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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD PRIVADA RAFAEL BELLOSO CHACÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELECTRÓNICA
MENCIÓN: TELECOMUNICACIONES
RED DE ACCESO PARA EL SERVICIO DE DVB RESIDENCIAL BASADO EN EL ESTÁNDAR IEEE 1901 PARA EL MUNICIPIO MARACAIBO
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRÓNICO MENCIÓN: TELECOMUNICACIONES
PRESENTADO POR:
BOADA, NESTOR FERRER, OSCAR
MONCADA, OSCAR
ASESORADO POR:
VILLA, GABRIEL PEREZ, ELIZABETH
MARACAIBO, NOVIEMBRE 2012
RED DE ACCESO PARA EL SERVICIO DE DVB RESIDENCIAL BASADO EN EL ESTÁNDAR IEEE 1901 PARA EL MUNICIPIO MARACAIBO
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VEREDICTO
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vi
DEDICATORIA
Este trabajo se lo dedico a mis padres Alfredo, Beatriz e Isabel, a mis
hermanos Edgar, Angélica y Ángeles, como muestra de que todos los
sueños que nos trazamos en la vida se pueden hacer realidad.
A mi esposa Ysabel, compañera incondicional, quien me ayudó y apoyó
para conseguir esta meta. A mis hijos, Néstor Juan, Néstor Enrique, Néstor
Alejandro, Isabella y Anabella, para que este logro sirva como ejemplo
motivador de perseverancia y deseos de superación en sus vidas, los amo.
A mis compañeros de tesis Oscar Ferrer y Oscar Moncada, por la sinergia
con que realizamos este proyecto y su amistad sincera. A mis compañeros
de trabajo, Eduardo Mago y Francisco Pedrique, por servir de colaboradores
con sus conocimientos técnicos y experiencia laboral. A mis tutores,
Elizabeth Pérez y Gabriel Villa, por servir de guía metodológica y académica
para hacer posible esta tesis.
Néstor Boada.
A mis padres y mi familia, por fomentar en mi, valores y principios que hoy
me permiten ser lo que soy; apoyándome en todo momento, aconsejándome
e instruyéndome con el fin de ser el soporte para el logro de mis metas. A
mis amigos que de una u otra forma me ayudaron y estuvieron conmigo a lo
largo de este pasaje. A los profesores que me guiaron en el camino del
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conocimiento, cultivando en mi un sentido de responsabilidad, perseverancia
y entrega; para que brinde siempre lo mejor en el transcurso de mi vida.
Oscar Moncada.
Principalmente a Dios por darme vida y salud, a mis padres Belinda
Cayama y Oswaldo Ferrer, ya que son la fuente de inspiración, fuerza,
motivación y disciplina para construir mi camino al éxito, también por inculcar
los valores y principios que hacen de mi una mejor persona. A mis hermanas
Osbelin Ferrer y Osdalis Ferrer, que de una u otra forma apoyaron el
transcurso de mi carrera influenciando sus conocimientos para hacer de mí
un gran profesional.
A mi novia Ada Ledesma, por su infinito apoyo y compañía que ha sido el
estímulo para lograr todas las metas propuestas, siempre creyendo en mi
gran potencial. A mis amigos principalmente a Néstor Boada y Oscar
Moncada, con los cuales compartí muchos momentos gratos, conocimientos
y enseñanzas de la vida. Finalmente a los tutores Elizabeth Pérez y Gabriel
Villa, por orientarnos desde el inicio a elaborar con esfuerzo este trabajo,
gracias a su tiempo, dedicación y colaboración.
Oscar Ferrer.
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AGRADECIMIENTO
Principalmente queremos agradecerle a Dios por permitirnos alcanzar
esta gran meta, de poder ser profesionales encaminados a contribuir por un
mejor país . También agradecer a nuestros padres y familiares por su más
grande y sincero apoyo, fuerza y motivación en todo momento que lo
necesitamos.
Por otra parte, reconocer a nuestros tutores Gabriel Villa y Elizabeth
Pérez, por la orientación brindada desde el principio y en todo momento para
llevar a cabo con esfuerzo y dedicación este proyecto de investigación; así
como también, por permitirnos aprender de sus conocimientos y aplicarlos a
este trabajo especial de grado.
Es necesario gratificar a la Universidad Rafael Belloso Chacín,
principalmente por abrirnos las puertas y formarnos como profesionales de
calidad para ser orgullo de esta casa de estudios y de nuestro país
Venezuela.
Finalmente , damos gracias a todas las personas que de una u otra forma
contribuyeron en este proceso, brindándonos su colaboración y apoyo
incondicional en todo momento para poder lograr el objetivo de ser
ingenieros.
Néstor Boada
Oscar Ferrer
Oscar Moncada
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BOADA, N.; FERRER, O.; MONCADA, O. Red de Acceso para el servicio de DVB residencial basado en el estándar IEEE 1901 para el Municipio Maracaibo. Universidad Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica. Maracaibo, 2012.
RESUMEN
La presente investigación tiene por objetivo general diseñar una red de acceso para el servicio DVB residencial basado en el estándar IEEE 1901 para el Municipio Maracaibo. Los basamentos teóricos se fundamentan en lo planteado por los autores Forouzan (2002), Serra y Bosch (2002), Huidobro (2005), Hrasnica, Haidine y lehnert (2004) y Al Mawali (2011). La investigación se caracteriza por ser de tipo proyectiva y descriptiva, y por presentar un diseño se considera de campo y no experimental. Dentro de las técnicas de recolección de datos empleadas en dicho trabajo de investigación, se encuentra la observación directa , revisión documental, manuales técnicos, de los cuales se obtuvo las principales características de los equipos a utilizar en el diseño de la red y para el desarrollo de la tecnología, conjuntamente con la entrevista no estructurada que se llevó a cabo a expertos en televisión digital, redes eléctricas y de telecomunicaciones. La investigación se sustentó metodológicamente en los autores Fitzgerald (1981) y Senn (1992), quedando estructurada en 4 fases; Fase I: Análisis de la situación actual (Fitzgerald), Fase II: Determinación de parámetros y evaluación del estándar (Senn), Fase III: propuesta de diseño (Fitzgerald) y Fase IV : Evaluación de la propuesta (Senn). En cuanto a los resultados obtenidos por la investigación, se destaca el avance de una televisión analógica a digital que trae consigo una alta definición en imagen y sonido, formato de video en paquetes IP y la distribución de los mismos a través de la red eléctrica. Finalmente se muestra una estructura de red de acceso completa, para ofrecer el servicio de DVB-IP a través de las líneas eléctricas, que incluye todos los parámetros y requerimientos tanto lógicos como físicos que integran a la red. La validación de esta arquitectura de red se llevó a cabo por medio del software MATLAB. PALABRAS CLAVES: Red de Acceso, Servicio, DVB, IEEE 1901
x
BOADA, N.; FERRER, O.; MONCADA, O. Network access residential service based on DVB standard for IEEE 1901 Maracaibo. University Rafael Belloso Chacín. Faculty of Engineering. School of Electronics. Maracaibo, 2012.
ABSTRACT
This research aims to design an overall access network for residential DVB service based on IEEE 1901 for the Municipality of Maracaibo. The theoretical foundations are based on the issues raised by the authors Forouzan (2002), Serra and Bosch (2002), Huidobro (2005), Hrasnica, Haidine and Lehnert (2004) and Al Mawali (2011). The research is characterized as projective and descriptive type, and to present a design is a field research and nonexperimental. Within the data collection techniques used in this research work is direct observation, document review, technical manuals which won the main characteristics of the equipment used in the network design and development of technology, together with the unstructured interview was conducted with experts in digital television, electricity and telecommunications networks. The research is based on the authors methodologically Fitzgerald (1981) and Senn (1992), being divided into 4 phases Phase I: Analysis of the current situation (Fitzgerald), Phase II: Determination of parameters and standard assessment (Senn) phase III: design Proposal (Fitzgerald) and Phase IV: Evaluation of the proposal (Senn). As for the results obtained by the research, highlighting the progress of an analog to digital television that brings high definition picture and sound, video format into IP packets and their distribution through the mains. Finally showing a structure of complete access network to provide the DVB-IP service through power lines, which includes all parameters and both logical and physical requirements that comprise the network. The validation of this network architecture is conducted through MATLAB software. KEY WORDS: Access Network, Service, DVB, IEEE 1901
xi
ÍNDICE GENERAL
Pág.
VEREDICTO ................................................................................................................... iii
DEDICATORIA ...............................................................................................................vi
AGRADECIMIE NTO.................................................................................................... viii
RESUMEN ......................................................................................................................ix
ABSTRACT ......................................................................................................................x
ÍNDICE GENERAL ........................................................................................................xi
ÍNDICE DE CUADROS ................................................................................................xv
ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................xvi
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 1
CAPÍTULO I. El PROBLEMA
1.- DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN OBJETO DE ESTUDIO .......................... 4
1.1.- FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.............................................................. 7
2.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN……………………………………….… 8
2.1.- OBJETIVO GENERAL ................................................................................... 8
2.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................... 8
3.- JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ......................................................... 8
4.- DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN......................................................... 10
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
1.- ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN..................................................... 12
2.- BASES TEÓRICAS ............................................................................................... 19
2.1.- RED ................................................................................................................. 19
2.1.1.- TIPOS DE RED ................................................................................. 20
2.1.1.1.- RED DE ÁREA LOCAL (LAN)......................................... 21
xii
2.1.1.2.- RED DE ÁREA METROPOLITANA (MAN) .................. 21
2.1.2.3.- RED DE ÁREA AMPLIA (WAN)...................................... 22
2.1.2.- CLASIFICACIÓN DE LA RED ........................................................ 22
2.1.2.1.- TERMINAL DE USUARIO ............................................... 23
2.1.2.2.- RED DE CONMUTACIÓN Y TRANSPORTE ............... 24
2.1.2.3.- RED DE ACCESO............................................................. 25
2.1.3.- TECNOLOGÍA DE ACCESO .......................................................... 26
2.1.3.1.- MEDIOS GUIADOS .......................................................... 26
(A) CABLE PAR TRENZADO .......................................... 27
(B) CABLE COAXIAL ........................................................ 28
(C) FIBRA ÓPTICA ........................................................... 29
2.1.3.2.- MEDIOS NO GUIADOS ................................................... 30
(A) MICROONDAS TERRESTRES ................................ 30
(B) REPETIDORES........................................................... 31
(C) ANTENAS .................................................................... 32
(D) COMUNICACIÓN VÍA SATÉLITE ............................ 33
(E) SISTEMA DE TELEFONÍA CELULAR .................... 34
2.1.4.- NIVELES DE UNA RED DE ACCESO .......................................... 35
2.1.5.- MODELO OSI .................................................................................... 36
2.2.- SERVICIO DE TELECOMUNICACIÓN..................................................... 39
2.2.1.- CLASIFICACIÓN DE LOS SERVICIOS ........................................ 40
2.2.1.1.- TELESERVICIOS .............................................................. 40
2.2.1.2.- SERVICIOS PORTADORES........................................... 40
2.2.1.3.- SERVICIOS SUPLEMENTARIOS O DE (VALOR AÑADIDO) ......................................................................... 41
2.2.1.4.- SERVICIOS ORIENTADOS Y NO ORIENTADOS A CONEXIÓN ....................................................................... 41
(A) SERVICIOS ORIENTADOS A CONEXIÓN ............ 42
(B) SERVICIOS NO ORIENTADOS A CONEXIÓN..... 42
2.2.2.- TELETRÁFICO.................................................................................. 42
xiii
2.2.2.1.- CLASE I (TIEMPO REAL)................................................ 43
2.2.2.2.- CLASE II (INTERACTIVO RACHEADO) ....................... 43
2.2.2.3.- CLASE III (PESADO DIFERIDO) ................................... 43
2.3.- DVB (DIGITAL VIDEO BROADCASTING) ............................................... 44
2.3.1.- ETAPAS DEL DVB ........................................................................... 46
2.3.1.1.- CODIFICACIÓN DE LA FUENTE................................... 47
2.3.1.2.- CODIFICACIÓN DEL CANAL ......................................... 48
2.3.1.3.- TRANSMISIÓN/RECEPCIÓN ......................................... 49
2.3.2.- CLASIFICACIÓN DEL DVB ............................................................ 51
2.3.2.1.- DVB-IP ................................................................................ 52
2.3.2.2.- DVB-H ................................................................................. 52
2.3.2.3.- DVB-S ................................................................................. 53
2.3.2.4.- DVB-C ................................................................................. 54
2.3.2.5.- DVB-T.................................................................................. 55
2.4.- ESTÁNDAR IEEE 1901 ............................................................................... 57
2.4.1.- PLC (POWER LINE COMMUNICATIONS) .................................. 59
2.4.1.1.- APLICACIONES DE PLC ................................................ 64
(A) PLC BASADO EN LAN ............................................... 65
(B) VOZ, VIDEO Y MULTIMEDIA .................................... 67
(C) ACCESO INTERNET .................................................. 70
2.4.2.- HOMEPLUG ...................................................................................... 72
2.4.2.1.- HOMEPLUG 1.0 ................................................................ 73
2.4.2.2.- HOMEPLUG AV (AUDIO/VIDEO) .................................. 75
2.4.2.3.- HOMEPLUG CON ACCESO A BPL .............................. 77
2.5.- BPL (BROADBAND POWERLINE)............................................................ 78
2.5.1.- CARACTERÍSTICAS DE LÍNEAS BPL ......................................... 78
2.5.2.- TOPOLOGÍA DE LÍNEAS BPL ....................................................... 79
2.5.2.1.- UBICACIÓN DE LA RED ................................................. 80
2.5.2.2.- DENSIDAD DE SUSCRIPTORES.................................. 80
xiv
2.5.2.3.- LONGITUD DE LA RED................................................... 81
2.5.2.4.- DISEÑO DE LA RED ........................................................ 81
2.5.3.- CANAL DE COMUNICACIONES ..................................................... 81
2.5.4.- COMPATIBILIDAD ELECTROMAGÉTICA (CEM) ........................ 85
2.5.5.- CARACTERIZACIÓN DE LAS PERTURBACIONES.................... 86
2.5.6.- ESTRUCTURA DE LAS REDES DE ACCESO BPL .................... 87
3.- SISTEMA DE VARIABLES................................................................................... 87
3.1.- DEFINICIÓN NOMINAL ............................................................................... 87
3.2.- DEFINICIÓN CONCEPTUAL ...................................................................... 88
3.3.- DEFINICIÓN OPERACIONAL .................................................................... 88
CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO
1.- TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN.............................................................. 90
2.- TÉCNICA E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ................. 94
3.- METODOLOGÍA SELECCIONADA .................................................................... 96
4.- CUADRO Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Y RECURSOS ................ 99
CAPITULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.- ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS DATOS Y RESULTADOS ....................103
1.1.- DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA .................................................104
CONCLUSIONES ...................................................................................................... 179
RECOMENDACIONES ............................................................................................. 183
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 185
xv
ÍNDICE DE CUADROS
Pág.
1.- CUADRO DE ACTIVIDADES Y RECURSOS................................................... 99
2.- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ................................................................ 100
3.- TENSIONES NORMALIZADAS EN BAJA TENSIÓN.................................... 109
4.- USO Y PROTOCOLOS DE ACCESO PARA LAS BANDAS DE FRECUENCIA, SEGÚN LA NORMA CENELEC EN50065-1 ....................... 111
5.- PRUEBAS AL EQUIPO DEVOLO DLAN 200 AVSMART+ .......................... 145
6.- CLASES Y RANGOS DEL DIRECCIONAMIENTO IP .................................. 168
7.- DIRECCIONAMIENTO IP DE LA RED ............................................................ 169
xvi
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
1.- ESTRUCTURA BÁSICA DE RED DE TELECOMUNICACIONES ................ 23
2.- CABLE PAR TRENZADO ................................................................................... 27
3.- CABLE COAXIAL................................................................................................... 27
4.- FIBRA ÓPTICA ...................................................................................................... 30
5.- BANDAS DE COMUNICACIÓN POR RADIO .................................................. 31
6.- MICROONDAS TERRESTRES........................................................................... 32
7.- ANTENA DE DISCO PARABÓLICO .................................................................. 33
8.- COMUNICACIÓN VÍA SATÉLITE ...................................................................... 33
9.- SISTEMA TELEFÓNICO CELULAR .................................................................. 35
10.- CAPAS DEL MODELO OSI ............................................................................... 37
11.- SERVICIO PORTADOR Y TELESERVICIO ................................................... 41
12.- SISTEMA DVB TÍPICO....................................................................................... 46
13.- TRAMA DE 188 BYTES DE FORMATO MPEG-2 ......................................... 47
14.- DIAGRAMA DE BLOQUE DE LA CODIFICACIÓN DE LA FUENTE ........ 48
15.- DIAGRAMA DE BLOQUE DE LA CODIFICACIÓN DEL CANAL ................ 49
16.- ETAPA PREVIA A LA TRANSMISIÓN ............................................................ 50
17.- RED LAN, QUE INCLUYE EL INTERCAMBIO DE ARCHIVOS, IMPRESORA E INTERNET CON BASE DE PLC........................................... 66
18.- RED WI-FI CON APLICACIÓN A PLC ............................................................ 67
19.- PLC PROPORCIONA ACCESO A INTERNET A SUSCRIPTORES EN BAJA TENSIÓN .................................................................................................... 71
20.- ARQUITECTURA DE LA ESPECIFICACIÓN HOMEPLUG AV ................. 77
21.- DESIGNACIÓN Y RANGOS DE FRECUENCIA PARA BANDAS DE TRANSMISIÓN, SEGÚN LA NORMA CENELEC EN50065-1 ................... 110
22.- PROCESO MODULACIÓN/DEMODULACIÓN ............................................ 113
23.- UNIDAD DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL ...................................... 114
xvii
24.- OFDM FRENTE MODULACIÓN MULTI-CARRIER CONVENCIONAL ... 116
25.- TRES ENLACES OFDM CON FILTROS ...................................................... 117
26.- PILA DE PROTOCOLOS ................................................................................ 118
27.- ANCHO DE BANDA PARA DOS FLUJOS HDTV SIMULTÁNEOS, DOS FLUJOS DE SD (STANDARD TELEVISIÓN)................................................ 121
28.- PROCESO DE ENCAPSULADO CON CORRECCIÓN DE ERRORES .. 123
29.- ENTRELAZADOR CONVOLUCIONAL.......................................................... 124
30.- PILA DE PROTOCOLOS ................................................................................. 124
31.- ADAPTADOR PLC DEVOLO DLAN 200 AVSMART+ ................................ 126
32.- ADAPTADOR TP-LINK TL-PA211KIT .......................................................... 132
33.- SET-TOP BOX TELERGY STRIKER HD: FULL HD IP .............................. 136
34.- SET-TOP BOX AMINO AMINET M140 ......................................................... 140
35.- VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA DE LOS DISPOSITIVOS PLC ANALIZADOS...................................................................................................... 144
36.- SWITCH TP-LINK TL-SG2216WEB............................................................... 149
37.- SERVIDOR IPTV COMBINE 4X ..................................................................... 154
38.- DISTRIBUCIÓN DE ADAPTADORES A TRAVÉS DEL HOGAR ............ 161
39.- DISTRIBUIDOR PLC Y NODO DE CONEXIÓN .......................................... 163
40.- RED CON EL SERVICIO DVB A TRAVÉS DE LA LÍNEA ELÉCTRICA .. 165
41.- DIAGRAMA DE ARQUITECTURA DE LA RED DE SERVICIO DVB-IP A TRAVÉS DE LA LÍNEA ELÉCTRICA .............................................................. 170
42.- DIAGRAMA DE BLOQUE PARA EL TRÁFICO DE LA RED ..................... 171
43.- DIAGRAMA DE BLOQUE PARA TRÁFICO INMEDIATO DE LA RED .... 172
44.- INTRODUCCIÓN DEL PARÁMETRO CANTIDAD DE USUARIOS ........ 173
45.- INTRODUCCIÓN DEL PARÁMETRO UTILIZACIÓN DE LA RED ........... 173
46.- DIAGRAMA DE BLOQUE PARA EL TRÁFICO DE LA RED ..................... 174
47.- COMPORTAMIENTO DEL TRÁFICO PARA UNA CASA .......................... 175
48.- COMPORTAMIENTO DEL TRÁFICO PARA UN NODO DE 10 SUSCRIPTORES ............................................................................................... 176
49.- COMPORTAMIENTO DEL TRÁFICO PARA LA CANTIDAD TOTAL DE USUARIOS DEL MUNICIPIO MARACAIBO.................................................. 177
INTRODUCCIÓN
La red de acceso se define como la parte de una red de comunicaciones
que une al proveedor de servicios con el usuario final (cliente). Dicha red
está constituida por elementos que proporcionan al usuario final la
disposición permanente de una conexión desde el punto de terminación de la
red.
Por medio de una red de acceso se pueden transmitir señales en forma de
luz o de corriente eléctrica en la cual ambas representan los datos que se
envían de un dispositivo a otro a través de un medio físico cualquiera o el
requerido según el tipo de red a utilizar. Como resultado, se tiene que una
red de acceso es la que establece la comunicación eficiente de los usuarios
con las centrales o proveedores de servicio a través de cualquier medio
físico.
Esta investigación tiene como finalidad el diseño de una red de acceso
para el servicio de DVB residencial basado en el estándar IEEE 1901 en el
municipio Maracaibo. Dado a los cambios tecnológicos que están ocurriendo
mundialmente, se ha decidido elaborar una propuesta de red que ofrezca
televisión digital trabajando sobre el estándar IEEE 1901 el cual permite la
utilización de la red eléctrica existente como medio para la transmisión de
dicho servicio, donde los usuarios finales ó clientes dispondrán de los
equipos compatibles tecnológicamente con el tipo de tecnología asociado al
estándar descrito.
2
Para lograr lo planteado anteriormente, la presente investigación estará
constituida en cuatro (4) capítulos, donde se explica de manera paulatina el
desarrollo de la misma. Comenzándose con el capítulo uno llamado “EL
PROBLEMA”. En dicho capítulo se da a conocer el problema ó descripción
de la situación actual, los objetivos generales y específicos, la justificación,
así como también su delimitación.
El capítulo dos, denominado “MARCO TEÓRICO”. En el cual se analizan
los antecedentes de la investigación, los aportes que brindan al estudio, así
como también, se describen todos los aspectos de carácter teórico - técnico y
la definición de la variable metodológica ya planteada, y su correspondiente
definición nominal, conceptual y operacional.
El capítulo tres, llamado “MARCO METODOLÓGICO”. En el cual se
plantea el tipo de investigación, la técnica de recolección de datos así como
también la metodología manejada y por la cual se rige la investigación y el
cuadro de actividades.
Finalmente se encuentra el capítulo cuatro, denominado “RESULTADOS
DE LA INVESTIGACIÓN”. En el cual se trabajó en el desarrollo de cada una
de las fases que se encue ntran en el cuadro de actividades, ya mencionado
en el capitulo anterior, el cumplimiento de cada una de las fases
metodológicas, de manera tal que permitan el proceso eficaz de la
investigación y que la misma logre cumplir con los objetivos planteados al
inicio. Posteriormente se presentan los resultados, conclusiones y
recomendaciones que pondrán punto final a la presente investigación.
