la medida de lo posible. Actualmente destacan dos tecnologías que se emplean para comunicaciones de voz sobre IP: H.323 y SIP.

1.8.1 SIP (RFC 3261)

Es un protocolo de señalización (situado en el nivel ISO / OSI de aplicación) para el establecimiento, mantenimiento y terminación de sesiones interactivas entre usuarios; estas sesiones pueden tratarse de conferencias multimedia, chat, sesiones de voz o distribución de contenidos multimedia. SIP no define por sí mismo un sistema de comunicaciones ni ofrece servicio alguno; es un protocolo flexible que se limita a ofrecer una serie de primitivas que las aplicaciones pueden utilizar para implementar servicios.

SIP ofrece funciones tales como:  Redirección de llamadas  Resolución de direcciones

 Determinar la disponibilidad de un punto final  Establecer llamadas punto a punto o multipunto

1.8.1.1 Componentes SIP

SIP define cinco componentes lógicos. Estos componentes se pueden implementar en dispositivos físicos, tal como teléfonos IP, o bien como aplicaciones software; en cualquier caso un mismo dispositivo físico puede incluir uno o más componentes lógicos. Todos los elementos SIP deben implementar obligatoriamente TCP y UDP. El agente de usuario: Es una aplicación con arquitectura cliente / servidor que se utiliza para iniciar y terminar las sesiones. El cliente usuario-agente (UAC) se encarga de realizar peticiones SIP, mientras que el servidor usuario-agente (UAS) notifica al usuario cuando se recibe una petición y responde a dicha petición dependiendo de la acción tomada por el usuario.

El servidor de redirecciones: Acepta una petición SIP y envía una respuesta al cliente que contiene las direcciones de los servidores con los que debe contactar el cliente.

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Página 16 Un servidor de registro: Almacena o actualiza en una base de datos la información de contacto del usuario que realiza la petición.

Un B2BUA (Back to Back User Agent): Es una entidad que recibe una petición

“INVITE” y la procesa como un servidor usuario-agente (UAS). Para determinar la respuesta a la petición, actúa como un cliente usuario-agente que determina cómo responder a la petición y cómo realizar llamadas salientes.

A diferencia de un proxy, un B2BUA debe mantener el estado de la llamada y participar activamente en ella, enviando peticiones y respuestas. Un B2BUA tiene un mayor control de la llamada que un proxy.

1.8.2 Protocolos especificados por SIP

SIP emplea SDP para descubrir las capacidades multimedia del punto final destino y suele utilizar RTP/RTCP para el transporte de voz.

SDP (Session Description Protocol): Es el protocolo empleado para describir una sesión multimedia, que consiste en un conjunto de flujos de medios (audio, vídeo o datos) que existen durante un determinado tiempo. Los paquetes SDP contienen información acerca del ancho de banda, los protocolos de transporte empleados, los codec´s utilizados en la sesión, y la dirección de contacto del iniciador de la sesión.

1.9 Audio en red

El audio en red es una nueva tecnología utilizada en diversos lugares, tanto como en estudios de grabación como en la sonorización industrial, que permite una reducción de tiempos de instalación, unificación de audio entre fuentes y receptores, ahorro de peso, espacio y costos del cableado de interconexión.

Esto ayudará en la centralización de la gestión, ya que esta tecnología nos facilita la transportación de información de un lugar a otro sin la utilización de múltiples cables.

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1.9.1 Audio por una red Ethernet

El concepto de audio en red Ethernet se refiere a la capacidad de trasmitir audio digital sin comprimir, sobre infra estructuras basadas en dichas tecnologías. Esto permite aprovecharse de las tecnologías ya existentes, además de la sencillez que comprende utilizar un único cable para la trasmisión de decenas de canales de audio a grandes distancias, el control remoto de dispositivos, e incluso la incorporación a una red ya existente con el consiguiente ahorro de costos que supone dicha posibilidad. Aquí es donde se le da importancia al ancho de banda de la red. A mayor ancho de banda, más trasmisión de canales y menor latencia. Cuando se habla de audio, la latencia es quizá, uno de los términos más importantes a la hora de utilizar la tecnología digital. Otro de los elementos a tener en cuenta es la redundancia. Dado que trasmitir por un solo cable, en el caso de que este falle, arruinaría todo el sistema, por lo que se ha tomado muy en cuenta tanto en la configuración de los sistemas, con la doble instalación de cableado, diversas topologías de conexionado, así como el hardware, con dispositivos redundantes y tecnologías de conmutación que permiten activar el dispositivo de reserva sin perder la conexión ni la configuración.

Los beneficios de la utilización de audio por red van, desde el ahorro den el número de cables, el control y monitores, el direccionamiento de las señales de audio desde y hacia cualquier dispositivo integrado dentro de ella, la posibilidad de ir incorporando nuevos sistemas a los ya existentes, y el ahorro en costos.

1.10 Consideraciones para una red de audio

Los siguientes tres puntos son aquellos que se deben considerar principalmente para realizar una red de audio digital.

1.10.1 Redundancia

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Figura 1. 17 Diagrama de redundancia.

1.10.2 Latencia

La latencia es un término general que significa cualquier tipo de retraso en la ejecución de las operaciones seleccionadas, especialmente en los sistemas de información en sentido amplio.

Para dirigir información a través de una red, un switch tiene que recibir información, estudiar los bits de direccionamiento y, a continuación, enviar la información al cable más adecuado para llegar al destino. Este proceso tarda unos microsegundos y medida que las redes crecen, también lo hace el número de switches por los que tiene que pasar una señal, aumentando el retardo con cada switch. En los sistemas de audio en directo de tamaño medio, la red, la conversión AD/DA y el procesamiento DSP provocan cada uno de ellos aproximadamente un tercio de la latencia total del sistema. La latencia total del sistema debe tenerse en cuenta y tratarse con cuidado para asegurar el mejor sonido.

Para un sistema principal (FOH) y el sistema de monitores de un equipo de PA, el problema es relativamente pequeño: un aumento de un milisegundo en la latencia equivale a colocar un altavoz solo 30 centímetros más lejos. La latencia de los

protocolos de audio en red que corren sobre redes gigabit, como lo es Dante™,

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Figura 1. 18 Representación de latencia.

1.10.3 Complejidad

En cada conexión funcional de un sistema analógico, la forma física de la conexión es visible, normalmente un cable XLR. Cualquier persona que observe el sistema o los cables que cuelgan por la parte posterior de la mesa de mezclas, sabrá qué está conectado con qué. En una red, eso es totalmente diferente puesto que las conexiones funcionales están completamente separadas de las conexiones físicas. Si un detector de errores observa un sistema en red, solo verá dispositivos conectados a otros dispositivos con unos pocos cables de fibra o STP. Un cable puede transportar dos señales de audio o tal vez trescientas sesenta y ocho, no hay forma de saberlo. Mientras que los sistemas analógicos permiten que los usuarios sin experiencia realicen el diseño y la instalación ellos mismos, el diseño del sistema de audio en red requiere técnicos de sistemas con experiencia que conozcan la tecnología de las conexiones en red. Eso cambia drásticamente el papel que desempeñan los integradores, propietarios y usuarios de sistemas en el proceso de adquirir, diseñar, crear, mantener y utilizar los sistemas de audio, un nuevo papel al que tendrán que acostumbrarse todas las personas involucradas en el proceso.

1.11 Antecedentes

1.11.1 Protocolos de audio en red

Dante™: Es un protocolo de audio en red desarrollado por Audinate® que utiliza una red gigabit Ethernet, proporcionando varios cientos de conexiones de audio a través de cada cable de la red. Se utilizan servicios Ethernet estándares como QoS

(Quality of Service, “Calidad de servicio”) y PTP (Precision Time Protocol, “Protocolo de tiempo de precisión”) para conseguir una latencia muy baja con una

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Página 20 Es una nueva tecnología que gestiona los datos de audio, agrupándolos en flujos y enviándolos a través de canales que viajan a través de un solo cable. Cada flujo consistirá en 8 canales como máximo y normalmente se creará sin intervención del usuario. Los dispositivos Dante™ también tienen un mecanismo de averiguación

automática que permite que el direccionamiento de audio se base simplemente en los nombres de los dispositivos y los nombres de los canales. Este mecanismo utiliza Ethernet OSI capa 3 (direccionamiento IP). La mayoría de los equipos

Dante™ requieren el uso de switches gigabit Ethernet, lo que significa que los

retardos de almacenamiento-envío y de cola son mucho más bajos que en las redes

de 100Mb. De hecho, todos los dispositivos Dante™ se comunican periódicamente

con el dispositivo Dante™ maestro para determinar el tiempo de retardo y se

ajustara a su propio ritmo de transmisión de audio en consecuencia. Para esta

función utilizan el protocolo estándar Ethernet PTP (“Precision Time Protocol”,

Protocolo de tiempo de precisión), asegurando una precisión de sincronización de

un microsegundo. Es más, Dante™ utiliza una función Ethernet QoS (“Quality of Service”, Calidad de servicio) estándar para asegurar que los datos de audio y la sincronización Dante™ se procesan en los switches más rápidamente que cualquier

otro dato. Esto permite al protocolo Dante™ compartir redes con equipos

informáticos de oficina y otros equipos de TI.

Características de Dante™:

 Direccionamiento: Dante™ proporciona el software “Dante™ Controller” que

cuenta con una interfaz de usuario de tipo matriz visual para el direccionamiento de los canales, y que es compatible con todos los

dispositivos Dante™ existentes en el mercado. Algunos fabricantes

proporcionan medios alternativos para el control del direccionamiento

Dante™. El software también controla los ajustes de latencia y de

sincronización. Audinate® también nos proporciona una tarjeta de sonido

virtual llamada Dante™ Virtual Soundcard (DVS) que es capaz de enviar y

recibir hasta 64 canales a la red Dante™ utilizando el puerto Ethernet de un

ordenador. Esta funcionalidad está incorporada por los ordenadores como dispositivos de e/s en las redes sin el costo de un hardware adicional.

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 Conexión en cadena: Dante™ incorpora un pequeño switch gestionado para

conectar los puertos primario y secundario a una red. Este switch se puede programar para remplazar el puerto secundario por un segundo puerto primario, permitiendo utilizar conexiones en cadena simples para configuraciones sencillas de sistemas de sonorización en directo.

Figura 1. 19 Tarjeta de audio Dante MY16-AUD.

AVB (Audio Video Bridging): Es el nombre por el que se conoce a una red que implementa un grupo de protocolos. Estos protocolos incluyen características que aseguran una sincronización precisa entre todos los dispositivos de la red, para garantizar la disponibilidad del ancho de banda de red que requieren los datos de audio y vídeo, y para garantizar la transmisión constante de datos en lugar de que se produzcan ráfagas y pausas en la red.

Las redes AVB requieren el uso de unos switches de hardware especiales, bastante caros y que no se encuentran fácilmente.

AES67: Es un estándar para audio de altas prestaciones en redes IP. Operando en

la capa 3 de la red, proporciona recomendaciones en diversas áreas, entre las que se incluyen la sincronización, la identificación del reloj de los soportes y el transporte

en la red. Audinate® estableció que Dante™ incorporase el estándar AES67, permitiendo a los equipos Dante™ compartir audio con otros equipos AES67

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EtherSound™ y CobraNet™: Los protocolos clásicos de redes de audio son

desarrollados por Digigram y Peak Audio respectivamente, tienen la capacidad de dirigir 64 canales de audio en modo bidireccional a través de un cable Ethernet con una latencia muy baja. Los sistemas EtherSound™ pueden diseñarse utilizando una

topología de conexión en cadena o en anillo, ofreciendo un direccionamiento tipo bus de los canales de audio, tanto de bajada como de subida. Los sistemas

CobraNet™ utilizan una topología de conexión en estrella con libre direccionamiento de paquetes de canales de audio desde cualquier ubicación a cualquier destino. OCA: Es un grupo de especificaciones acordadas por la alianza OCA (varios

fabricantes de equipos de audio profesional entre los que se incluye Yamaha). El objetivo es crear y lanzar un estándar de control de red y de comunicación de monitorización de libre uso al que se adhieran en el futuro los dispositivos de audio en red. Este estándar promete mejorar la compatibilidad entre el software y los dispositivos de los diferentes fabricantes.

MAGIC™: Es el acrónimo de “The Media-accelerated Global Information Carrier” es

un producto desarrollado por GIBSON. Tienen capacidad para trasmitir hasta 32 canales bidireccionales a 32 bits, con frecuencias de muestreo que van hasta los 192 kHz.

Su latencia es de 250 microsegundos, referida específicamente entre 2 puertos MAGICTM. Se basa en el estándar IEEE 802.3 con una red Ethernet 100 Mb/seg.

Usa cable cat-5 con conector RJ45.

A-NET™: Permite distribuir audio por red, utilizando la capa 1 del protocolo

Ethernet, es decir, no usa la estructura de trama de Ethernet, siendo el tipo de conexión Point to Point. Utiliza el ancho de banda únicamente para el streaming de audio, por lo que se reduce básicamente a su latencia y se amplía la longitud del cable.

Su máxima capacidad permite hasta 4096 canales, frecuencias de muestreo desde 44.1 hasta 192 kHz. 24 bits, una longitud máxima de 150 metros dependiendo de la configuración, compatibilidad con fibra óptica, y una latencia menor de 800 microsegundos.

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Página 23 Con la velocidad de 400 Mb/s, y dependiendo tanto de las condiciones de tráfico de la red, y de la velocidad de los buses, es capaz de transportar más de 150 canales de audio a la vez, y miles de canales MIDI. La longitud máxima del cable no puede superar los 4.5 metros, por medio de repetidores puede alcanzar hasta los 75 metros.

AES50: Formato de trasmisión multicanal que se basa en el standard AES50-2005 desarrollado por Sony Pro-Audio Lab, Oxford, admite una interconexión de audio de 48 canales bidireccionales a 48 kHz y 24 bits con el sistema superMAC y hasta 348 canales bidireccionales a 48 KHz y 24 bits con el sistema HiperMAC.

Utiliza cable cat-5 o cat-6, el protocolo Gigabit Ethernet, y aun que es un sistema Point to Point que permite el control de datos vía Ethernet. Esto es posible ya que la señal trasmitida pasa a través de un router de audio TDM, donde, al mismo tiempo que los datos auxiliares son trasmitidos al resto de dispositivos, a través de un switch, son rescatados para formar parte de una red. Soporta un amplio abanico de formatos de codificación de audio digital, y una baja latencia, menor a 100 microsegundos.

AudioRail: Es un protocolo basado en la multiplexación por división en el tiempo (TDM), usa transceptores Ethernet, pero sustituye a MAC por un simple FPGA (Dispositivo Lógico de Propósito General). Tiene un dispositivo denominado ADAT RX32TX32, que consta de 8 puertos ADAT, con capacidad para manejar hasta 1024 canales, con resoluciones que van desde 16 a 24 bits, y a 48 kHz.

Trasmite por cable cat-5, siendo la latencia de 5mseg entre cada uno de los puertos. Además dispone de conversores para trasmitir por fibra óptica.

1.12 Topologías de audio en red

P2P: Estrictamente, una topología Punto a Punto (“Point to Point”, P2P) no es una

red, aunque puede usarse una red para crear este tipo de sistemas. Un sistema P2P incluye solo dos ubicaciones con una conexión multicanal fija.

Los ejemplos de formatos de audio digital para sistemas P2P son AES3 (AES/EBU, 2 canales), AES10 (MADI, 64 canales) y AES50 (SuperMac, 48 canales).

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Página 24 Una de las ventajas de esta topología es que el direccionamiento de la información de red es relativamente simple y, por lo tanto, rápido; un dispositivo conectado en cadena añade latencia de solo 1,4 microsegundos a la red. El inconveniente de la topología de conexión en cadena es el comportamiento del sistema en caso de fallo de un dispositivo de la cadena: si falla un dispositivo, el sistema se corta en dos partes, sin ninguna conexión entre ellas. Normalmente esta topología es usada en el protocolo EtherSound™, el cual se explicará más adelante.

En algunos dispositivos Dante™ tienen un pequeño switch integrado que permite también ser compatibles con una topología de conexión en cadena.

Anillo: Una topología en anillo es una conexión en cadena donde el último dispositivo se conecta al primero para formar un anillo. Puesto que todos los dispositivos conectados al anillo pueden llegar a otros dispositivos en dos direcciones, la redundancia está integrada: si un dispositivo falla, solo se desactiva ese dispositivo. Para mayor redundancia, puede utilizarse un doble anillo.

Estrella: Una topología en estrella consigue la máxima eficiencia de uso del ancho de banda de una red, la mayoría de redes informáticas se diseñan en estrella. El centro de una red en estrella, que soporta el máximo tráfico de información de la red, se puede diseñar con más potencia de procesamiento y redundancia, mientras que las ubicaciones finales no necesitan tanta potencia de procesamiento. Las

variaciones de una topología en estrella son el “árbol” y la “estrella de estrellas”.

Una topología en estrella también permite una fácil ampliación, ya que se pueden conectar nuevas ubicaciones en cualquier lugar de la red. Un inconveniente es el importante papel de la ubicación central, porque toda la información de la red hacia y desde los dispositivos conectados pasa por la misma; si falla, queda afectada una

gran parte de la red. Dante™ y CobraNet™ utilizan topología en estrella,

permitiendo una total redundancia al ofrecer dobles enlaces a la red.

Árbol: La topología árbol es aquella topología en la que los nodos están colocados

en forma de árbol. La conexión en árbol es parecida a una serie de redes en estrella interconectadas la diferencia es que no tienen nodo central. Tiene un nodo de enlace troncal, generalmente ocupado por un hub o switch, desde el que se ramifican los demás nodos.

La falla de un nodo no implica interrupciones en las comunicaciones. Se comparte el mismo canal de comunicaciones. La topología de árbol combina características de la topología estrella con la bus que consiste en un conjunto de subredes estrella conectada a un bus. Esta topología facilita el crecimiento de la red.

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 Facilita el crecimiento de la red porque tiene la capacidad de conectar una gran cantidad de computadoras.

 Posee nodos que transmiten y reciben información.

 Todos los nodos que forman la red están directa o indirectamente conectados a un nodo central.

 El nodo central distribuye su función con los otros nodos conectados a este, llamados concentradores secundarios o ramas. Así, no todos los nodos se conectan directamente con el nodo central o conectador central. El nodo central se encarga también de retransmitir los patrones de bits, lo cual hace que la distancia a la que vaya la señal sea cada vez mayor.

 En esta red, la falla de algún nodo secundario, no conlleva a la falla general, en sentido de seguridad.

 Tiene distintos switches que controlan la transmisión de datos a todos los hosts mediante la estructura de la red.

Esta topología presenta las siguientes ventajas y desventajas principalmente:

Ventajas:

 Cableado punto a punto para segmentos individuales.

Desventajas:

 La medida de cada segmento viene determinada por el tipo de cable utilizado.

 Si se cae el segmento principal todo el segmento se viene abajo con él.  Es más difícil su configuración.

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1.13 Estado del arte

En esta sección se podrán observar las tendencias tecnológicas así como protocolos que en la actualidad son más usados por cumplir los requisitos necesarios para el buen funcionamiento de los equipos actualmente disponibles.

1.13.1 Streaming

Este tipo de tecnología permite la visualización de video y audio, por medio de un servidor establecido en el cual esta almacenada la información digital o archivos, el cual se está buscando sin una necesidad de descargarlo de manera completa al equipo del usuario, esto quiere decir que mientras envía una serie de paquetes de información esta misma se almacena en un buffer mientras está siendo visualizada/escuchada de manera simultánea (ligada al ancho de banda de tu conexión a internet).

Hay 2 tipos de casos que son:

 Acto directo: El cual nos permite visualizar y oír algún evento que se transmite en tiempo real, tales como conferencias, cursos en línea, radio en línea emitidas por Internet. Este proceso se refiere a que mientras se está grabando un evento, este se almacena en un buffer y sin necesidad de guardarlo en un servidor, este lo re direcciona a los usuarios conectados y se reproduce al instante que el usuario abre un link.

 Distribución de archivos multimedia pregrabados:esto se refiere a que ya no son eventos en tiempo real sino que están almacenados en el servidor y que en cualquier momento el usuario puede revisar los archivos de su interés sin tener que descargarlo, ya que se podrá verlo al instante que lo solicita.

1.13.2 Protocolos para transmisión en streaming

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1.13.3 Protocolos que no se basan en Ethernet

ADAT (Alesis Digital Audio Tape)

Desarrollado por la compañía Alesis para la trasferencia de audio digital entre sus equipos y que ha llegado a ser un estándar dentro de la industria. Utiliza cables de fibra óptica con terminación de hasta 8 canales de audio sin comprimir a 48 kHz y a 24 bits de resolución. La longitud máxima de los cables es de 10 metros. No trasporta señales de sincronismo, por lo que es necesario añadir otro tipo de conexiones tanto para la sincronización como para el control remoto.

MADI (Multi-Channel Audio Digital Interface)

La idea básica del sistema se fundamenta en la multiplicación de hasta 32 canales AES3 sobre un único cable y se basa en el estándar AES10-2003 “AES

Recommended Practice for Digital Audio Engineering-Serial Multichannel Audio

Digital Interface (MADI)”. Es un formato de trasmisión digital serie sobre cable

coaxial o línea de fibra óptica con capacidad para trasmitir 28, 56 o 64 canales de datos de audio digitales representados linealmente, con frecuencias de muestreo dentro del rango desde 32 kHz hasta 96 kHz, y con una resolución de hasta 24 bits por canal.

Es un tipo de conexión asíncrona Point to Point (P2P), con un flujo máximo de transferencia de datos de 100 Mb/s y de 125 Mb/s el flujo binario de canal, independientemente de la frecuencia de muestreo y del número de canales activos. A 48 kHz de frecuencia de muestreo, puede transportar hasta 16 canales AES3. Una trama MADI consta de una secuencia de 10 bits de sincronismo y 64 o menos subtramas, dependiendo del número de canales a trasmitir.

OPTOCORE

Es sistema de transmisión de audio digital, sobre fibra óptica, en la actualidad se ha convertido en una red que permite transportar, audio, video, datos de control y wordclock a largas distancias. Se basa en una red óptica, síncrona, de topología en anillo.

Con un ancho de banda de 1Gbit/s tiene capacidad para transmitir hasta 512 canales de audio a 48kHz, con una latencia de tan solo 41.6 microsegundos hasta una distancia de 700 metros con fibra óptica multimodo.

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Capítulo II Análisis de la Problemática

2.1 Presentación de la problemática

La problemática presente en la academia de acústica se debe a que no existe una red eficiente de comunicaciones entre los laboratorios y cubículos, aunado a esto, tanto alumnos como profesores no cuentan con una red específica para la distribución de audio, y aunque estén unidos a la red proporcionada por la escuela, carecen de los elementos necesarios para la transmisión de audio en red para toda la academia.

Las TIC´s impulsan a la vida académica a desarrollar nuevas formas de trabajo que ayuden a mejorar las formas de enseñanza dentro de las escuelas.

2.1.1 Planos de las instalaciones de la academia de acústica

En las figuras 2.1 y 2.2 se muestran las distribuciones de los laboratorios y cubículos de la academia de acústica.

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Figura 2. 2Plano de ubicación del 2do piso de la academia de acústica.

2.1.2 Condiciones iniciales a) Laboratorio 4

Se encuentra ubicado en el tercer piso del edificio de laboratorios ligeros Z-2 y cuenta con 15 mesas de trabajo para alumnos, cada una tiene capacidad de dos personas, lo que idealmente le da una capacidad máxima de 30 personas.

Ésta área carece de conectores RJ45, cuenta con una roseta de conexión, que se encuentra deshabilitada, con esto se demuestra que los alumnos y profesores no pueden realizar una conexión alámbrica hacia la red del ESIME Zacatenco. La conexión Wi-Fi ubicada en las instalaciones de la escuela no cuenta con la potencia necesaria para tener una buena recepción hasta las instalaciones de los laboratorios de acústica.

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Página 31 En la figura 2.3 se puede observar la única roseta de conexión RJ45 de este laboratorio, situada al costado izquierdo del pizarrón, siendo de difícil acceso. Si el alumno o profesor tiene la necesidad de conectarse tendrían que contar con un cable muy largo, el cual puede provocar diversos accidentes si se encuentra mal colocado.

(b)

(a)

Figura 2. 3 Condición Inicial del Lab 4 (a) Roseta (b ) Foto Lab 4.

b) Laboratorio 3

Ubicado a un costado del laboratorio 4. Cuenta con 12 mesas de trabajo, cada una con capacidad para dos personas, lo que idealmente da un máximo de 24 personas. Carece de conectores RJ45, solo cuentan con una roseta de conexión de difícil acceso, la cual se encuentra habilitada.

Actualmente este laboratorio se utiliza para impartir clases en octavo semestre. Se imparten materias como: Grabación, psicoacústica, metrología acústica y acústica arquitectural, desarrollo perspectivo de proyectos y tópicos selectos.

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(a)

(b)

Figura 2. 4 Condición inicial del Lab 3 (a) Foto Lab 3 (b ) Roseta Lab 3.

c) Laboratorio 2

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Página 33 Solo se cuenta con una roseta RJ45 la cual se encuentra deshabilitada. No cuenta con plafón y se puede observar los ductos de cableado eléctrico y de red.

El laboratorio es utilizado para realizar prácticas de materias como: Señales y Vibraciones y Electroacústica y Transductores en las cuales se llevan a cabo prácticas como: Cálculo del tiempo de reverberación, vibraciones en tubos, cuerdas y barras, mediciones de ruido, resonancia, cálculo del TR60, filtro activos y pasivos, obtención de los parámetros de un micrófono, obtención de los parámetros de un altavoz, etc.

La mayoría de las prácticas utilizan algunos de los siguientes equipos de medición, como: generador de señales, osciloscopio, altavoz, micrófono y sonómetro, y en ocasiones se utiliza computadoras para realizar un análisis más profundo o con mayor precisión.

La red de internet tanto alámbrica como inalámbrica no son factibles debido a la mala administración que se le da por parte del departamento de informática, y aunque en este laboratorio la recepción de Wi-Fi está presente, esta señal no llega con la potencia necesaria para cubrir al número total de alumnos.

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(b)

Figura 2. 5 Condición inicial del Lab 2 (a) Foto Lab 2 (b ) Roseta Lab 2.

d) Laboratorio 1

Este laboratorio está ubicado en el tercer piso, a un costado del laboratorio 2. Cuenta con 6 mesas de trabajo, con capacidad cada una para 5 personas cada una, esto ofrece un máximo 30 alumnos que pueden trabajar en el laboratorio.

Solo se cuenta con una roseta RJ45 que se encuentra deshabilitada y de difícil acceso ya que se encuentra al costado derecho del pizarrón, lo cual genera un problema al tratar de hacer una conexión a ella, porque se encuentra muy lejos de las mesas de trabajo.

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(a)

(b)

Figura 2. 6 Condición inicial lab 1 (a) Foto lab 1 (b ) Roseta lab 1.

e) Sala A del estudio

Ubicada en el segundo piso del edificio Z-2, recientemente sometida a mantenimiento. Es utilizada para concentrar a los músicos, microfonearlos y mandar las líneas de audio de los micrófonos a la bahía de parcheo. Se cuenta con 2 rosetas RJ45, las cuales no se encuentran habilitadas.

Las dos conexiones de RJ45, se encuentran colocadas a los extremos contrarios de la sala. No se cuenta con una red Wi-Fi para conectarse, esto provoca que no se exploten al cien por ciento los recursos con los que cuenta la sala.

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Página 36 las salas A y B, sala de control multipista y sala da audio para video, y estas son grabación digital, mezcla, edición, líneas para audio, reverberadores, etc.

Dentro de los dispositivos que se utilizan en la sala están los micrófonos, amplificadores, líneas de audio, cajas directas, monitores in-ear, atriles, etc.

Figura 2. 7 Sala A del estudio de grab ación.

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f) Sala de audio para video

Esta área sirve para procesar audio e intégralo a video del mismo modo se realiza sincronización del audio y video. Esta sala solo cuenta con una conexión de RJ45 y se encuentra habilitada, pero al ser solo una roseta limita las posibilidades de conectar equipo de cómputo o cualquier otro dispositivo, no se cuenta con acceso a Wi-Fi que permita el uso de la red.

Se pueden realizar prácticas de grabación que se describieron en la sala A. Algunos dispositivos usados en estas materias son: Grabadora de video datavideo HDR70, cámaras de video, monitor de video, convertidor blackmagic 4K.

(b)

(a)

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g) Sala de control multipista

La sala de control está destinada al registro de voz y música que son captadas en las salas A y B, la cual cuenta con dos entradas RJ45 para conexión Ethernet donde la roseta de la figura (b) se encuentra habilitada mientras que la roseta de la figura (c) se encuentra deshabilitada.

Se utiliza a la par de la sala A o B, donde se realizan prácticas de grabación que se describieron anteriormente, pero no deja fuera la utilización de esta sala por otras materias. Algunos de los dispositivos usados en este lugar son: Mezcladora Yamaha QL1, Rio 1806-D, computadoras (laptops), interfaces de audio, software de producción musical, monitores.

(a)

(b) (c)

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h) Laboratorio de acústica musical

Área utilizada normalmente para las materias de acústica musical, proyectos de ingeniería y tópicos selectos. Cuenta con 5 rosetas dobles RJ45 para cable Ethernet no habilitadas,

Las prácticas que se pueden llevar acabo son: Música interactiva, síntesis de instrumentos musicales, reproductores de audio, estudio de grabación, edición de audio, etc.

Figura 2. 11 Lab oratorio de acústica musical.

i) Cámara Subamortiguada

Área especialmente diseñada para minimizar las reflexiones del sonido y los ruidos procedentes del exterior. De esta forma, los alumnos pueden llevar acabo la grabación o reproducción un sonido, sin ningún tipo de interferencia o distorsión, teniendo resultados casi en condiciones ideales. Pero esta cámara no cumple con las condiciones para ser llamada cámara anecoica por lo que se nombra subamortiguada. La cámara subamortiguada no cuenta con rosetas RJ45, no cuenta con una red Wi-Fi.

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Figura 2. 12 Cámara sub amortiguada.

La cámara subamortiguada no cuenta con conexiones RJ45. Lo que produce un problema en caso de hacer una conexión a internet.

j) Cámara Reverberante

Área cuyas superficies han sido tratadas con materiales muy reflectores y que por consiguiente refleja todo el sonido incidente. Se utiliza para medir la potencia sonora emitida por una fuente y para medir en el laboratorio el coeficiente de absorción sonora de una muestra de material absorbente.

La cámara reverberante no cuenta con conectores RJ45, lo cual produce un problema, en caso de querer hacer una conexión a la red.

Suele ser usada por acústica arquitectural en la cual se hace la práctica de medición de coeficientes de absorción.

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k) Cubículos 3er Piso.

Área donde se encuentran los profesores de la academia de acústica, se cuentan con 6 cubículos con capacidad de dos profesores en cada uno .Estos cuentan con 2 rosetas RJ45 para cable Ethernet que se encuentran habilitadas para su funcionamiento.Estas áreas no cuentan con Wi-Fi para conexión inalámbrica.

Figura 2. 14 Cub ículos 3ER piso.

l) Cubículos 2do Piso.

Área donde se encuentran los profesores de la academia de acústica, cuentan con 6 cubículos con capacidad para dos profesores, cada uno tiene 2 rosetas RJ45 para cable Ethernet que se encuentran habilitadas para su funcionamiento, no cuentan con Wi-Fi para conexión inalámbrica.

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2.1.3 Mediciones de la red Wi-Fi y Ethernete en la academia de acústica

Las siguientes tablas indica los perfiles de bajada y subida de internet mediante una conexión Wi-Fi y Ethernet, las mediciones para obtener el ancho de banda fueron

generadas por medio de la aplicación “Speedtest”, que es una aplicación en línea, la cual funciona enviando un paquete de datos desde el equipo hasta la central, valorando el flujo de bajada y de subida. Su medición se realiza en Mbps (Megabits por segundo).

Puede ser por medio de una conexión Wi-Fi o vía Ethernet, pero se recomienda que cada medición sea por Ethernet., ya que por medio de Wi-Fi se puede llegar a perder una mínima cantidad de paquetes por el medio en el que se propaga. Estas mediciones se realizaron en un horario de 7:00 am a 1:00 pm con el fin de observar el rendimiento de la red durante las clases y poder determinar el intervalo de tiempo donde se encontraba un mayor uso de la red.

Con las mediciones tomadas se podrá analizar qué tipo de conexión nos sería más útil para proporcionar servicios de internet y hacer que la red sea más eficiente.

Medición de Wi-Fi en la academia de acústica (ESIME Zac)

Hora Down Up

06:56 a. m. 1.77 Mbps 2.85 Mbps 07:00 a. m. 1.17 Mbps 1.88 Mbps 08:30 a. m. 0.24 Mbps 0.37 Mbps 10:00 a. m. 0.78 Mbps 0.88 Mbps 11:30 a. m. 0.51 Mbps 0.67 Mbps 01:00 p. m. 0.99 Mbps 1.27 Mbps

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Medición de Ethernet en la academia de acústica (ESIME Zac)

Hora Down Up

06:56 a. m. 7 Mbps 90 Mbps

07:00 a. m. 7 Mbps 90 Mbps

08:30 a. m. 6.4 Mbps 81 Mbps

10:00 a. m. 6 Mbps 80 Mbps

11:30 a. m. 6.3 Mbps 80 Mbps

01:00 p. m. 6 Mbps 80 Mbps

Figura 2. 17 Perfil de Ethernet perteneciente a acústica.

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Capitulo III Propuesta de solución

3.1 Presentación de solución

El proyecto hace uso de una red privada con la posibilidad de converger, el uso de esta se debe a que la red debe tener un enfoque únicamente académico, puede converger, pero está sujeta a las necesidades de la práctica y criterios del profesor muchas veces los alumnos hacen mal uso del internet, un ejemplo es utilizarla para ver redes sociales en clase.

Incluye el uso de TIC´s estas facilitan el acceso a la información de manera rápida y en tiempo real mediante el uso WI-FI dando a los profesores y alumnos nuevas formas de obtener información.

Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC´s) son conjunto de tecnologías que permiten la adquisición, producción, almacenamiento, tratamiento, comunicación, registro y presentación de informaciones, en forma de voz, imágenes, datos, audio y video contenidos en señales de naturaleza acústica, óptica o electromagnética. Las TIC´s convierten la información, tradicionalmente sujeta a un medio físico, en inmaterial para que los usuarios puedan acceder a información ubicada en dispositivos electrónicos lejanos y que se transmite utilizando las redes de comunicación.

Haciendo mención de las TIC´s, la red digital hace uso de ellas, este sistema está diseñado para satisfacer necesidades de una red privada con facilidad de converger, tomando en cuenta que el uso de estas tecnologías va en aumento todos los días por su comodidad y portabilidad.

Instalar una red de audio para interconectar la academia de acústica que está formada por laboratorios, cubículos, ubicados en el segundo y tercer piso de los laboratorios ligeros edifico Z para ofrecer un canal de comunicación interno en la cual se podrá transmitir video, audio y datos entre profesores y alumnos.

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Página 45 En seguida se muestra como está conectada la consola principal QL1 en paralelo con un Rio 1658-D y un switch cisco SG300 la conexión se logra por medio de una tarjeta virtual, en este caso Dante por que transmite mediante el protocolo Ethernet y TCP/IP el cual es una descripción de protocolos de red, así como guías generales de diseño e implementación de protocolos de red específicos para permitir que un equipo pueda comunicarse en una red. TCP/IP provee conectividad de extremo a extremo especificando como los datos deberían ser formateados, direccionados, transmitidos, enrutados y recibidos por el destinatario.

En la figura 3.1 se puede observar que la consola está conectada en paralelo con un equipo Rio 1658-d el cual funciona como un dispositivo de entrada y salida para conectar diversos dispositivos de audio digital. Las ventajas de utilizar el protocolo Dante, es que al ser el mismo programa la probabilidad de que exista una falla entre los equipos es casi nula, la consola QL1 se conecta directamente por medio de una interface Gigabit-Ethernet hacia el dispositivo Rio. Conectado en serie a este se encuentra un dispositivo Aviom D800 que tienen como función darle soporte y conectividad a Dante de hasta 64 canales directos a mezcladores personales conectados en paralelo.

Figura 3. 1 Conexión de los equipos.

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Figura 1. 2 Generación de ondas longitudinales y transversales.

Figura 1.

2 Generación de ondas longitudinales y transversales. p.12
Figura 1. 1 Representación de una oreja percibiendo sonido.

Figura 1.

1 Representación de una oreja percibiendo sonido. p.12
Figura 1. 4 Forma de onda entre un sonido agudo y uno grave.

Figura 1.

4 Forma de onda entre un sonido agudo y uno grave. p.13
Figura 1. 9 Formatos de audio digital

Figura 1.

9 Formatos de audio digital p.16
Figura 1. 12 Estructura de cableado.

Figura 1.

12 Estructura de cableado. p.21
Figura 1. 13 Representación de un modelo de red.

Figura 1.

13 Representación de un modelo de red. p.22
Figura 1. 15 Modelo de red jerárquico.

Figura 1.

15 Modelo de red jerárquico. p.23
Figura 1. 19 Tarjeta de audio Dante MY16-AUD.

Figura 1.

19 Tarjeta de audio Dante MY16-AUD. p.32
Figura 2. 1 Plano de ubicación del 3er piso de la academia de acústica.

Figura 2.

1 Plano de ubicación del 3er piso de la academia de acústica. p.40
Figura 2. 2 Plano de ubicación del 2do piso de la academia de acústica.

Figura 2.

2 Plano de ubicación del 2do piso de la academia de acústica. p.41
Figura 2. 3 Condición Inicial del Lab 4 (a) Roseta (b) Foto Lab 4.

Figura 2.

3 Condición Inicial del Lab 4 (a) Roseta (b) Foto Lab 4. p.42
Figura 2. 4 Condición inicial del Lab 3 (a) Foto Lab 3 (b) Roseta Lab3.

Figura 2.

4 Condición inicial del Lab 3 (a) Foto Lab 3 (b) Roseta Lab3. p.43
Figura 2. 5 Condición inicial del Lab 2 (a) Foto Lab 2 (b) Roseta Lab 2.

Figura 2.

5 Condición inicial del Lab 2 (a) Foto Lab 2 (b) Roseta Lab 2. p.45
Figura 2. 6 Condición inicial lab 1 (a) Foto lab 1 (b) Roseta lab 1.

Figura 2.

6 Condición inicial lab 1 (a) Foto lab 1 (b) Roseta lab 1. p.46
Figura 2. 7 Sala A del estudio de grabación.

Figura 2.

7 Sala A del estudio de grabación. p.47
Figura 2. 9 Sala de video del estudio de grabación (a) Foto sala de video (b) Roseta sala video.

Figura 2.

9 Sala de video del estudio de grabación (a) Foto sala de video (b) Roseta sala video. p.48
Figura 2. 10 Sala de control  (a) Foto sala control (b) roseta trasera (c) roseta delantera

Figura 2.

10 Sala de control (a) Foto sala control (b) roseta trasera (c) roseta delantera p.49
Figura 2. 17 Perfil de Ethernet perteneciente a acústica.

Figura 2.

17 Perfil de Ethernet perteneciente a acústica. p.54
Figura 3. 2 Plano 3D del 2do piso con los ductos de cableado.

Figura 3.

2 Plano 3D del 2do piso con los ductos de cableado. p.57
Figura 3. 5 Diagrama de la red de audio 3er piso.

Figura 3.

5 Diagrama de la red de audio 3er piso. p.59
Figura 3. 6 Diagrama total de la red.

Figura 3.

6 Diagrama total de la red. p.60
Figura 3. 7 Cable Gigabit Ethernet categoría 5 (CAT5).

Figura 3.

7 Cable Gigabit Ethernet categoría 5 (CAT5). p.61
Figura 3. 9 Diferencia entre cables STP y UTP.

Figura 3.

9 Diferencia entre cables STP y UTP. p.62
Figura 3. 8 Características de los cables de núcleo sólido y trenzados.

Figura 3.

8 Características de los cables de núcleo sólido y trenzados. p.62
Figura 3. 10 Cable etherCon Cat6.

Figura 3.

10 Cable etherCon Cat6. p.63
Figura 3. 11 Switch SG300

Figura 3.

11 Switch SG300 p.64
Figura 3. 12 Switch CISCO SGE2000

Figura 3.

12 Switch CISCO SGE2000 p.65
Figura 3. 14 Configuración EIGRP en los routers 1 y 2.

Figura 3.

14 Configuración EIGRP en los routers 1 y 2. p.67
Figura 3. 20 Simulación en Packet tracer en el segundo piso.

Figura 3.

20 Simulación en Packet tracer en el segundo piso. p.73
Figura 3. 22 Simulación en packet tracer de la red total.

Figura 3.

22 Simulación en packet tracer de la red total. p.74