Consideraciones técnicas para la transmisión de video sobre redes públicas de alta velocidad : frame relay y ATM

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(1)INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS ESTADO DE MÉXICO DIVISIÓN DE GRADUADOS E INVESTIGACIÓN. DIRECCIÓN DE MAESTRÍAS EN INGENIERÍA. 11 I 'tl fl,l!:BL,luT!'._t..;A. .:~\, ,,:. -. - r, A f ... CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA LA TRANSMISIÓN DE VIDEO SOBRE REDES PÚBLICAS DE ALTA VELOCIDAD. FRAME RELAY Y ATM. TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS COMPUTACIONALES PRESENTA:. ING. ALFREDO ZAMORA LÓPEZ Asesor externo:. M. en C. José Fernando Tavera Parra. Comité de Tesis:. Dr. Luis A. Trejo Dr. Jesús Vázquez. Jurado:. Dr. Jesús Vázquez, Presidente Dr. Luis A. Trejo, Secretario M. en C. J. Fernando Tavera Parra, Vocal. Atizapán de Zaragoza, Estado de México, Diciembre de 1998..

(2) RESUMEN. En años pasados las redes de área amplia, eran consideradas inseguras, lentas, susceptibles de espionaje y aún más, sin una alta confiabilidad de disposición, cuando estás eran requeridas por el usuario, como lo fué la red X.25 TELEPAC de la SCT. En la actualidad, vivimos una tendencia global a la integración de servicios de voz video y datos en las redes de comunicación de empresas, escuelas, instituciones y comercios. El ambiente de las redes locales ha proliferado demasiado en esta integración, lo cual, es debido principalmente gracías a las nuevas tecnologías que ofrecen mayores capacidades de acceso, pérdidas mínimas y una alta confiabilidad y seguridad de la información que transportan. Pero a su vez, la explosión de integrar esas redes locales con otras redes remotas, ya sea alrededor de una ciudad, un país e incluso el mundo entero a través del Internet, han auspiciado un fuerte desarrollo en las redes de área amplia, que a su vez, garanticen a los usuarios integrar de forma segura, confiable, rápida y estandarizada los servicios multimedia. Por todo esto, y evaluando las grandes ventajas económicas y competitivas que representan para cualquier organización el contar con un sistema de videoconferencia interactivo de tiempo real, se ha motivado el desarrollo de este trabajo, que tiene como principal objetivo evaluar la integración de la videoconferencia bajo los estándares H.320 y H.323 con IP, sobre redes de área amplia con tecnologías Frame Relay y ATM.. Hoy por hoy TELMEX a través de Consorcio RedUno, ofrece un servicio de transporte a nivel nacional, a través de su red de fibra óptica conocida como UniNet, la cual, permite el uso de los protocolos X.25, Frame Relay e IP. En esta tesis, más que resolver un problema, se busca desarrollar una nueva área de oportunidad para poder integrar el video sobre el "backbone" de Frame Relay de UniNet y que en un futuro no muy lejano cambiará su núcleo con la tecnología ATM. Las preguntas que se pretenden contestar en este trabajo, atienden a analizar cuál sería la mejor opción de transporte y por que, sus pros y contras, tendencias en los estándares de video, requerimientos mínimos necesarios y una gran cantidad de recomendaciones técnicas que le permitan al usuario poder integrar el video a través de UniNet con Frame Relay y ATM. El trabajo se soporta en estudios realizados por organismos de normalización, análisis de las tecnologías, fabricantes y pruebas en el laboratorio de Integración y Desarrollo de RedUno..

(3) CONTENIDO Página. LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABLAS , LISTA DE ABREVIACIONES Y TERMINOLOGIAS. 8. Capítulo l.. 9. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5. INTRODUCCIÓN Antecedentes Objetivo Organización del Estudio Propósito y Limitaciones Metodología de la Investigación. Capítulo 2. 2.1 2.2 2.3. TECNOLOGÍA Los Sistemas de Videoconferencia La Red Pública UniNet. Descripción y Servicios Características Generales de Frame Relay 2.3.1 El Crecimiento de Frame Relay. Capítulo 3. 3.1 3.2 3.3 3.4. DELIMITACIÓN DEL MARCO TEÓRICO. El Estándar de Codificación de Video H.261 El Estándar H. 3 20 El Estándar H.323 3.3.1 El Protocolo de Transporte de Tiempo Real (RTP) Requerimientos Técnicos para Transportar Audio y Video Interactivo de Tiempo Real. Capítulo 4. 4.1 4.2. Video 4.1.1 Video 4.2.1. 7 7. 9 11 11 11 11. 12 12 15 16 18. 19 23 25 26 28 31. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 32. Sobre Frame Relay Causas que Originan los Problemas Técnicos en Frame Relay Sobre ATM Servicios ATM. 32 33 34 34.

(4) Página. Capítulo 5. 5.1. DESARROLLO DE LA CONTRIBUCIÓN. 41. Requerimientos de Calidad de Servicio. Propuestas Técnicas Generales para Frame Relay. 5 .1.1 Configuración del tamaño de la Trama Frame Relay 5. 1.2 Manejo de Esquemas Propietarios de Prioridades por Circuito Virtual. 5.1.3 Adecuación del CIR Atendiendo al Requerimiento Deseado 5. 1.4 Ruteo Inteligente de los Circuitos Virtuales. 44 46 47. 5.2. Propuestas Técnicas Particulares para Frame Relay 5.2.1 Video H.320 Sobre Frame Relay. 5.2.2 Video H:323 Sobre Frame Relay.. 49 49 50. 5.3. Propuestas para el Manejo de Video sobre ATM. 5.3.1 Video H.320 sobre ATM 5.3.1.1 Establecimiento del Circuito 5.3.2 Video H.323 sobre ATM 5.3.2.1 Capa 5 de Adaptación ATM (AAL5) 5.3.2.2 Ventajas del Transporte de Video H.323 sobre VBR 5.3.3 Video Paquetizado sobre ABR. 53 53 54 56 57 58 59. 41 41. CONCLUSIONES PARTICULARES Y GENERALES. 61. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA. 63. ANEXO A. PRUEBAS H.323/FRAME RELA Y. 66. ANEXO B. PRUEBAS H.320/ATM. 76.

(5) 7. LISTA DE FIGURAS. Figura 2.1 Capacidades de Transmisión "Frame Relay" Figura 3 .1 Capacidades Típicas para Diferentes Aplicaciones de Video. Figura 3.2 Capacidades de Transmisión y Retardos para Diferentes Aplicaciones de Video. Figura 3.3 Sistema Visual H.320. Figura 3.4 Componentes de una Terminal H.323. Figura 3.5 Protocolos H.323. Figura 3.6 Arquitectura del Protocolo RTP. Figura 4.1 Función de Densidad de Probabilidad de Retraso de Celda Figura 5.1 Procesamiento de Diferentes Tamaños de Tramas. Figura 5.2 Tolerancia de Retraso de Videoconferencia contra el Retraso de Algunos Equipos. Figura 5.3 Interoperabilidad "Frame Relay"/ATM. Figura 5 .4 Video Servicio en la Nube "Frame Relay" con CFR Figura 5. 5 Resource Reservation Protocol Figura 5.6 Reservación en un Nodo en la Ruta de Flujo de Datos. Figura 5.7 Parámetros de Información para el nivel de adaptación 1 de ATM. LISTA DE TABLAS. Tabla 1.1 Diferentes Aplicaciones de Video. Tabla 2.1 Implementation Agreements From "Frame Relay" Forum. Tabla 3.1 Diferentes Aplicaciones de Video, Fuente Cisco Systems. Tabla 3.2 Capacidades de Transmisión y Retardos para Diferentes Estándares de Video. Tabla 3.3 Parámetros de Resolución de Video para H.261, CIF y QCIF. Tabla 3.4 Diferentes Formatos de Codificación del Video Digital que Utilizan el Estándar H.261. Tabla 4.1 Características de las categorías de Servicio ATM. Tabla 4.2 Areas de Aplicación para las Categorías de Servicio ATM. Tabla 4.3 Atributos de las Categorías de Servicio ATM. Tabla 5.1 Servicio de Parámetros QoS y Aplicaciones. Tabla 5.2 Diferentes Equipos para Incorporar H.320 sobre "Frame Relay". Tabla 5.3 Soporte de Estándares del Algoritmo H.263. Tabla 5.4 Formatos de Imagen para Videoconferencia ITU-T..

(6) 8. LISTA DE ABREVIACIONES Y TERMINOLOGÍAS. ATM BISDN bps CIF FDDI fps. ftp HDLC Hz ICMP IETF IP. LAN MCU PC Ping PSTN RAM. TCP UDP www. "Asynchronous Transfer Mode", Modo de Transferencia Asíncrono "Broadband ISDN', ISDN de Banda Ancha "bits per second", bits por segundo "Common Intermediate Format", Formato Intermedio Común "Fiber Distributed Data Interface", Interface de Datos Distribuidos de Fibra "frames per second", tramas por segundo "file transfer protocol", protocolo de transferencia de archivos "High Data Link Control", Control de Enlace de Alto Nivel Hertz "Internet Control Message Protocol", Protocolo de Control de Mensajes Internet "Internet Engineering Task Force", Fuerza de Ingenieros de Internet "Internet Protocol", Protocolo de Internet "Local Area Network", Red de Area Local "Multi - Conferencing Unit" "Personal Computer", Computadora Personal "ICMP echo request/echo reply", Solicitud/Respuesta de Eco. Generado por ICMP "Public Services Telephone Network", Red de Servicios Telefónicos Públicos" "Random Access Memory", Memoria de Acceso Aleatorio "Transmission Control Protocol", Protocolo de Control de Transmisión "U ser Datagram Protocol", Protocolo de Datagrama de Usuario "World Wide Web", Telaraña Alrededor del Mundo.

(7) 9. CAPÍTULO l.. Introducción. Esta tesis analiza y describe una serie de recomendaciones para incorporar el transporte de videoconferencia bajo los estándares H.320 y H.323 con IP, sobre redes públicas de conmutación de paquetes "Frame Relay" y ATM. Así como también, da (l)un análisis detallado de estos dos estándares que actualmente son muy usados por la mayoría de los usuarios de videoconferencia, (2) una visión de las tendencias hacía el video de escritorio y (3)los pros y contras de cada una de estos estándares sobre las tecnologías de redes en cuestión. Este proyecto es una necesidad actual de la empresa Consorcio Red Uno, quien es a su vez una filial de TELMEX, y cuya misión está enfocada principalmente a la integración de redes de voz, video y datos. El tema, corresponde a una respuesta a la tendencia global en la integración de estos servicios, sobre redes públicas de conmutación de paquetes, disipando la creencia tradicional de que el tráfico con diferentes características debe ser transportado por redes separadas [ 1, 16], y debido a que en el terreno de la transmisión de video se cuenta actualmente con muy poca información acerca de las técnicas y tecnologías más confiables para implementar este servicio por redes públicas de alta velocidad de conmutación de paquetes, como lo son "Frame Relay" y ATM.. 1.1. ANTECEDENTES. Actualmente los servicios de videoconferencia que se ofrecen en nuestro país son relativamente caros y se presentan únicamente contratados como enlaces privados TDM ("Time Division Multiplexing", Multiplexación por División de Tiempo) y fuera del alcance económico de muchas pequeñas y medianas empresas, que bien podrían incorporar este servicio como una herramienta de ahorro y productividad. Vale la pena resaltar que en nuestro país no se encuentra disponible aún la tecnología de las Redes Digitales de Servicios Integrados (RDSI), que en otros países ofrece una excelente alternativa para el transporte de video interactivo. Dentro de las necesidades de video interactivo y de tiempo real que actualmente son más demandadas por sus implicaciones comerciales y productivas en nuestro país, se encuentran principalmente las siguientes[7,38]: Educación a Distancia Reuniones de Ejecutivos Diseño Colaborativo Supervisión de Procesos Productivos Estudios Financieros Compras Administración de Juntas Manejo de Crisis Vigilancia Remota Juntas corporativas, etc..

(8) lO. Es claro observar que los servicios anteriores requieren de la transferencia de video en tiempo real e interactivo y que en su mayoría no se necesita de una alta resolución ni definición de la calidad del video, es decir, hablaríamos entonces de que las aplicaciones a evaluar son las clásicas de videoconferencia y/o teleconferencia, en donde lo que importa es recibir una señal clara y entendible de audio y una imagen continua y definida de video que probablemente no sea apropiada para transmisiones de personas u objetos en movimiento constante. Para el caso particular de una sesión de video interactiva esta puede caer en cualquiera de las dos posibles aplicaciones [6] consideradas en la tabla 1.1, por lo tanto, el estándar de video a considerarse en esta tesis debe poder adaptarse a ambos casos.. Tabla 1.1. Diferentes aplicaciones de video.. Aplicaciones. Flujos de Datos Almacenados Correo. Multimedia. Punto a Punto imágenes o video). Multipunto. (El. cual. LAN TV (Información almacenada) Entrenamiento Corporativo Broadcast Financiero. Tiempo Real Interactivo. incluye Videotelefonía Videoconferencia Educación a Distancia Kioskos Videoconferencia Difusión en Vivo. Por otro lado, vale la pena resaltar cuales son los beneficios potenciales que representa el reunir personas situadas en diferentes lugares geográficos a través de los servicios de video: pueden compartir ideas, conocimientos e información, para solucionar problemas y para planear estrategias de negocios utilizando técnicas audiovisuales sin las inconveniencias asociadas de viajar, gastar dinero y perder tiempo. La videoconferencia ha capturado la imaginación de las personas de negocios, lideres gubernamentales y educadores. El utilizar los servicios de video proporciona de entre otros los siguientes ahorros y ganancias[?]:. Ahorro en costo de viajes. Cuando se permanece en el lugar de trabajo y se hace uso de la videoconferencia punto a punto o multipunto, en vez de viajar, se ahorra a raíz de la reducción en los costos del viaje y los relacionados al mismo, tales como boletos de avión, hotel, viáticos, alquiler de vehículos, etc. Ahorro en productividad. Es la reducción en el tiempo perdido por un individuo productivo con motivo del viaje, como por ejemplo, el tiempo empleado en la preparación del viaje, el desplazamiento, la instalación, etc. Dentro de este punto se pueden resaltar otras ganancias tales como: la participación de más miembros del personal, toma de decisiones más expedita, mayor fluidez de la comunicación dentro de la empresa, reducción de la fatiga y del tiempo de viaje, y evitar la acumulación de trabajo durante la ausencia. Ganancias estratégicas. Son las fuertes ventajas en competitividad que alguna organización deriva del uso de servicios de video, dentro de los cuales se pueden citar los siguientes: ventaja competitiva, mejor servicio al cliente, comercialización más expedita, aprovechamiento de recursos escasos así como decisiones más eficaces..

(9) 11. 1.2. OBJETIVO. El proyecto tiene como principal objetivo evaluar las técnicas, equipos, estándares, configuraciones e implementaciones necesarias para poder transmitir con una razonable eficiencia y calidad, el video interactivo de tiempo real a través de redes públicas de conmutación de paquetes "Frame Relay" o ATM La documentación y justificación de la evaluación de las tecnologías más adecuadas para la incorporación del servicio de video interactivo de tiempo real transportado por "Frame Relay" y/o ATM, es un trabajo de importancia técnica y comercial para dar una solución real a Consorcio RedUno, que tiene contemplado incluir este "nuevo" servicio como uno más dentro de la gran gama que actualmente ofrece. Es importante resaltar que esta justificación se convertirá en un proyecto mayor de nivel comercial de la misma empresa, y además, ya que no existe un trabajo similar de evaluación, el proyecto llegará a satisfacer las demandas que requieren las empresas nacionales así como ser una base sólida para el futuro de este tópico en el sector académico y de investigación.. 1.3. ORGANIZACIÓN DEL ESTUDIO. El capítulo 2 discute, el desarrollo de la tecnología de videoconferencia y el proceso de su desarrollo. Da un panorama general del "backbone" UniNet como tecnología de referencia para el desarrollo de este trabajo, así como del uso, función y crecimiento de "Frame Relay". El capítulo 3, ofrece una justificación del uso del formato de video H.261 implementado en los estándares H.320 y H.323, así como de los principales compromisos técnicos necesarios para su transporte por una red. El capítulo 4 define cuáles y que causas, limitan el transporte de video sobre una red pública "Frame Relay", y el cómo en ATM se incorporan diferentes tipos de servicio para variadas aplicaciones. Y por último el capítulo 5 ofrece una serie de recomendaciones y conclusiones para la implementación del transporte de video sobre las tecnologías en cuestión, y da algunas reomendaciones para trabajos futuros.. 1.4. PROPÓSITO Y LIMITACIONES. Esta tesis presenta un punto de vista analítico y técnico que no pretende solucionar un problema, sino más bien recomendar una serie de aspectos que permitan integrar la videoconferencia de diferentes características sobre "Frame Relay y ATM, y que sirvan de referencia para pruebas posteriores en el laboratorio de RedUno, para crear una nueva área de oportunidad de negocios.. 1.5. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN. El Internet ha sido una fuente invaluable para obtener información acerca de estos tópicos. Mucho del material referenciado en esta tesis se encuentra disponible en la red de redes. En la sección de referencias se han incluido todos los URL'S (Uniform Resource Locators, Localidades de Fuentes de Información) que se encuentran disponibles al momento de esta publicación. Debido a la naturaleza del Internet, y en especial del World Wide Web, no existe garantía de que esta información continúe disponible en el futuro en esas localidades..

(10) 12. CAPÍTULO 2.. Tecnología.. El audio y el video son descritos como aplicaciones de tiempo real. Hay dos posibles significados para esta descripción[22]. El primero implica que los tiempos de "espera" para la llegada de paquetes en el receptor son aproximadamente iguales a las pausas entre los paquetes que están siendo transmitidos. En términos formales se dice que el ritmo de transmisión debe ser igual (o casi igual) al ritmo de recepción de paquetes, no importa entonces si un paquete toma treinta minutos en alcanzar su destino siempre que el tiempo entre la llegada de paquetes sucesivos permanezca relativamente constante y en periodos de tiempo muy cortos. Esta definición de tiempo real es adecuada para los esquemas de distribución donde hay una fuente y varios receptores, estos últimos sin capacidad de transmisión. La segunda interpretación incluye la primera e implica, además, una mayor restricción: el tiempo de transmisión de los paquetes debe ser corto. Si esto se logra, se permite la interacción entre los participantes. En caso contrario la intervención de uno de ellos ( con una pregunta o comentario) no puede ser detectada por sus contra partes sino tiempo después de que está se generó, con lo que se pierde el sentido de "presencia". Como regla general un retraso de 0.2 segundos es aceptable para audio y video. Un retraso mayor resulta muy notable y afecta la comunicación. Esta última descripción es la que abordaremos en este trabajo. 2.1. LOS SISTEMAS DE VIDEOCONFERENCIA.. Las señales de audio y video que se desean transmitir se encuentran por lo general en forma de señales analógicas, por lo que para poder transmitir esta información a través de una red digital, ésta, debe ser transformada mediante algún método a una señal digital, una vez realizado esto se debe comprimir y multiplexar estas señales para su transmisión. El dispositivo que se encarga de realizar este trabajo es el CODEC (Codificador / Decodificador) que en el otro extremo de la red realiza el trabajo inverso para poder representar y reproducir los datos provenientes desde el lugar remoto. El mercado de la videoconferencia punto a punto estuvo restringido por muchos años debido a la falta de compatibilidad entre los fabricantes de estos equipos hasta que surgió la recomendación H. 261 [28] del Comité Consultivo Internacional para la Telefonía y Telegrafia CCITT, ahora conocido como ITU-T ("International Telecommunications Union, Telecommunications Standarization Sector", Unión Internacional de Telecomunicaciones, Sector de Estandarización en Telecomunicaciones) [9] en 1990. A partir de ello, el mercado de la videoconferencia ha crecido enormemente. El estándar H.261 esta basado en la estructura básica de 64 Kbps de RDSI y permite trabajar servicios audiovisuales a Px64 Kbps, donde P es igual a 1,2, ... ,30. (estándar europeo). Hay otros tres factores que han influenciado este crec1m1ento: El primero de ellos fue el descubrimiento de la tecnología de videocompresión, a partir del cual, el estándar H. 261 está basado. Mediante la combinación de las técnicas de la codificación predictiva, la transformada discreta del coseno (DCT, "Discrete Cosine Transform"), la compensación de movimiento y la codificación de longitud variable..

(11) 13. El segundo factor que ha influenciado este crec1m1ento, es el desarrollo de la tecnología de integración a gran escala (VLSI, "Very Large Scale Integration"), mediante la cual se redujeron los costos de los codificadores de video. Hoy en día en el mercado se pueden encontrar chips a través de los cuales se pueden implantar las tecnologías DCT y de compensación de movimiento, partes del estándar de compresión de video. La tecnología ha llegado a un punto en el cual las estaciones de trabajo y muchas computadoras tienen el poder de procesamiento y las capacidades multimedia 1 para originar y reproducir secuencias de audio y video.[23]. El tercer factor es el desarrollo de las redes públicas conmutadas de paquetes, que a diferencia de las redes de conmutación de circuitos, presentan las siguientes ventajas[14]: •. La eficiencia en la línea es mayor, debido al simple enlace nodo a nodo que puede ser dinámicamente compartido por muchos paquetes en todo el tiempo. Los paquetes son enfilados y transmitidos tan rápido como sea posible sobre el enlace. En contraste, con la conmutación de circuitos, el tiempo de enlace nodo a nodo es predefinido usando multiplexación por división de tiempo, mucho de este tiempo puede estar ocioso, debido a que la porción de este tiempo puede que este dedicada para una conexión de datos que esta ociosa.. •. Una red de conmutación de paquetes puede transportar en su salida conversiones de velocidades de datos. Dos estaciones de diferentes velocidades de datos pueden intercambiar paquetes, ya que cada una se conecta a su conmutador con su velocidad apropiada.. •. Cuando el tráfico llega a ser pesado en una red de conmutación de circuitos, algunas llamadas son bloqueadas; esto es, la red rechaza aceptar solicitudes adicionales de conexiones, hasta que la carga en la red se decremente. En una red de conmutación de paquetes, los paquetes siguen siendo aceptados, pero el retraso para la entrega se incrementa.. •. Pueden ser usadas prioridades. De aquí que, si un nodo tiene un número de paquetes enfilados para transmitir, puede transmitir primero los paquetes de la más alta prioridad. Esos paquetes experimentaran por lo tanto menor retraso que los paquetes con menor prioridad.. La conmutación de paquetes también tiene algunas desventajas con respecto a la conmutación de circuitos: •. 1. Cada vez que un paquete pasa a través de la red por un conmutador de conmutación de paquetes, ocurre un retraso que no se presenta en la conmutación de circuitos. Como mínimo, este retraso en la transmisión es igual a la longitud del paquete en bits dividido por la velocidad del canal entrante en bits por segundo; este, es el tiempo que toma el procesar el paquete hacía el "buffer" interno. En suma, puede haber un retraso variable debido al procesamiento y enfilado en el conmutador.. "Multimedia es una tecnología interdisciplinaria y orientada a la aplicación que capitaliza la naturaleza multisensorial de los seres humanos y la habilidad de las computadoras para almacenar, manipular y transportar información no numérica como video, gráficos y audio, además de datos numéricos y texto.".

(12) 14. •. Debido a que los paquetes entre una fuente dada y un destino pueden variar en longitud, pueden tomar diferentes rutas y pueden ser sujetos de variación en retraso en los conmutadores que ellos encuentren en su camino, de allí que, el retraso total del paquete puede variar sustancialmente. Este fenómeno llamado ''jitter'', puede ser indeseable para algunas aplicaciones (por ejemplo, en aplicaciones de tiempo real tales como voz telefónica y video).. •. El ruteo de paquetes a través de la red, la información de encabezado incluyendo la dirección del destino y en ocasiones la información de secuenciación debe ser agregada a cada paquete, la cual, reduce la capacidad de comunicación disponible para transportar los datos del usuario. Esto no es necesario en la conmutación de circuitos una vez que el circuito es establecido.. •. Un mayor procesamiento es involucrado en la transferencia de información usando conmutación de paquetes en vez de usar conmutación de circuitos para cada nodo. En el caso de conmutación de circuitos no hay procesamiento virtual en cada conmutador una vez que el circuito es establecido.. Las redes de conmutación de paquetes públicas, han enfocado sus esfuerzos para mejorar sus servicios haciendo cada vez más atractivo su uso ofreciendo principalmente lo siguiente: •. Bajo costo. El costo de líneas arrendadas y conexiones públicas están muy por debajo de las fuertes inversiones de las redes privadas.. •. Capacidad de Transmisión. Los usuarios esperan tener una rápida respuesta cuando interconectan las aplicaciones de sus LAN's a través de las redes públicas.. •. Flexibilidad. Los usuarios están buscando que las tecnologías W AN puedan trabajar con todos los protocolos y tipos de datos.. •. Seguridad. El garantizar que la información va a llegar a su destino tal y como fue enviada, el garantizar que dificilmente un intruso pueda alterar o monitorear la misma que viaja a través de la W AN, y además garantizar que la red este disponible en el momento en que el usuario la requiera, son algunos de los aspectos más importantes que hacen de una red pública atractiva.. Podrían enumerarse varias características y ventajas que para una organización u empresa traería el incorporar los servicios de las redes públicas, dentro de ellos los más importantes son: No se requiere adquirir los equipos de comunicaciones para la transmisión de datos, tales como conmutadores y las grandes longitudes de cable o fibra óptica para su cometida, y además, no se requiere administrar y operar dichos equipos. Por otra parte, y considerando que el tema en cuestión son las redes públicas de conmutación de paquetes de alta velocidad "Frame Relay" y ATM, estas añaden las siguientes características (en comparación con RDSI): Ofrecen circuitos virtuales con velocidades acordes a las necesidades del usuario, permiten contratar únicamente los servicios necesarios según requerimientos, de aquí que se obtiene un ahorro representativo en recursos, inversión, reducción de equipos y gastos recurrentes, permitiéndole así al usuario dedicarse más a su propio negocio. En resumen, el.

(13) 15. considerar la baja substancial en los equipos de videoconferencia, así como también el abaratamiento y disponibilidad de los servicios de comunicación han hecho que esta industria crezca enormemente y sea cada vez más accesible a más usuarios, lo que posibilita aún más la integración de este servicio multimedia como algo rentable y comercial [22].. 2.2 LA RED PÚBLICA UNINET. DESCRIPCIÓN Y SERVICIOS UniNet es una red pública de datos que opera sobre la red SDH ("Synchronous Digital Hierarchy", Jerarquía Digital Sincronía) de Telmex para enlaces de alta velocidad, la cual ofrece una alta seguridad y confiabilidad en términos de operación, evitando al máximo la pérdida de comunicación de los enlaces debido a fallas por cortes u otras causas, lo anterior es posible mediante el uso del concepto denominado "binado", el cual es un nodo redundante de conmutación con doble anillo de transmisión a fin de que en caso de contingencia el tráfico sea re-enrutado hacía el destino final sin sufrir interrupción. Cuenta con la mayor cobertura a nivel nacional (30,000 Km. de Fibra Optica). El equipamiento de la red lo integran conmutadores de la marca Cascade©, Ruteadores Cisco© y servidores de comunicaciones de la marca Ascend©, los cuales, son productos líderes en el mercado de las comunicaciones. La red dorsal cuenta con 48 nodos a nivel nacional para tener cobertura en 41 ciudades del país, cuenta con 9 nodos con rutas alternas en las ciudades de México, Guadalajara, Monterrey, Puebla, Querétaro, Mérida, Hermosillo, Chihuahua y Tijuana. Los enlace para la interconexión de los nodos son N XE 1. Dentro de los servicios que actualmente ofrece UniNet se encuentran los siguientes: •. Frame Relay ~. •. X.25 ~ ~. •. Dedicado. Dedicado Transaccional. IP ~ ~. Dedicado Conmutado. •. Internet Corporativo. •. Interconexión a Redes Mundiales ~. X.25 y "Frame Relay" vía Global One.. Dentro de toda esta gama de servicios que ofrece UniNet y atendiendo al tema de esta tesis, vale la pena que se resalten algunas de sus principales características de "Frame Relay" para entrar en materia. (El servicio de ATM aún no esta disponible en UniNet)..

(14) 16. 2.3 CARACTERISTICAS GENERALES DE "FRAME RELAY" Este servicio responde a la demanda de altos volúmenes de tráfico de datos, ofreciendo circuitos desde 16 Kbps hasta 2048 Kbps. "Frame Relay" (en castellano Relevo de Tramas) es una alternativa para enlaces dedicados de alta velocidad para conexiones de múltiples usuarios. Soporta tráfico variable al ofrecer capacidades de transmisiones mínimas garantizadas y aceptando a la vez tráfico excedente en diferentes intervalos de tiempo. Utiliza el ancho de banda necesario dejando así el ancho de banda restante para el tráfico de otros usuarios o aplicaciones, además en un solo puerto pueden ser configurados varios circuitos virtuales 2 que se conectan a otros puertos diferentes de la red y en diferentes topologías. Las redes "Frame Relay" disponibles de hoy en día se basan en PVC' s ("Permanet Virtual Circuits", Circuitos Virtuales Permanentes), pero a medida que las redes vayan creciendo, estas conexiones permanentes deberán cambiarse a una operación más dinámica tipo SVC ("Switched Virtual Circuits", Circuitos Virtuales Conmutados"). "Frame Relay" ha evolucionado, proporcionando la integración de una única línea de los distintos tipos de tráfico de datos y voz y su transporte por una única red que responde a las siguientes necesidades: • • • • • •. Alta velocidad y bajo retardo Soporte eficiente para tráficos de ráfagas Flexibilidad Eficiencia Transportes integrado de distintos protocolos de voz y datos Interfaces estándares. Los servicios públicos de "Frame Relay" pueden constituir un reemplazo ( con ventajas en los costos) de las líneas dedicadas, o pueden ser una buena interfaz para ser usadas sobre estás líneas. Los servicios públicos de "Frame Relay" podrían permitir la justificación de un enlace con localidades remotas que de otra forma quedarían incomunicadas. "Frame Relay" ofrece ahorros inmediatos a los usuarios de multiplexadores, porque ofrece un mejor control sobre su ancho de banda y costos menores, gracias a un mejor desempeño y menos lastre en las tareas de interconexión de LAN's. "Frame Relay" es principalmente usado en: •. Empresas con localidades centrales, regionales y remotas que cuenten con redes locales en cada sitio y requieran interconectarse para aprovechar sus recursos de información. •. Empresas que requieran automatizar sus procesos al correr sus aplicaciones de datos en forma remota.. 2. En la proposición de circuito virtual, lll1a ruta pre-planeada es establecida antes de que cualquier paquete sea enviado. Una vez que la ruta es establecida, todas las tramas entre un par de partes comunicantes seguirán la misma ruta a través de la red. Cada trama contiene un identificador de circuito virtual, así como sus datos..

(15) 17. •. En redes con conexiones permanentes que utilicen larga distancia. •. Múltíples nodos remotos concentrados en un nodo central (topología estrella) o regionalizados (topología de árbol) o nodos principales conectados entre sí (topología malla).. •. Implantación de enlaces virtuales para la creación de redes de área amplia (WAN). •. Interconexión de redes mediante enrutadores y FRAD's (Frame Relay Access Device) para el encapsulamiento de otros protocolos.. •. Y en general, podemos decir que todas aquellas redes que contengan infraestructura digital son potenciales usuarios de la tecnología "Frame Relay". "Frame Relay" está optimizado para transportar tráfico ráfaga de LAN' s sobre redes de área amplia. En una red "Frame Relay" un enlace de un El puede soportar 975 circuitos virtuales (1024 menos algunos circuitos reservados), con un gran compromiso de flexibilidad en la capacidad de transmisión por circuito. La capacidad del enlace de acceso físico (mejor conocida como "Access Rate", AR ), impone limitaciones a la habilidad de la red "Frame Relay" para acomodar el tráfico de ráfaga. En efecto, el enlace de acceso físico combinado con la capacidad del puerto del conmutador establece el límite de capacidad de ráfaga superior. Es común monitorear que no todas las fuentes van a utilizar la máxima capacidad de transmisión disponible todo el tiempo. Por lo tanto, se requiere de un sistema para asignar la capacidad de desempeño de diferentes fuentes de tráfico y sus correspondientes circuitos virtuales. El sistema que "Frame Relay" utiliza para asignar capacidades de transmisión a diferentes fuentes de tráfico está gobernado por los conceptos de Capacidad de Información Acordada (CIR, Committed Information Rate), que es la tasa promedio (en bps) a la cual la red garantiza la transferencia de información sobre un intervalo de tiempo T, el cual es definido como: T = Bc/CIR, el Tamaño de Ráfaga Acordado (Be, "Commited Burst Síze"), que es el máximo número de unidades de información que pueden ser transmitidas en el intervalo T, y Capacidad de Ráfaga en Exceso (Be, Excess Burts Size). Véase figura 2.1. [9,37] Ofrecen una excelente explicación de esa tecnología.. Figura 2.1.Capacidades de transmisión "Frame Re/ay". No Delive1y. Port Spe~d. Best-Efforts DeJivery. Be. cm. = TI""'. Guaranteed Delivery. Time.

(16) 18. Al desarrollo de este trabajo, el Foro Frame Relay 3 a aprobado algunas implementaciones al estándar y otras más se encuentran en etapa de desarrollo, esto se resume en la siguiente tabla 2.1. Tabla 2.1 Acuerdos de Implementación. Fuente: Foro Frame Relay Acuerdos de Implementación Acordados por el Foro Frame Relav. Aprobados: U ser to Network Network to Network Switched Virtual Circuit FR/ ATM lnterworking FR Customer Network Management FR/PVC Multicast Service FR ATM/PVC Service Interworking Data Compression over FR. Trabajos Actuales: SVC atNNI Switched Permanent Virtual Connection (SPVC) Voice over FR. 2.3.1 EL CRECIMIENTO DE FRAME RELA Y.. En los dos años siguientes a su primera aparición pública en 1992, los servicios de "Frame Relay" crecieron lentamente. A principios de 1994 el uso de esta tecnología empezó a crecer bruscamente en las siguientes áreas:. •. Ingresos del Servicio. En junio de 1995, "Yankee Group" predijo que las ganancias mundiales para los proveedores de servicios "Frame Relay" en E.U. crecerían de $1,633 billón USO para 1997. Un 68% arriba de los ingresos del 94[Fuente: Frame Relay Networks Devices: FRADs or Routers, The Yankee Group, June 1995]. •. Ventas de Equipo. El "Yankee Group" también predijo que las ganancias de ventas de FRAD 's y ruteadores equipados con puertos "Frame Relay", crecerían de $543 millones USD en 1995 a $1. 931 billones USD en 1998.. •. Número de "Sites" utilizando servicios "Frame Relay". En 1993, acorde a la consultoría de investigación de mercado de "Datapro", se esperaba que el número de puertos utilizados en 1997 fuera de 34,000 cifra que se rebaso por mucho.[Fuente: Re/ay Race, Computer Weekly, April 20, 1995].. [31] Ofrece un panorama más amplio del crecimiento, uso y futuro de esta tecnología.. 3. El Foro Frame Relay es una organización sin lucro, dedicada a promover la aceptación e implementación de Frame Rclay, basandose en estándares internacionales. Se encuentra disponible en: http://www.frforum.com.

(17) 19. CAPÍTULO 3.. Delimitación del Marco de Trabajo. Como ya se ha mencionado, el proyecto en si tiene como principal objetivo evaluar los equipos, técnicas y tecnologías disponibles para poder transmitir con una razonable eficiencia y calidad, el video sobre "Frame Relay" y/o ATM, a través de una red pública. Para lograr esto, es indispensable el ubicar el formato y tipo de video digital más adecuado comercialmente para ser transportado por estas tecnologías. La información de video es provista en una serie de imágenes o "cuadros" y el efecto del movimiento es llevado a cabo a través de cambios pequeños y continuos en los cuadros. Debido a que la velocidad de estas imágenes es de 30 cuadros por segundo, los cambios continuos entre cuadros darán la sensación al ojo humano de movimiento natural. Las imágenes de video están compuestas de información en el dominio del espacio y el tiempo. La información en el dominio del espacio es provista en cada cuadro, y la información provista en el dominio del tiempo es provista por imágenes que cambian en el tiempo (por ejemplo, las diferencias entre cuadros). Puesto que los cambios entre cuadros colindantes son diminutos, los objetos aparentan moverse suavemente. En los sistemas de video digital, cada cuadro es muestreado en unidades de pixeles o elementos de imagen. El valor de luminancia de cada pixel es cuantificado con 8 bits por pixel para el caso de imágenes blanco y negro. En el caso de imágenes de color cada pixel mantiene la información de color asociada; por lo tanto, los tres elementos de la información de luminancia designados como rojo, verde y azul, son cuantificados a 8 bits. La información de video compuesta de esta manera posee una cantidad tremenda de información; por lo que, para su transmisión o almacenamiento, se requiere de la compresión de la imagen. Una referencia que muestra diferentes tipos de aplicaciones de video, es la que a continuación se ilustra en la Tabla 3 .1. De donde podemos observar claramente, que el área de nuestro interés se encuentra ubicado en el tipo de aplicación llamado "Distance Video", Video a Distancia, por las aplicaciones que esta incorpora, que dan concordancia y respuesta a las mencionadas en la parte de antecedentes del capítulo 1 de este documento. Obsérvese que el estándar H.261/H.320 aparece con una de las opciones con capacidades de transmisión múltiples de 64 Kbps..

(18) 20. Tabla 3.1. Diferentes Aplicaciones de Video. Fuente: Cisco Systems /6/.. Application Type Video Applications. Video codees and Servers. LAN-Based video. • • • • •. Video courseware/training Desktop Videoconferencing Application sharing Graphic visualization Video Kiosk. •. •. PC-based codees, hardware, and software Video servers. • •. • Video Codee Formats. Network Infraestructure: Protocol and format perspetive. Network Infraestructure: Configuration. •. Standalone codees PC-based hardware/software Video servers. MPEG, MPEG2, H.320 Proprietary-motion JPEG, AVI, Indeo, Cinepak, others. • • •. MPEG,MPEG2 MPEG4 (future) H.320 I H. 261. •. Packetized video running over layer 2 or layer 3 Layer 2 or layer 3. •. CBR video running over circuit emulation Packetized video over layer 2 or layer 3; intemetworking with ATM. •. • • • • •. Networ Infrastucture: products. • • •. Remote classroom/distance learning Videoconferencing Teleconunuting Telejustice. • •. •. Network Infrastructure: Performance Guarentees. Distance Video. • • •. Highly segmented LANs whit one or few users per segment ATM backbone requirement depending on number of videos ATM to desktop. •. • • •. ATM Quality of Service ATM switched multicast circuits RSVP (Resource Reservation Protocol). • •. ATM switches LAN switches Routers with LAN switching and ATMports. •. •. Dedicated or on-demand W AN lines (leased lines, ISDN, etc) Minimun 64 kbps for H.320 protocols Minimum 1. 5 Mbps for MPEG protocols ATM Quality of Service ATM switched or permanent circuits RS VP (Resource Reservation Protocol) Enterprises switches that support CBR. ATM and LAN Conections. Video on Demand (Cable TV / Telco T\. •. • •. • • •. Video on demand Near video on demand Interactive video game~. Standalone codees (other) Set-top box Video servers. •. MPEG2 Existing analog protocc (QAM RF modulation). •. Packetized video runni1 natively over ATM (future) and Coax or ADSL Analog video using RF modulation (today). •. • •. •. ATM fiber networks to head-end and coaxial cable to home (hybrid fiber coax) Fiber to the curb or hon. •. ADSL. •. ATM Quality of Servic1 ATM switched or permanent virtual circuits. •. Enterprise switches RF nodulators for coaxi conections. •. •. (FITC,FTTH).

(19) 21. Si quisiéramos conocer cuales son las capacidades típicas de transmisión para las diferentes aplicaciones de video digitalizado existentes en el mercado comercial, podemos observar que las aplicaciones interactivas de tiempo real se desenvuelven entre el rango de los 128 Kbps hasta los 1O Mbps [ 17] (Véase figura 3 .1 ), lo cual, es principalmente debido a los altos costos presentados, para mayores capacidades de transmisión, tanto para su almacenamiento como para su transmisión. De allí que se hayan desarrollado enormemente las técnicas de codificación de imágenes para poderlas transportar en este rango de capacidades que algunos medios de transmisión tales, como el cable coaxial y el cable de par trenzado han restringido. Quizás en un futuro no muy lejano la incorporación de la fibra óptica en la última milla permita desarrollar aplicaciones de video de alta calidad como la del video bajo demanda ó los juegos de video interactivos.. Figura 3. J. Capacidades típicas para diferentes aplicaciones de video./17). Vi<joo Maíl. Shared. Application. tmaging. Video Videoon Confer~ Demand encíng. Virtual Aeality. Virtual re~ lity I !. lmaging. 1. 1 1. 1. 1. 1. MPEGvideol. 1. 1 1. Dístanc¡ learning Conterencíng I. 1 1. 1 .. i. I Still vídeo. 1. 1. 1. IS~+ IShared whiteboard 1. 1. 100 kbps. 1. i. 1. 1. 1 Mbps. ~O Mbps. 100Mbps. i. Los psicólogos han determinado que cuando hablamos cara a cara, solo el 7% de lo que es comunicado es transferido por el significado de las palabras, otro 38% proviene de cómo se dicen las palabras y el 55% son con señales de video. De aquí se justifica que la predilección del ser humano por las imágenes es sorprendente, por lo tanto, se debe insistir que en las aplicaciones de video interactivo de tiempo real no se deben tolerar grandes retrasos entre cuadros de imágenes, ya que por su naturaleza el ojo humano debe recibir la información con.

(20) 22. cierta frecuencia que de al cerebro la impresión de movimiento mas no de aburrimiento y fatiga. Además, debe existir concordancia ó sincronía entre los movimientos de la boca de un locutor y el audio que se recibe de la misma fuente. La máxima tolerancia al retraso de video permisible sin causar aburrimiento en una aplicación de video interactiva, debe ser menor a 300 mili segundos, y el máximo retraso entre cuadro y cuadro debe ser menor a 130 mili segundos [6]. Véase Figura 3.2 Dentro de los principales estándares desarrollados para este tipo de video aplicación el más usado es el H.261, el cual como ya se menciono fue implementado para transportar el video a través de la red digital de servicios integrados RDSI (o por sus siglas en Inglés ISDN, "Integrated Service Digital Network").Véase Tabla 3.2 [6].. Figura 3. 2. Capacidades de Transmisión y Retardos para diferentes aplicaciones de Video. En un sentido: >300ms. Video Kioskos Video Entrenamiento. Imágenes Médicas Visualización. Latencia Video conferencia. En dos sentidos: <300ms. Video bajo Demanda < 20 Mbps. Video Interactivo de Alta Resolución Multiples Flujos de Video > 20Mbps. Ancho de Banda por Usuario Tabla 3. 2. Capacidades de Transmisión y Retardos para diferentes Estándares de video. 1. Application Type. Application. Average Delay Tolerance, msec. 300. Average Jitter Tolerance, msec. 130. Low end. 64 Kbps (H.261) Videoconferencing (G.711, G.722. G.728). 30. 130. High end. 1.5 Mbps MPEG video 256 Kbps MPEG voice. 5 7. 6.5 9.1. Extremily high end. 20 Mbps HDTV video. 0.8. 1. 1 1.

(21) 23. 3.1. EL ESTÁNDAR DE CODIFICACIÓN DE VIDEO H.261.. La recomendación ITU-T H.261 es un estándar de compresión de video diseñado para comunicaciones con anchos de banda entre 64 Kbps y 2Mbps, medidos en intervalos de 64 Kbps. Está técnica es también conocida como "Px64" donde P va desde 1 hasta 30. H.261 fue diseñado principalmente para videoconferencia sobre ISDN y es especificada en el formato H.320.(20]. H.261 únicamente soporta dos resoluciones de video, las cuales son: CIF (Common lntermediate Format), de 352x288 pixeles y QCIF (Quarter CIF) de 176 x 164 pixeles H.261 puede manejar hasta 30 imágenes codificadas por segundo bajo CIF. Los parámetros CIF y QCIF se definen en la siguiente tabla 3.3. Tabla 3.3. Parámetros de resolución de video para H261. CIF y QCIF. Imágenes codificadas por segundo Pixeles de luminancia codificados p/línea Líneas de luminancia codificados p/imagen Pixeles de color codificados por línea Líneas de color codificadas por imagen. CIF 29.97 352 288 176 144. QCIF (o submúltiplos enteros). 176 144 88 72. El estándar H.261 de codificación de video puede ser incorporado con otros estándares para el transporte de audio, datos, señalización, multiplexación, encriptación y estándares para sesiones de tipo multipunto tal y como se muestra en la tabla 5. La técnica de compresión de video consiste de tres pasos fundamentalmente, primero el procesamiento de las diferentes fuentes de video de entrada, paso en el cual se realiza el filtrado de las señales de entrada para remover componentes no útiles (sincronización y temporización del monitor de televisión) y el ruido que pudiera haber en esta. El segundo paso es la conversión de la señal a un formato intermedio común (CIF ó QCIF), y por último el paso de la compresión. Las imágenes comprimidas son transmitidas a través de la línea de transmisión digital y se hace llegar al receptor donde son reconvertidos al formato común CIF y son representadas después de haber pasado por la etapa de post-procesamiento. Mediante la comprensión de la imagen se elimina información redundante, principalmente la información redundante en el dominio de espacio y del tiempo. En general, las redundancias en el dominio del espacio son debidas a las similitudes existentes entre pixeles contiguos de un cuadro dado y aquellas dadas en el dominio del tiempo son debidas a las similitudes contenidas en cuadros contiguos causadas por la inmovilidad o pequeña variación en el movimiento de un objeto. El método para eliminar las redundancias en el dominio del espacio es llamado codificación intracuadros o "intra" simplemente, la cual puede ser dividida en codificación por predicción, codificación de la transformada y codificación de la sub-banda. En el otro extremo, las redundancias en el dominio del tiempo pueden ser eliminadas mediante el método de codificación de intercuadros, que también incluye los métodos de compensación/estimación del movimiento, el cual compensa el movimiento a través de estimación del mismo..

(22) 24. El estándar H.261 hace posible el transmitir imágenes de TV de calidad aceptable con bajos requerimientos de capacidad del canal; capacidades que se han reducido lo suficiente para lograr comunicaciones de bajo costo sobre redes públicas digitales conmutadas (por ejemplo ISDN). De la tabla 3.4, [32] se debe enfatizar que el estándar más utilizado comercialmente en nuestro país para aplicaciones de videoconferencia es el H.320. Aunque vale la pena resaltar que el estándar H.323 a acelerado su incorporación en la videoconferencia de escritorio debido principalmente a la facilidad de su uso y acceso, la reducción de los costos del equipo (cámaras y software) para la PC, al explosivo crecimiento e implementación del Protocolo de Internet (IP), así como también de los nuevos protocolos de transporte para aplicaciones de tiempo real RTP ("Real Time Protocol") y RTCP ("Real Time Control Protocol") [14,29,32], definidos en enero 4 de 1996 bajo el RFC (Request for Comment) 1889 por la IETF. Tabla 3.4. Formatos de Codificación de Video Digital que utilizan el Estándar H.261 Recomendación. H.320. Aprobación Red. 1990 ISDN. Video. H.321. H.322. H.323. H. 261 H. 263. 1995 1995 B-ISDN y Redes de ATM, LAN paquetes de ancho de banda garantizado H. 261 H. 261 H.263 H.263. 1996/1998 Redes de paquetes que no garantizan el ancho de banda H. 261 H.263. Audio. G. 711 G. 722 G. 728. G. 711 G. 722 G. 728. G. 711 G. 722 G. 728. Multiplexaie Control. H. 221 H. 230 H. 242 H. 231 H. 243 T. 120 Serie. 1.400. H. 221 H. 242. H. 221 H. 230 H. 242 H. 231 H. 243 T. 120 TCP/IP Serie 1.400. G. 711 G. 722 G. 723 G. 728 G. 729 H. 225.0 H.245. Multipunto. H. 231 H. 243 Datos T. 120 AALl 1.363 Interfaz de ATM 1.361 comunicaciones Serie. 1.400 (en revisión) H. 233 Encriptación H.233 H. 234 H.234. H.324 1996 PSTN POTS. 1. o. H. 261 H.263 G. 723. H. 223 H.245. H. 323. T. 120 RTP/RTCP TCPUDP IP TBD (por referencia al H. 320). T. 120 V. 34 Modem H. 233 (adaptado al H.324). En esta tesis nos enfocaremos principalmente a analizar el desempeño de los estándares H.320 y H.323 sobre IP y estos a su vez sobre "Frame Relay" y ATM, por su tendencia comercial de uso. Por lo tanto, los esquemas de evaluación quedarán conformados de la siguiente forma: H.320 sobre "Frame Relay", H.323 con IP sobre "Frame Relay", H.320 sobre ATM y H.323 con IP sobre ATM. 4. RFC. Término de Internet. El contenido de un RFC puede ser desde una especificación de protocolo oficila, hasta resultados de investigación o propuestas de desarrollo..

(23) 25. 3.2. EL ESTÁNDAR H.320.. La recomendación de ITU-T H.320 [24,28] define al interpelación entre las recomendaciones H.261, H.221. H.242 y H.230, las cuales definen en conjunto una terminal audiovisual para proveer los servicios de videoconferencia (VC) y videotelefonía (VT), sobre la red digital de servicios integrados (ISDN). (Véase figura 3.3). Entre las funciones de la recomendación H.320 se encuentra la definición de las fases del establecimiento de una llamada de un teléfono visual y la definición de 16 tipos diferentes de terminales audiovisuales y de sus respectivos modos de operación.. Figura 3.3. Sistema visual H.320 H.261 Equipo de Entrada/Salida de video. -. Codee de Video. Equipo de Entrada/Salida de Audio. -. Codee de Audio. -. Retardo. -·. MUX/ DMUX. Inteñase de red. JPEG, GJ, FAX Equipo de Telemática. -. RED. 1. Unidad Multipunto. H.242, H.221, H.230. I I. Sistema de Control. H. Seiíalización Extremo a Extremo. 1 1. 1400 Series. Este estándar define la codificación, el entramado, la señalización, el establecimiento de la llamada y el establecimiento de conexiones para videoconferencia en medios de transmisión digital. El estándar incluye también tres algoritmos de audio, G.721, G.722 y G.728. El H.320 provee interoperabilidad entre diferentes fabricantes de codee' s, tales como Picture© Te!, VTEL© y CLI©..

(24) 26. 3.3. EL ESTÁNDAR H.323. En 1996 la ITU aprobó la especificación H323 [25,27,28,32], la cual representa un conjunto de estándares multimedia para las infraestructuras corporativas existentes (por ejemplo redes basadas en IP). La recomendación H.323 describe terminales, equipos y servicios para comunicaciones multimedia sobre redes de área local (LAN), las cuales no provee una Calidad de Servicio garantizada. Las tenninales H.323 y el equipo pueden transportar voz en tiempo real, datos y video, o cualquier combinación incluyendo videotelefonía. Las LAN sobre las cuales las tenninales H.323 se comunican pueden ser: Ethernet (IEEE 802.3), Fast Ethernet (IEEE 802.10), FDDI (modo de servicio sin garantía de calidad de servicio), Token Ring (IEEE 802.5). Algunas de las razones por las que la recomendación H. 323 es importante son: •. H.323 provee estándares de multimedia para las infraestructuras de red existentes, pues está diseñado para compensar la latencia de las redes locales, pennitiendo así, el uso de aplicaciones multimedia sin cambiar la infraestructura de red con que se cuente actualmente.. •. Las redes IP locales se vuelven día a día más poderosas. Por ejemplo, las redes Ethernet migran de 1O a 100 Mbps, sin olvidar que la tecnología de Gigabit Ethernet en algunos años alcanzará la madurez.. •. H. 323 provee estándares para la interoperabilidad entre LAN's y otras redes de comunicaciones. Los elementos necesarios para la interacción con redes ISDN y PSTN se encuentran dentro de su cobertura.. Los beneficios aportados por la recomendación H. 323 son: 1. lnteroperabilidad entre terminales que tengan capacidades y características distintas en el manejo de audio, de video o de los protocolos de control. 2. Flexibilidad de participantes. Una terminal que soporta sólo audio, puede interactuar con otras que soportan audio y video, por ejemplo. 3. Independencia del hardware y del sistema operativo de las tenninales. 4. Soporte multipunto o multiusuario. Se soportan conferencias entre dos o más personas. 5. H. 323 proporciona la administración de la carga deseada en la red, es decir, se puede restringir la cantidad de ancho de banda asignado a una conferencia. La recomendación H.323 abarca las especificaciones técnicas para dar servicio de video y audio en LAN's que no garantizan la calidad de servicio. Dado que su cobertura no incluye el tipo de LAN, proporciona independencia del tipo de red. H.323 define cuatro componentes para un sistema de comunicaciones basado en redes: tenninales, "gateways", "gatekeepers" y unidades de control multipunto (MCU)..

(25) 27. Las terminales son clientes en una LAN que proporcionan comunicaciones bidireccionales en tiempo real. Todas las terminales deben soportar comunicación de voz, mientras que el video y los datos son opcionales. Asimismo, todas las terminales deben soportar el protocolo H.245 usado para negociar el uso del canal y sus capacidades. Adicionalmente, pueden incorporar los protocolos: Q.931 para la señalización de la llamada y su establecimiento, "Real Time Protocol" (RTP) usado como protocolo de nivel de transporte para aplicaciones de tiempo real, y por último el componente llamado "Registration!Admision Status "(RAS) el cual, es un protocolo usado para comunicarse con un "gatekeeper" . La figura 3 .4 muestra los componentes de una terminal. El "Gateway" es un elemento opcional en una conferencia H.323 . Este elemento proporciona varios servicios de traducción entre terminales H.323 y otras terminales ITU. Los "Gatekeepers" son también elementos opcionales, que desempeñan sus funciones principalmente en el control de llamadas y ayudan a preservar la integridad en una red corporativa. Son altamente recomendables. Por último las Unidades de Control Multipunto soportan conferencias entre tres o más puntos finales.. Figura 3.4. Componentes de una Terminal H.323.. ~------------------------------------------------Video Codee H.261 , H.263. Video 1/0 equipment 1. -. -. 1 1. Receive Path Dela y Audio Codee G.711, G.722, G.723, G.728, G.729.. Audio 1/0 equipment. -. User Data Applications T 120, etc.. 1. -. ' Local Area Network Interface. H.225.0 Sesion Layer. System Control H.245 Control System Control User Interface. '. Call Control H.225.0 RAS Control H.225.0. •.

(26) 28. Figura 3.5. Protocolos H. 323 Conference Control & Call Signaling. Data. T-Share. T.126. 8. T.127 1. H.245 Q.931 RAS. Audio. l. Video. H.261. G.722 G.728 G.723 G.729. H.263. T.124. ®. T.122 T.125. p. T.123. TCP. UDP IP. LAN. 1. 1. 3.3.1. EL PROTOCOLO DE TRANSPORTE DE TIEMPO REAL (RTP).. Sabemos que el protocolo más ampliamente usado de transporte es TCP. A pesar de que TCP ha probado su valor soportando un amplio rango de aplicaciones distribuidas, este no es apropiado para usarse con aplicaciones distribuidas de tiempo real, tales como conferencias de audio y video interactivo y de tiempo real. Algunas características de TCP lo descalifican para usarse como un protocolo de transporte para tales aplicaciones: 1.- TCP es un protocolo punto a punto que establece una conexión entre dos puntos finales. Por lo tanto, no es apropiado para distribución "multicasf'. 2.- TCP incluye mecanismos para la retransmisión de segmentos perdidos, los cuales llegan después y fuera de orden. Tales segmentos no son utilizados en la mayoría de las aplicaciones de tiempo real. 3.- TCP contiene mecanismos no convenientes para asociar información de temporización, ( "timing '') con segmentos, lo cual es otro requerimiento del tiempo real. El otro protocolo de transporte ampliamente usado es UDP, el cual no presenta las dos primeras características en la lista precedente, pero como TCP, no provee información de temporización..

(27) 29. Por si mismo UDP no provee ninguna herramienta apropiada para aplicaciones de tiempo real. A pesar de que cada aplicación de tiempo real pueda incluir sus propios mecanismos para soportar el transporte de tiempo real, hay algunas características comunes que garantizan la definición de un protocolo similar. Un protocolo estandarizado definido para este propósito es el Protocolo de Transporte Tiempo Real, definido en el RFC 1889(14,33].. en. El estándar H.323 utiliza comunicaciones orientadas a no conexión y orientadas a conexión. Las señales de control (H.245, H.225) y los datos (T.120) requieren de un transporte orientado a conexión debido a que estas señales deben recibirse en el orden en que fueron enviadas y obviamente no pueden perderse. Por otra parte, los flujos de audio y video son muy sensibles a los retardos, de esta manera si un paquete se retardara demasiado ya no tendría relevancia para el usuario. Es por esta sensibilidad a los retardos que el audio y video utilizan un protocolo de transporte no orientado a conexión y que no implique retransmisiones en caso de pérdidas. Para el transporte de datos que requiere transmisión confiable se utiliza TCP, el cual garantiza que los paquetes lleguen en orden y sin errores, además de controlar el flujo de paquetes, la desventaja de este protocolo para las aplicaciones sensitivas al tiempo vienen asociadas por los tiempos de retransmisión involucrados en la detección de errores y pérdida de tramas, así como también en el procesamiento de encabezados. Las recomendaciones H.245, T.120 y Q.931 utilizan TCP como el protocolo de transporte que se emplea para la comunicación no transporte. Asimismo, orientada a conexión es UDP, el cuál como ya mencionamos solo promete realizar su mejor esfuerzo para la entrega de los paquetes. UDP proporciona un control mínimo lo cual reduce el retraso en los paquetes, que es de vital importancia en la transmisión de datos multimedia. La recomendación H.323 utiliza UDP para el audio, video y el canal de RAS. Para utilizar UDP como protocolo de transporte multimedia en tiempo real, es necesario añadirle cierta funcionalidad, la cual ha sido incorporada en RTP. Los servicios que RTP proporciona incluyen un campo con una estampilla de tiempo (cuándo se transmitió el paquete), un número de secuencia (que permite ordenar los paquetes), un identificador del tipo de información que contiene (formato de audio o video, definidos en el RFC 1890 [14, 34]), y un identificador único por cada participante. Aunque R TP esta diseñado para ser independiente del protocolo de transporte, normalmente corre sobre UDP (véase la figuras 3.5 y 3.6), y puede usar transmisión "Unicast" y "Multicast". Para el control de RTP se usa el protocolo RTCP[l4], "Real-Time Control Protocol". Este protocolo monitoréa la calidad de la conferencia, intercambia información acerca de los participantes y periódicamente distribuye paquetes de control que contienen información de la calidad de sesión a todos los participantes de la conferencia. Estos paquetes utilizan los mismos mecanismos de transmisión de los paquetes de audio y video..

(28) 30. Figura 3. 6. Arquitectura del Protocolo RTP H.261. MPEG. JPEG. RTP. UDP IP. Acceso a la red. En resumen, podríamos definir que las aplicaciones de video H.320 y H.323 pueden clasificarse en alguna de las siguientes dos categorías: Video Paquetizado, el cual corre sobre LAN' s tradicionales en los niveles MAC (por ejemplo, Ethernet) o de Red (por ejemplo IP). Estas aplicaciones son por su naturaleza de velocidades variables de bit o conocidas también como de ráfaga, lo cual depende de la cantidad de movimiento que se tenga que procesar en la imagen. Un algoritmo de compresión para este tipo de video, esta diseñado para ser entregado en paquetes, ya sean IP o equivalentes. Grupos de Analistas como "Gartner Group" [6] han proyectado que para 1999 el 75% del equipamiento de videoconferencia será paquetizado y agregado a las LAN' s, esto, por la ventaja de integrar en el escritorio los servicios de voz, video y datos, sobre las infraestructuras de datos existentes, por razones de costo-beneficio para las empresas y por la posibilidad de poder compartir aplicaciones de la PC con otros usuarios. El formato de video H.323 corresponde a esta categoría, y de allí su importancia y consíderación en esta tesis. Video de Velocidad Constante, el cual corre sobre enlaces tradicionales de 64Kbps o múltiplos de este, ya sea a través de ISDN o TDM. Un claro ejemplo de esta tecnología es el estándar H.320 considerado en esta evaluación. Estos sistemas normalmente se implementan en sistemas de videoconferencia grupales y llegan a ser mucho más formales que los de escritorio, lo cual hasta cierto punto representa una ventaja, ya que no se prestan a entretenimiento entre los usuarios[20]..

(29) 31. 3.4. REQUERIMIENTOS TÉCNICOS PARA TRANSPORTAR VIDEO Y AUDIO INTERACTIVO DE TIEMPO REAL.. Las aplicaciones de video interactivas de tiempo real tanto paquetizadas como de tasa de bit constante (para este caso con H.261 ambas), requieren de algunos factores técnicos indispensables para llevarse a cabo con un razonable desempeño, dentro de los cuales se limitan principalmente los siguientes[ 17]: ! .-Adecuada Capacidad de Transmisión. Un medio de transporte debe tener suficíente ancho de banda para transmitír video voz y datos a niveles de calidad que permitan claramente ver expresiones faciales, movimientos, escuchar comentarios y trabajar en documentos.. 2.- Latencia. Las opciones de transporte necesitan facilitar la transmisión de video y audio con un mínimo de retraso de tiempo para permitir las sesiones interactivas. Sin embargo las redes contribuyen a la latencia de diferentes formas:. •. Retraso de propagación. Es la cantidad de tiempo que toma a la información vtaJar la distancia de la línea. Este retraso es más que nada determinado por la velocidad de la luz; de aquí que este factor no afecte significativamente la latencia.. •. Retraso de transmisión. Es la cantidad de tiempo que un paquete toma para cruzar un medio dado. Este retraso es determinado por la capacidad del medio y el tamaño del paquete o trama.. •. Retraso de almacenamiento y reenvío. Es la cantidad de tiempo que un dispositivo de interconexión (como un conmutador, puente o ruteador) toma para reenviar un paquete o trama que ha recibido.. •. Retraso de procesamiento. Es el tiempo requerido por un dispositivo de interconexión para encontrar la ruta, cambiar el encabezado y otras tareas de conmutación. En algunos casos, el paquete también debe ser manipulado. Por ejemplo, el tipo de encapsulamiento o el contador de "saltos" debe ser cambiado. Cada uno de estos pasos contribuyen al retraso del procesamiento.. 3.- .litter. El "jitter" es la variación del retraso de una trama a la siguiente. Esto es critico para el video, ya que este requiere un flujo constante de bits y en orden para mantener una imagen. 4.- Disponibilidad. El medio de transporte debe ser ampliamente accesible y disponible en cualquier instante. 5.- Contención de recursos. Un medio ideal de transporte no requerirá que el usuario contienda con otros usuarios por el ancho de banda y por el acceso del medio. Un usuario debe tener garantizado una cantidad fija de capacidad de transmisión para transportar video, voz y datos..

(30) 32. CAPÍTULO 4.. Planteamiento del Problema.. Como ya se ha mencionado, tenemos que trabajar con las dos tecnologías de redes en cuestión, para evaluar el transporte de video H.320 y H.323 sobre cada una de estas. Partiendo de lo anterior, esta sección es dividida dos partes: 1. Video sobre Frame Relay. La cual incluirá una descripción general de los problemas que presenta está tecnología para el transporte de video y las causas que originan estos problemas, y por último en el siguiente capítulo se darán una serie de recomendaciones tanto generales como particulares para el video de velocidad constante (H.320) y el video paquetizado (H.323). 2. Video sobre ATM. Esta sección incluirá una breve descripción de la naturaleza de ATM, sus categorías de servicio, los usos típicos de los mismos y permitirá abrir un panorama de las recomendaciones para la implementación del transporte de video, tanto constante como paquetizado atendiendo a la clase de servicio asociada a cada uno de estos.. 4.1. VIDEO SOBRE "FRAME RELAY".. Históricamente "Frame Relay" ha sido desarrollado y vendido principalmente como una tecnología de transporte de datos y una solución para estos servicios. Esto se debió principalmente por una técnica de posicionamiento más no como una limitación técnica [3]. La exitosa transmisión de voz digitalizada sobre los servicios públicos de datos "Frame Relay" [3, FRF] durante los últimos años, ha dibujado la atención a la pregunta de que si también los servicios de video pueden ser transportados a través del mismo enlace. Hoy en día existe muy poca información de que también esta tecnología se pudiese desempeñar para el transporte de video. Esta tesis intenta dar algunas ideas básicas y recomendaciones para este propósito. Los estándares de video a ser evaluados para transportarse sobre una red pública de datos "Frame Relay" son H.320 y el H.323 con IP, los cuales requieren de: Un ancho de banda mínimo para ofrecer una aceptable calidad de video (Pruebas en el laboratorio han demostrado que con una capacidad mínima de 384 Kbps se obtiene una buena calidad de video para aplicaciones relativamente estáticas, tales como la educación a distancia). El contar con la suficiente capacidad de transmisión no es en si un problema técnico para "Frame Relay" puesto que se puede definir un CIR adecuado a la calidad de video que el usuario desee tener. Quizás los problemas técnicos más importantes que presenta "Frame Relay" para transportar video H.320 o H.323 con IP, son la Latencia y el "Jitter" definidos anteriormente. Los dos aspectos anteriores que podríamos resumir como retrasos de tiempo afectan al video críticamente ya que este requiere un flujo constante de bits y con un orden para mantener una imagen..