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Trabajo de telefonia
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TELEFONIA
TRABAJO COLABORATIVO 3. ACTIVIDAD INDIVIDUAL
PRESENTADO POR:
DANIEL URRESTE B.
TUTOR: RAUL CAMACHO
GRUPO DE TRABAJO COLABORATIVO 20
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA
CALI, COLOMBIA.
ABRIL 2015.
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Introducción.
El trabajo colaborativo 3 del curso académico telefonía, está conformado por un escrito personal,
construido en base a las lecturas sobre redes Multiprotocol label Switching (MPLS), redes
General Multiprotocol label Switching (GMPLS) y redes de telefonía móvil 3-G, 3.5-G, LTE y
LTE-A. De las lecturas o temas de investigación planteados, se proponen en la primera fase del
presente documento, definiciones sobre servicios de telecomunicaciones, Calidad de servicio
(QoS) y clase de servicio (CoS). La segunda fase de este documento está compuesta por las
definiciones formales de redes MPLS y GMPLS. En la tercera fase de este documento, se
profundiza en las redes de telefonía móvil, mencionadas anteriormente, haciendo énfasis
particular en las centrales de conmutación para tecnologías 3-G, 3.5-G y 4G.
Por último se presentan las diferencias más relevantes entre las redes LTE y LTE avanzado,
partiendo de la definición formal de cada una de estas tecnologías de redes.
Este documento es el insumo para la segunda etapa del trabajo colaborativo 3 del curso
académico, la cual se basa en el debate significativo y pertinente de los escritos personales de los
integrantes del grupo de trabajo, de este debate sale la propuesta de solución colaborativa que
será presentada por el grupo de trabajo como respuesta a los planteamientos de la guía de
actividades del trabajo colaborativo 3 del curso académico Telefonía.
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Objetivos.
Definir los conceptos de calidad de servicios (QoS) y clase de servicios (CoS), mostrando
los aspectos más relevantes de cada definición.
Definir los conceptos de Redes MPLS y GMPLS, identificando las similitudes y
diferencias más importantes entre las redes, sus aplicaciones y tecnologías utilizadas.
Identificar el tipo de conmutación y centrales de conmutación más utilizadas en
tecnologías de telefonía móvil, especialmente en tecnologías 3-G, 3.5-G, 4-G.
Definir los conceptos más relevantes sobre las tecnologías LTE Y LTE-A, identificando
sus diferencias más importantes.
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Servicios de telecomunicaciones.
Existen muchas maneras de clasificar los servicios de telecomunicaciones. A continuación
se presentan una serie de criterios a través de los cuales definir los servicios de
telecomunicaciones:
a) Tipo de red. En este documento se hará referencia principalmente a aquellos
servicios ofrecidos al público en general, que utilizan como infraestructura redes
públicas de telecomunicaciones, basadas fundamentalmente en transmisiones de
radio o en señales guiadas por medio de conductores eléctricos u ópticos.
b) Cobertura. La extensión del área geográfica que cubre una red es de particular
interés en la comparación, ya que los servicios no pueden ser ofrecidos fuera de
dicha área geográfica. La cobertura puede ser caracterizada como local, regional o
nacional.
c) c) Interconexión. A pesar de que la cobertura de una red puede ser local o regional,
si está interconectada con otras redes de mayor cobertura se amplía de manera
automática el área geográfica cubierta por la red. También es importante y
consecuencia de este atributo el hecho de poder tener acceso a servicios prestados
por otras redes interconectadas a la red a la que el usuario tiene acceso.
d) Direccionalidad. En una comunicación un usuario puede tener un papel pasivo o
uno activo. Se ha incluido este rubro en el análisis, caracterizándolo por medio de U
= unidireccional (receptor pasivo) o B = bidireccional (el receptor tiene un papel
activo y también puede transmitir).
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e) Punto-multipunto. El criterio acerca de los destinos posibles para un servicio se
relaciona con varios de los aspectos anteriores, pero es de gran importancia por sí
mismo. Se han considerado dos opciones: P-P (punto a punto), en la cual existe un
solo transmisor y un solo receptor, y P-MP (punto a multipunto), donde hay un solo
transmisor pero una cantidad distinta de uno (posiblemente ilimitada) de
receptores. f) Tipo de información. Se ha mencionado frecuentemente que la
información que se transmite puede ser digital (D) o analógica (A), lo cual define
algunos aspectos del alcance de un servicio; éste es otro criterio que se considera
digno de mención. Cabe recordar que si se trata de información tipo digital se estaría
en posibilidad de tener los beneficios de las comunicaciones digitales, tales como la
criptografía digital, la corrección de errores, la compresión del ancho de banda y el
procesamiento por medio de microprocesadores de alta velocidad.
g) Privacidad. Normalmente cuando se hace uso de un servicio de
telecomunicaciones se desea tener la certeza de que sólo aquellos usuarios a quienes
está destinada la información la reciben, y de que ningún intruso puede tener acceso
al servicio sin tener autorización para ello; la privacidad que se proporciona a los
usuarios en cada servicio es distinta, por lo cual se considera que también es un
factor que debe ser considerado (1 = baja, 2 = media, 3 = alta).
Servicios de Telecomunicaciones Básicos:
Las telecomunicaciones básicas incluyen todos los servicios de telecomunicaciones, tanto
públicos como privados, que suponen la transmisión de extremo a extremo de la información
facilitada por los clientes.
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La prestación de los servicios de telecomunicaciones básicas se realiza mediante el suministro
transfronterizo y mediante el establecimiento de empresas extranjeras o de una presencia
comercial, incluida la posibilidad de ser propietario y explotar la infraestructura independiente de
redes de telecomunicaciones.
Ejemplos:
- Servicios locales
- Servicios de larga distancia
- Servicios internacionales
- Por cable (incluidos, por ejemplo, todos los tipos de cable y normalmente los tramos
radioeléctricos de una infraestructura fija)
- Por transmisión radioeléctrica (todas las formas de comunicación inalámbrica, incluidos
los satélites)
- Basados en la reventa (no basados en la utilización de instalaciones)
- Basados en la utilización de instalaciones
- Para uso público (es decir, servicios que deben ponerse a disposición del público en
general)
- Para uso no público (por ejemplo, servicios vendidos a grupos de usuarios exclusivos.
Servicios de telecomunicaciones de valor agregado.
Los servicios de telecomunicaciones con valor añadido son servicios respecto de los cuales los
proveedores añaden valor a la información de los clientes, mejorando su forma o contenido o
mediante su almacenamiento y recuperación.
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Ejemplos:
- procesamiento de datos en línea
- almacenamiento y recuperación de datos en línea
- intercambio electrónico de datos
- correo electrónico
- correo vocal
Calidad de servicio (QoS).
La Calidad de Servicio se refiere a la capacidad de proporcionar el nivel de servicio adecuado a
cada tipo de tráfico. La QoS se evalúa mediante el retardo y la disponibilidad de ancho de banda.
La Calidad de Servicio tiene variedad de significados uno de los cuales hace referencia tanto a la
clase de servicio CoS como al tipo de servicio conocido como ToS y el objetivo en este caso es
conseguir el ancho de banda y la latencia (Suma de retardos temporales dentro de una red)
necesario para una determina aplicación.
La Calidad de Servicio en redes integradas hoy en día es efectivo, capaz de clasificar, asignar a
colas de espera y enviar paquetes de voz IP con el fin garantizar niveles altos de entrega de
paquetes, para lograr calidad de servicio aceptable en una red de voz y datos, el objetivo es abatir
o eliminar ruido, el eco o el retraso en la comunicación. Existen dos métodos básicos para
brindar QoS, el primero de ellos es denominado método con reserva, en el cual se reservan
recursos explícitamente. En este caso la red clasifica el flujo de paquetes entrantes y manipula
esta identificación para proveer un servicio diferenciado. El segundo método para obtener
calidad de servicio se denomina método sin reserva, en el cual no existen recursos reservados
explícitamente. El tráfico se clasifica en un tipo de clase y la red provee servicio a las distintas
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clases basándose en su prioridad. Es necesario que la red diferencie el tráfico, controlando la
cantidad de tráfico de una determinada clase permitida, para mantener la calidad de servicio que
se le brinda a otros paquetes de la misma clase.
La calidad de servicio o QoS se define mediante un conjunto de parámetros que describen un
flujo de paquetes o datagramas generado por una sesión. Ello puede abarcar servicios punto a
punto, multipunto, de multidifusión y de radiodifusión. Los parámetros más importantes en
cuanto a la QoS de las redes con conmutación de paquetes son:
La latencia
La fluctuación, variación de la latencia
La tasa de pérdida de paquetes o las llegadas demasiado tardías para ser útiles
Los errores de etiquetado/direccionamiento
En conjunto, estas estadísticas describen la calidad de servicio de un determinado flujo de
datagramas. Es importante que dichas estadísticas sobre la QoS se mantengan, desde el lugar de
origen hasta el destino final, dentro de los límites necesarios para proporcionar un servicio VoIP
de suficiente calidad.
Clase de Servicio (CoS)
La Clase de Servicio es el esquema de prioridad 802.1p (Define el método de etiquetar paquetes
a fin de que los conmutadores de nivel 2 en la capa OSI puedan darles prioridad), esta
proporciona un método de asignación de etiquetas a los paquetes con información sobre la
prioridad.
El valor de la clase de servicio está dado entre 0 y 7, este valor es agregado al encabezado de la
capa de los paquetes, donde el 0 es la prioridad más baja y el 7 la prioridad más alta. Los
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servicios de la clase de servicio se pueden asignar a las colas una vez que se haya asignado un
paquete a una cola específica. Las colas de salida se configuran con un esquema de planificación
utilizando uno de los siguientes métodos:
Prioridad estricta: Esta prioridad permite priorizar el tráfico sensible al tiempo, en este caso es
importante para la empresa, en cuanto a relación con aplicaciones sensibles al tiempo como por
ejemplo: el tráfico que se da en la aplicación de VoIP, el tráfico se reenvía antes que el tráfico
FTP (File Transfer Protocol. Protocolo de Transferencia de Archivos) o el correo electrónico
(SMTP que es un protocolo de Internet capa).
Turno rotativo ponderado: Reenvía colas enteras en un orden de turno rotativo. Mediante la
longitud de una cola se definen las prioridades de la misma, si la cola es de longitud mayor
entonces más alta será la prioridad de reenvío de la cola. Por ejemplo si cuatro colas 1, 2, 3, 4,
los paquetes que tengan la prioridad más alta se asignarán a la cola 4, caso contrario si el paquete
tiene baja prioridad se asignará a la cola 1.
Al proporcionar la prioridad de reenvío más alta a las colas de longitud 4, el turno rotativo
ponderado procesa el tráfico de prioridad más alta y garantiza que el tráfico de prioridad más
baja se reenvíe satisfactoriamente.
Las colas asignadas a la política de prioridad estricta se asignan automáticamente a la cola de
prioridad más alta, de forma predeterminada todos los valores se asignan como política estricta.
Cuando se cambia a la modalidad a turno rotativo ponderado, el valor predeterminado de la
ponderación es 1. Los valores de ponderación de cola pueden asignarse en cualquier orden
mediante el turno rotativo ponderado. Los valores de turno rotativo ponderado pueden asignarse
a nivel de todo el sistema. El tráfico del mejor esfuerzo se asigna siempre a la primera cola. Los
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valores de turno rotativo ponderado deben asignarse de forma que la cola 1 siga perteneciendo al
mejor esfuerzo.
Los Servicios Universales de Telecomunicaciones Móviles (UMTS), es miembro de la familia
del sistema de comunicaciones móviles de tercera generación de UIT (Unión Internacional de
Telecomunicaciones), y lo que se explica más adelante sobre UMTS y los servicios UMTS es
igualmente válido para otros miembros de la familia IMT-2000 (norma de telefonía móvil para
3G). UMTS tendrá un papel protagónico en la creación del futuro mercado masivo para las
comunicaciones multimedia inalámbricas de alta calidad que alcanzarán a 2000 millones de
usuarios en todo el mundo en el año 2010. UMTS es la plataforma de prestaciones móviles
preferida para los servicios y aplicaciones con gran contenido del mañana.
En los últimos diez años, UMTS ha sido objeto de intensos esfuerzos de investigación y
desarrollo en todo el mundo, y cuenta con el apoyo de numerosos e importantes fabricantes y
operadores de telecomunicaciones ya que representa una oportunidad única a la Sociedad de
crear un mercado masivo para el acceso de la Información de servicios móviles altamente
personalizados y de uso fácil. UMTS busca extender las actuales tecnologías móviles,
inalámbricas y satelitales proporcionando mayor capacidad, posibilidades de transmisión de
datos y una gama de servicios mucho más extensa, usando un innovador programa de acceso
radioeléctrico y una red principal mejorada.
1- Facilidad de uso y costos bajos.
Los clientes quieren ante todo servicios útiles, terminales simples y una buena relación calidad-
precio. UMTS proporcionará:
• Servicios de usos fáciles y adaptables para abordar las necesidades y preferencias de los
usuarios
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• Terminales y otros equipos de interacción con el cliente para un fácil acceso a los servicios.
• Bajos costos de los servicios para asegurar un mercado masivo.
• Tarifas competitivas.
• Una amplia gama de terminales con precios accesibles para el mercado masivo, soportando
simultáneamente las avanzadas capacidades de UMTS.
2- Nuevos y mejores servicios.
Los servicios de voz mantendrán una posición dominante durante varios años.
Los usuarios exigirán a UMTS servicios de voz de alta calidad, junto con servicios de datos e
información avanzada. Las proyecciones muestran una base de abonados de servicios multimedia
en fuerte crecimiento hacia el año 2010, lo que posibilita también servicios multimedia de alta
calidad en áreas carentes de estas posibilidades en la red fija.
3- Acceso rápido.
UMTS aventaja a los sistemas móviles de segunda generación (2G) por su potencial para
soportar velocidades de transmisión de datos de hasta 2Mbit/s desde el principio. Esta capacidad
sumada al soporte inherente del Protocolo de Internet (IP), se combina poderosamente para
prestar servicios multimedia interactivos y nuevas aplicaciones de banda ancha, tales como
servicios de video telefonía y video conferencia.
4- Transmisión de paquetes de datos y velocidad de transferencia de datos.
La mayoría de los sistemas celulares utilizan tecnología de conmutación de circuitos para la
transferencia de datos. GPRS (Servicios de Radio transmisión de
Paquetes de Datos Generales), una extensión de GSM (Sistema Global para
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Comunicaciones Móviles), ofrece una capacidad de conmutación de paquetes de datos de
velocidades bajas y medias. UMTS integra la transmisión de datos en paquetes y por circuitos de
conmutación de alta velocidad a los beneficios de:
• Conectividad virtual a la red en todo momento
• Formas de facturación alternativas (por ejemplo, pago por byte, por sesión, tarifa plana, ancho
de banda asimétrico de enlace ascendente / descendente) según lo requieran los variados
servicios de transmisión de datos que están haciendo su aparición UMTS también ha sido
diseñado para ofrecer velocidad de transmisión de datos a pedido, lo que combinado con la
transmisión de paquetes de datos, hará que el funcionamiento del sistema resulte mucho más
económico.
Redes MPLS.
MPLS es un estándar IP (Protocolo de internet) de conmutación de paquetes, que trata de
proporcionar algunas de las características de las redes orientadas a conexión a las redes no
orientadas a conexión. En el encaminamiento IP sin conexión tradicional, la dirección de destino
junto a otros parámetros de la cabecera, es examinada cada vez que el paquete atraviesa un
router. La ruta del paquete se adapta en función del estado de las tablas de encaminamiento de
cada nodo, pero, como la ruta no puede predecirse, es difícil reservar recursos que garanticen la
QoS; además, las búsquedas en tablas de encaminamiento hacen que cada nodo pierda cierto
tiempo, que se incrementa en función de la longitud de la tabla.
Sin embargo, MPLS permite a cada nodo, ya sea un switch o un router, asignar una etiqueta a
cada uno de los elementos de la tabla y comunicarla a sus nodos vecinos. Esta etiqueta es un
valor corto y de tamaño fijo transportado en la cabecera del paquete para identificar un FEC, el
cual que es un conjunto de paquetes que son reenviados sobre el mismo camino a través de la
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red, incluso si sus destinos finales son diferentes. La etiqueta es un identificador de conexión que
sólo tiene significado local y que establece una correspondencia entre el tráfico y un FEC
específico. Dicha etiqueta se asigna al paquete basándose en su dirección de destino, los
parámetros de tipo de servicio, la pertenencia a una VPN, o siguiendo otro criterio. Cuando
MPLS está implementado como una solución IP pura o de nivel 3, que es la más habitual, la
etiqueta es un segmento de información añadido al comienzo del paquete. Los campos de la
cabecera MPLS de 4 bytes, son los siguientes:
Label (20 bits). Es el valor actual, con sentido únicamente local, de la etiqueta MPLS. Esta
etiqueta es la que determinará el próximo salto del paquete.
CoS (3 bits). Este campo afecta a los algoritmos de descarte de paquetes y de
mantenimiento de colas en los nodos intermedios, es decir, indica la QoS del paquete.
Mediante este campo es posible diferenciar distintos tipos de tráficos y mejorar el
rendimiento de un tipo de tráfico respecto a otros.
Stack (1 bit). Mediante este bit se soporta una pila de etiquetas jerárquicas, es decir, indica
si existen más etiquetas MPLS. Las cabeceras MPLS se comportan como si estuvieran
apiladas una sobre otra, de modo que el nodo MPLS tratará siempre la que esté más alto en
la pila. La posibilidad de encapsular una cabecera MPLS en otras, tiene sentido, por
ejemplo, cuando se tiene una red MPLS que tiene que atravesar otra red MPLS
perteneciente a un ISP u organismo administrativo externo distinto; de modo que al
terminar de atravesar esa red, se continúe trabajando con MPLS como si no existiera dicha
red externa.
En MPLS un concepto muy importante es el de LSP (Label Switch Path), que es un camino de
tráfico específico a través de la red MPLS, el cual se crea utilizando los LDPs (Label
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Distribution Protocols), tales como RSVP-TE (ReSerVation Protocol – Traffic Engineering) o
CR-LDP (Constraint-based Routing – Label Distribution Protocol); siendo el primero el más
común. El LDP posibilita a los nodos MPLS descubrirse y establecer comunicación entre sí con
el propósito de informarse del valor y significado de las etiquetas que serán utilizadas en sus
enlaces contiguos. Es decir, mediante el LDP se establecerá un camino a través de la red MPLS y
se reservarán los recursos físicos necesarios para satisfacer los requerimientos del servicio
previamente definidos para el camino de datos.
Una red MPLS está compuesta por dos tipos principales de nodos, los LER (Label Edge
Routers) y los LSR (Label Switching Routers). Los dos son físicamente el mismo dispositivo, un
router o switch de red troncal que incorpora el software MPLS; siendo su administrador, el que
lo configura para uno u otro modo de trabajo. Los nodos MPLS al igual que los routers IP
normales, intercambian información sobre la topología de la red mediante los protocolos de
encaminamiento estándar, tales como OSPF (Open Shortest Path First), RIP (Routing
Information Protocol ) y BGP (Border Gateway Protocol), a partir de los cuales construyen
tablas de encaminamiento basándose principalmente en la alcanzabilidad a las redes IP
destinatarias. Teniendo en cuenta dichas tablas de encaminamiento, que indican la dirección IP
del siguiente nodo al que le será enviado el paquete para que pueda alcanzar su destino final, se
establecerán las etiquetas MPLS y, por lo tanto, los LSP que seguirán los paquetes. No obstante,
también pueden establecerse LSP que no se correspondan con el camino mínimo calculado por el
protocolo de encaminamiento.
Los LERs están ubicados en el borde de la red MPLS para desempeñar las funciones
tradicionales de encaminamiento y proporcionar conectividad a sus usuarios, generalmente
routers IP convencionales. El LER analiza y clasifica el paquete IP entrante considerando hasta
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el nivel 3, es decir, considerando la dirección IP de destino y la QoS demandada; añadiendo la
etiqueta MPLS que identifica en qué LSP está el paquete. Es decir, el LER en vez de decidir el
siguiente salto, como haría un "router" IP normal, decide el camino entero a lo largo de la red
que el paquete debe seguir. Una vez asignada la cabecera MPLS, el LER enviará el paquete a un
LSR. Los LSR están ubicados en el núcleo de la red MPLS para efectuar encaminamiento de alto
rendimiento basado en la conmutación por etiqueta, considerando únicamente hasta el nivel 2.
Cuando le llega un paquete a una interfaz del LSR, éste lee el valor de la etiqueta de entrada de
la cabecera MPLS, busca en la tabla de conmutación la etiqueta e interfaz de salida, y reenvía el
paquete por el camino predefinido escribiendo la nueva cabecera MPLS. Si un LSR detecta que
debe enviar un paquete a un LER, extrae la cabecera MPLS; como el último LER no conmuta el
paquete, se reducen así cabeceras innecesarias. En la figura 1 se muestra un ejemplo de red
MPLS.
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Figura 1. Red MPLS. Fuente: Millán, Ramón (2005). Tecnologías de Telecomunicaciones
(P.49).
Redes GMPLS.
GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching) o Conmutación de etiquetas
multiprotocolo generalizado, es una mejora realizada a la arquitectura MPLS por medio de una
separación completa de los planos de control y los datos de capas de red diferentes. GMPLS
también está estandarizada por el Grupo de Trabajo de Ingeriría de Internet (IETF), y tiene como
característica principal, que a diferencia de MPLS no conmuta solo paquetes, sino que además
realiza conmutación en el tiempo y en longitud de onda. La tecnología GMPLS está basada en la
ingeniería del tráfico, extendida a la tecnología MPLS (MPLS - TE). La mayor característica
adicionada en GMPLS es un protocolo de señalización nuevo, el LMP o enlace de
administración de protocolo. Con este protocolo se logra establecer, liberar y administrar
conexiones entre dos nodos GMPLS adyacentes. Aparte de este, hay otros protocolos que son
usados en la arquitectura GMPLS como lo son RSVP-TE (Resource Reservation Protocol),
OSPF-TE (Open Shortest Path First), entre otros. Mientras que la tecnología utilizada por el
plano de control GMPLS sigue siendo basado en el protocolo IP, el plano de datos o plano de
tráfico, ahora puede diversificar para incluir más variedades de tráfico como TDM, Lambda,
paquetes, fibra, etc. GMPLS extiende las funcionalidades que ofrece MPLS mediante el
establecimiento de rutas de acceso y provisión de caminos TDM, donde las franjas horarias son
las etiquetas. Caminos FDM, donde la frecuencia electromagnética es la etiqueta es decir las
ondas de luz y Caminos Multiplexados por división de espacio, donde la etiqueta indica la
posición física de los datos. En GMPLS la representación de la etiqueta tradicional de un número
de 4 bytes, que es el tamaño fijo de las etiquetas MPLS, cambia a un grupo de bytes en donde la
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longitud es variable, que informan de un valor de longitud onda o un número de fibra dentro del
conjunto de fibras del cable.
Tecnología 3-G.
La tecnología de tercera generación o más conocida como 3G es un servicio de
comunicaciones inalámbricas que permite estar conectado de forma permanente a Internet a
través de dispositivos moviles, el ordenador de bolsillo y el ordenador portátil. La tecnología 3G
propone una mejor calidad y fiabilidad, una mayor velocidad de transmisión de datos y un
ancho de banda superior. La tecnología 3-G es hasta siete veces más rápida que las conexiones
estándar, es capaz de transmitir datos con velocidades de hasta 384 kilobytes por segundo.
La International Telecommunication Union (ITU) definió las demandas de redes 3G con
el estándar IMT2000. Este estándar se desarrolló mediante un sistema móvil llamado UMTS
(Universal Mobile Telephone System), este a su ves está desarrollado a partir de WCDMA,
que es una tecnología móvil inalámbrica que aumenta las tasas de transmisión de datos de
los sistemas GSM definido como un Sistema global utilizado en las telecomunicaciones
modernas, mediante la interfaz aérea CDMA (Code Division Multiple Acces), el cual es un
método de multiplexado o control de acceso al medio a través de espectro
expandido en lugar de TDMA (Time Division Multiple Access), el cual utiliza un medio
compartido para el establecimiento de telecomunicaciones, permitiendo que varios usuarios
compartan la misma frecuencia de canal, haciendo uso de haciendo uso de secuenciamiento para
establecer la comunicacion, es por ello que 3G ofrece velocidades mucho más altas de datos en
aparatos inalámbricos portátiles. Las redes 3G ofrecen mayor grado de seguridad en
comparación con sus tecnologías anteriores, como por ejemplo su predecesoras 2G.
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Al permitir autentificar la red a la que se está conectando, el usuario puede
asegurarse de que la red es la intencionada y no una imitación.
Tecnología 3.5-G.
La tecnología HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), también denominada 3.5G, 3G+ o
turbo 3G, es la optimización de la tecnología espectral UMTS/WCDMA (Acceso múltiple por
división de código de banda ancha), conocida simplemente como 3-G. La tecnología 3.5-G
consiste en un nuevo canal compartido en el enlace descendente que mejora significativamente la
capacidad máxima de transferencia de información pudiéndose alcanzar tasas de hasta 14
Megabytes por segundo.
Es la evolución de la tercera generación 3G de tecnología móvil, llamada 3.5G, y se considera el
paso previo antes de la cuarta generación 4G.
La telefonía móvil 3.5G es una variante del sistema 3G, el que revolucionó la manera en que los
teléfonos móviles podían ser usados, alcanzando una gran funcionalidad en sus herramientas así
como también en el envío y recepción de datos, primero, entre varios teléfonos celulares, y
después desde redes de datos, Internet, terminales electrónicas, etc.
El sistema 3.5G, también llamado por sus siglas en inglés HSDPA, ofrece tanto a las centrales
como usuarios facilidades tales como una mayor velocidad de transmisión que se manifiesta en
1,8 Mbps, que es más o menos 3 o 4 veces más rápida que el antiguo formato 3G, el cual
continúa siendo muy utilizado, sobre todo por cuestiones de costos, a mayor velocidad de
transmisión, también las imágenes y los sonidos pueden ser descargados y disfrutados con una
mayor calidad, claro, si los equipos se adaptan al sistema, por lo que también nuevos teléfonos
móviles han empezado a ser diseñados con este objetivo.
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Además de esta velocidad de transmisión, el formato 3.5G permite la visualización de
producciones audiovisuales en tiempo real, lo que se puede apreciar con mayor claridad, por
ejemplo en la transmisión de programas televisivos para móviles. La tecnología 3.5-G o HSDPA
Alcanza sus elevadas tasas de velocidad gracias al agregado de modulación de mayor orden,
codificación variable de errores y redundancia incremental, así como la introducción de nuevas y
potentes técnicas tales como programación rápida. Además, HSDPA emplea un eficiente
mecanismo de programación para determinar qué usuario obtendrá recursos.
Tecnología 4-G.
Cuando la 3G comenzó a comercializarse recientemente, antes incluso de que la 3G fuera
lanzada ya había comenzado a gestarse el concepto de 4G.
De este modo, siguiendo el paradigma de evolución tecnológica por generaciones móviles, se
esperaba que la 4G siguiera a la 3G, apareciendo los primeros sistemas comerciales entre 2010 y
2015, como una red de radio de banda ancha de gran velocidad. Esta visión, conocida como
evolución lineal de la 4G, no cuenta con el consenso de todos los agentes de la industria del
móvil y ha sido objeto de numerosas críticas en diferentes foros organizados por la ITU o el
WWRF entre otros.
La visión lineal contempla el desarrollo de redes 4G que ofrecen velocidades de acceso
superiores a los 100 Mbps, y que se comercializarían una vez que los sistemas 3G hubieran
alcanzado todo su potencial tecnológico y de negocio. Además, las redes 4G permiten la
interoperabilidad e interconexión completa con otros dispositivos móviles. En cuanto a su
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topología, el diseño seguiría el patrón de una red celular al igual que las generaciones
precedentes.
Esta visión no es compartida por todo el mundo, existiendo la opinión de que la evolución de las
comunicaciones móviles se encuentra en un momento de ruptura del ciclo lineal al que hemos
asistido en la última década. De este modo la 4G se concibe como una evolución convergente,
basada en la combinación de múltiples redes y tecnologías móviles y de acceso inalámbrico, que
complementan a los sistemas 3G. Estas tecnologías complementarias tienen su máximo
exponente en los sistemas de acceso fijo inalámbrico que ofrecen movilidad limitada como lo
son WiFi, WiMAX y sus sucesivas evoluciones.
Centrales de conmutación Móvil.
La mayoría de los sistemas celulares utilizan tecnología de conmutación de circuitos para la
transferencia de datos. GPRS (Servicios de Radio transmisión de Paquetes de Datos Generales),
una extensión de GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles), ofrece una capacidad de
conmutación de paquetes de datos de velocidades bajas y medias, integrando la transmisión de
datos en paquetes y por circuitos de conmutación de alta velocidad a los beneficios de:
• Conectividad virtual a la red en todo momento
• Formas de facturación alternativas por ejemplo, pago por byte, por sesión, tarifa plana, ancho
de banda asimétrico de enlace ascendente o descendente según lo requieran los variados
servicios de transmisión de datos, también ha sido diseñado para ofrecer velocidad de
transmisión de datos a pedido, lo que combinado con la transmisión de paquetes de datos, hace
que el funcionamiento del sistema resulta mucho más económico.
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La central de conmutación móvil o MSC (Mobile Switching Central) se encarga de iniciar,
terminar y canalizar las llamadas a través del controlador de estaciones bases o BSC y la
estación base o BS correspondientes al abonado llamado. Es similar a una centralita telefónica de
red fija, aunque como los usuarios pueden moverse dentro de la red, la cual realiza más
actualizaciones en su base de datos interna. Cada MSC está conectado a los controladores de
estaciones bases de su área de influencia, pero también a su VLR o registro de visita de locación,
y debe tener acceso a los HLR o registro de locación domestica de los distintos operadores e
interconexión con las redes de telefonía de otros operadores. El dominio de núcleo de red está
compuesto de un conjunto de entidades físicas, las cuales permiten al usuario tener acceso a los
servicios de telecomunicaciones ofrecidos por la red UMTS. A través del Núcleo de Red, el
usuario se conecta con otras redes de telecomunicación, de forma que resulte posible la
comunicación no solo entre usuarios móviles UMTS, sino también con los que se encuentran
conectados a otras redes. Además, es la encargada de guardar información de los usuarios
propios de la red y de usuarios visitantes. A este nivel, el núcleo de red es el encargado de la
conmutación de circuitos para soporte de tráfico de voz y de la conmutación de paquetes para
soporte de tráfico de datos.
El dominio del núcleo de red o Core Network puede subdividirse en 3 dominios, en primer
lugar el dominio de red de servicios o Serving Network, a través del cual, La red de servicios
conecta a la red de acceso y al núcleo de red. Maneja parte de las funciones del núcleo de red que
son locales al punto de acceso de usuario y aquellas funciones que cambian en un usuario en
movimiento. En segundo lugar se encuentra el Dominio de red de tránsito o Transit Network, el
cual es la parte del núcleo de red ubicada en el camino de comunicación entre la Red de acceso y
la parte remota. En último lugar se encuentra el dominio Home Network.
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Figura 2. Red de telefonía movil. Fuente: Millán, Ramón (2005). Tecnologías de
Telecomunicaciones (P.87).
En la figura 2 se muestra la configuración típica de una red de telefonía móvil, cuyos elementos
se describen a continuación:
MSC (Mobile Switching Center - Central de Conmutación Móvil): Realiza todas las
funciones de señalización y conmutación necesarias para el soporte de conmutación de circuitos
desde y hacia los terminales móviles. Además, incorpora funciones para registro de posición.
GMSC – Compuerta de la Central de Conmutación Móvil (GMSC, Gateway MSC): En el
caso de llamadas entrantes a una red pública, la llamada es encaminada hacia una central de
conmutación móvil, si la red fija no es capaz de soportar a un registro de localización local. Esta
central de conmutación móvil interroga el registro de localización local apropiado y entonces
encamina la llamada a la central de conmutación móvil donde esté la llamada.
Función de Interfuncionamiento (Interworking Function): La Función de
Interfuncionamiento es una entidad funcional asociada con la central de conmutación móvil, y
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proporciona la funcionalidad necesaria para permitir el Interfuncionamiento entre una red
pública movil y las redes fijas.
VLR (Visitor Location Register – Registro de Localización de Visitante): Contiene una base
de datos con la cual es posible el control de itinerancia o recorrido de las estaciones móviles a
un área controlada por una central de conmutación móvil. Cuando una estación móvil ingresa a
un área asociada a una central de conmutación móvil, este obtiene información acerca de dicha
estación móvil del VLR. Cuando una estación móvil ingresa a una nueva área controlada por otra
central de conmutación móvil, empieza un proceso de registro en el cual la central de
conmutación móvil asociado a esa nueva área, donde ingresó la estación móvil, notifica este
registro y transfiere al VLR la identidad de la central de conmutación móvil donde se encuentra
dicha estación. Si dicha estación todavía no se encuentra registrada o si el suscriptor de dicha
estación móvil activa un nuevo servicio, tanto el VLR como el registro de localización,
intercambiarán información para su registro y actualización de datos. Un VLR puede estar a
cargo de una o varias central de conmutación móvil.
SGSN (Server GPRS Support Node – Nodo de Soporte de Servidor GPRS): Este nodo es el
encargado de mantener actualizada la posición de las estaciones móviles dentro de su área, así
como de la seguridad y control de acceso. Toda esta información es usada por SGSN al
momento de establecer una comunicación con conmutación de paquetes de datos.
GGSN (Gateway GPRS Support Node – Nodo de Soporte de Compuerta GPRS): Este nodo
posibilita la conexión entre estación móvil con redes externas con conmutación de paquetes,
además, este nodo, realiza el control del túnel de datos, el manejo de las direcciones IP, la
recolección y salida de los ficheros de tarifación, el control de la seguridad, encaminamiento de
paquetes y la gestión de la calidad de servicio.
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Servidor AAA (Authentification Authoritation Accounting): Realiza las funciones de
autenticación, seguridad y tarifación para las comunicaciones en modo paquete.
HLR (Home Location Register – Registro de Localización Base): Es una base de datos que
aloja los datos específicos de usuario, encargada de gestionar los abonados móviles de tal forma
que la red pueda enrutar apropiadamente las llamadas.
PLMN (Red Pública Móvil Terrestre):
Está conformada por uno o varios registros de localización, Los que almacenan información de
suscripción y datos de la ubicación de usuario.
AuC (Centro de Autenticación): Es responsable de la autenticación, integridad y cifrado de los
datos de cada usuario, además contiene las llaves de autenticación y de encriptación para de
este modo proteger la información transmitida y proteger de intercepciones no autorizadas.
EIR (Registro de Identidad de Equipo): Es una base de datos encargada del almacenamiento
del IMEI o identificación internacional de equipo movil y de las características de la estación
móvil.
Billing Gateway: Recoge la información generada por distintos nodos y la encamina a los
sistemas de gestión de administrador del operador.
Por su parte la conmutación para tecnologías 4-G Se puede identificar tres elementos principales
que constituyen la arquitectura de un sistema de comunicaciones celular
- Equipo de usuario: Dispositivo que permite al usuario acceder a los servicios que nos ofrece la
red. El dispositivo del usuario tendrá una tarjeta inteligente, que comúnmente denominamos
tarjeta SIM (Subscribe Identity Module), que contendrá la información necesaria para poder
conectarse a la red y poder disfrutar de los servicios que nos ofrece nuestro proveedor de
servicio. Se conectará a la red a través de la interfaz radio.
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- Red de acceso: es la parte del sistema que realiza la comunicación, transmisión radio, con los
equipos de usuario para proporcionar la conectividad con la red troncal. Es la responsable de
gestionar los recursos radio que estén disponibles para ofrecer los servicios portadores de una
manera eficiente. La red de acceso está formada por estaciones base y dependiendo de la
generación, por equipos controladores de estaciones base.
- Red troncal: parte del sistema que se encarga del control de acceso a la red celular, por ejemplo
la autenticación de los usuarios, gestión de la movilidad de los usuarios, gestión de la
interconexión con otras redes, control y señalización asociada al servicio de telefonía, etc. Los
equipos que. La idea es la misma que en las otras generaciones, dividir el sistema en los tres
elementos mencionados anteriormente. Un equipo de usuario, una nueva red de acceso que se
denomina E-UTRAN y una red troncal que se denomina EPC. Todos los componentes que
engloban este sistema están diseñados para soportar todo tipo de servicios de telecomunicación
mediante mecanismos de conmutación de paquetes, por lo que no es necesario disponer de un
dispositivo que trabaje en modo circuito, ya que en el sistema LTE los servicios con restricciones
de tiempo real se soportan también mediante conmutación de paquetes. En la Figura 3 se muestra
un la distribución de la arquitectura.
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Figura 3. Red de telefonía movil LTE o de cuarta generación. Fuente: Millán, Ramón
(2005). Tecnologías de Telecomunicaciones (P.87).
La red física que se utiliza en LTE para interconectar todos los equipos de la red, que se
denomina red de transporte, es una red IP convencional. En la infraestructura de red LTE aparte
de los equipos que realizan las funciones específicas del estándar, también habrá elementos de la
red propios de redes IP como routers, servidores DHCP, servidores de DNS, switches, etc. La
red LTE es una red pura de conmutación de paquetes.
Tecnología LTE.
La tecnología LTE (Long Term Evolution), es una evolución de la tecnología de telefonía movil
3-G, esta evolucion introduce una gran variedad de novedades con los anteriores estándares, pero
la mayor novedad es que por primera vez, todos los servicios, incluida la voz, sean soportados
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por el protocolo IP. Las velocidades que se pueden llegar a conseguir en la interfaz radio con
LTE también aumentan respecto a la última generación, llegando a un rango de 100 Megabytes
por segundo y 1 Gigabyte por segundo. Este tipo de tecnologías propone nuevos paradigmas en
cuanto a las redes que utiliza para su funcionamiento, además de dispositivos complementarios:
Equipo de usuario: Dispositivo que permite al usuario acceder a los servicios que nos ofrece la
red. El dispositivo del usuario tendrá una tarjeta inteligente, que comúnmente denominamos
tarjeta SIM (Subscribe Identity Module), que contendrá la información necesaria para poder
conectarse a la red y poder disfrutar de los servicios que nos ofrece nuestro proveedor de
servicio. Se conectará a la red a través de la interfaz radio.
- Red de acceso: es la parte del sistema que realiza la comunicación, transmisión radio, con los
equipos de usuario para proporcionar la conectividad con la red troncal. Es la responsable de
gestionar los recursos radio que estén disponibles para ofrecer los servicios portadores de una
manera eficiente. La red de acceso está formada por estaciones base y dependiendo de la
generación, por equipos controladores de estaciones base.
- Red troncal: parte del sistema que se encarga del control de acceso a la red celular, por ejemplo
la autenticación de los usuarios, gestión de la movilidad de los usuarios, gestión de la
interconexión con otras redes, control y señalización asociada al servicio de telefonía, etc. Los
equipos que conforman esta red albergan funciones de conmutación de circuitos, bases de datos,
etc.
En las especificaciones se denomina a la arquitectura del sistema LTE como Evolved Packet
System (EPS). La idea es la misma que en las otras generaciones, dividir el sistema en los tres
elementos mencionados anteriormente. Un equipo de usuario, una nueva red de acceso que
denominaremos E-UTRAN y una red troncal que se conoce como EPC. Todos los componentes
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que engloban este sistema están diseñados para soportar todo tipo de servicios de
telecomunicación mediante mecanismos de conmutación de paquetes, por lo que no es necesario
disponer de un dispositivo que trabaje en modo circuito, ya que en el sistema LTE los servicios
con restricciones de tiempo real se soportan también mediante conmutación de paquetes.
En E-UTRAN la única entidad de red de en dicha red es la estación base, que en esta generación
se denomina evolved NodeB (eNB). Esta estación base integra todas las funcionalidades de la
red de acceso. Esto representa un cambio respecto a las anteriores generaciones, GSM y UMTS,
ya que en éstas, la red de acceso contenía además de las estaciones base (BTS y NodoB), un
equipo controlador.
Figura 3. Comparativa de Red de enlace para tecnologías 3-G y LTE. Fuente: Millán,
Ramón (2005). Tecnologías de Telecomunicaciones (P.105).
Entidades de red LTE.
MME: Es el elemento principal del plano de control de la red LTE para gestionar el acceso de los
usuarios a través de E-UTRAN. Todo terminal que se encuentre registrado en la red LTE y sea
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accesible a través de E-UTRAN, tiene una entidad MME asignada. Esta elección de MME se
realiza dependiendo de varios aspectos tales como la ubicación geográfica del terminal en la red,
así como a criterios de balanceo de cargas. Las principales funciones de esta entidad son:
- Autenticación y autorización del acceso de los usuarios, siempre a través de EUTRAN.
- Gestión de los servicios portadores EPS (EPS Bearer Service), esta entidad es la
encargada de gestionar la señalización que se necesita para establecer, mantener,
modificar y liberar los servicios portadores.
- Gestión de movilidad de los usuarios en modo idle (terminales que no tienen establecida
ninguna conexión de control con E-UTRAN pero están registrados en la red LTE).
- Señalización para el soporte de movilidad entre EPS y otras redes externas.
S-GW: es la pasarela del plano de usuario entre E-UTRAN y la red troncal EPC. Igual que en la
entidad MME, todo usuario registrado en la red LTE tiene asignado una entidad
S-GW en la red EPC a través de la cual transcurre su plano de usuario. Las características
principales son:
- Proporciona un punto de anclaje en la red EPC con respecto a la movilidad del terminal
entre evolved NodeB.
- La funcionalidad de anclaje también se aplica a la gestión de la movilidad con las otras
redes de acceso del 3GPP (UMTS y GSM).
- Almacenamiento temporal de los paquetes IP de los usuarios en caso de que los
terminales se encuentren en modo idle.
- Encaminamiento del tráfico de usuario. Esta entidad albergará la información y funciones
de encaminamiento necesarias para dirigir el tráfico de subida hacia la pasarela P-GW
que corresponda y el tráfico de bajada hacia el eNB.
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El PDN Gateway (P-GW): Es la encargada de proporcionar conectividad entre la red LTE y las
redes externas. Por lo tanto, un paquete IP generado en la red LTE resulta invisible en la red
externa, a través de la entidad P-GW, que hace de pasarela entre una red y otra. Un usuario tiene
asignada como mínimo una pasarela P-GW desde su registro en la red LTE. Principales
características de esta entidad de red:
- Aplicación de reglas de uso de la red y control de tarificación a los servicios portadores
que tenga establecidos el terminal.
- La asignación de la dirección IP de un terminal utilizada en una determinada red externa
se realiza desde la pasarela P-GW que corresponda.
- Actúa de punto de anclaje para la gestión de movilidad entre LTE y redes externas no
3GPP (WiMAX, WiFi, CDMA2000, etc.)
El tráfico IP que transcurre por la pasarela P-GW es procesado a través de un conjunto de filtros
que asocian cada paquete IP con el usuario y servicio portador EPS que corresponda.
HSS: es la base de datos principal que almacena los datos de todos los usuarios de la red. La
información almacenada es tanto lo relativo a la subscripción del usuario como lo necesario para
la operatividad de la red. Esta base de datos es consultada y modificada desde las diferentes
entidades de red encargadas de prestar los servicios de conectividad o servicios finales (desde el
MME de red troncal EPC y también desde servidores de control del subsistema IMS, que
explicaremos más adelante). La información almacenada en la HSS que podemos encontrar:
identificadores universales del usuario, identificadores de servicio, información de seguridad y
cifrado, información relacionada con la ubicación de un usuario en la red, etc. HSS se
estandarizó en 3GPP R5 en base a la integración de dos entidades definidas en redes GSM y que
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se denominan HLR y AuC, a las que se les han añadido funcionalidades adicionales necesarias
para soportar el acceso y la operativa del sistema LTE.
Redes LTE-A.
LTE – Advanced es una evolución de LTE. La implicación de esto es que LTE – Advanced tiene
que cumplir una serie de requisitos básicos de compatibilidad con versiones anteriores. LTE –
Advanced debe proporcionar compatibilidad con versiones anteriores en términos de espectro y
convivencia, lo que implica que debe ser posible desplegar LTE – Advanced en el espectro ya
ocupado por LTE, sin impacto sobre las actuales terminales LTE. LTE (Long Term Evolution)
desde un punto de vista es la evolución de la tecnología de tercera generación (3GPP UMTS) que
usamos hoy en día, desde otro punto de vista ya es un nuevo concepto de arquitectura evolutiva .
Independientemente de los dos puntos de vista se puede afirmar que LTE es el principio de
despegue del internet móvil para prestar servicios como transmisión de datos a más de 300
metros y videos de alta definición.
La primera publicación de LTE era 3.9G, la que no cumplía por completo los requisitos de 4G.
Era un paso hacia LTE Avanzado. LTE es la interfaz radioeléctrica basada en OFDMA (División
de frecuencia octogonal de múltiple acceso) para el enlace descendente que alcanza los 326,5
Megabit por segundo para 4x4 antenas, 172,8 Megabit por segundo 2x2 antenas, y para el enlace
ascendente que alcanza 86,5 Megabit por segundo. La modulación elegida por el estándar 3GPP
hace que las diferentes tecnologías de antenas tengan una mayor facilidad de implementación,
esto quiere decir que LTE –A puede implementarse fácilmente en la tecnología 3GPP ya
existente y sustituirla, lo que favorecerá según el medio de hasta cuadruplicar la eficacia de
transmisión de datos.
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La especificación LTE abastece 100 Megabit por segundo de bajada y 50 Megabit por segundo
de subida. Soporta la frecuencias de 1.4 MHz a 20 MHz, proporciona un alto rendimiento para
velocidades de 0 a 15 km/h y la conexión es mantenida en velocidades de 300 a 500 km/h. A
diferencia de 2G y 3G que están basadas en técnicas de Conmutación de Circuito para la voz,
LTE propone la técnica de Conmutación por Paquetes IP (PS). Los objetivos de LTE-A son: el
aumento de la eficiencia, la reducción de los costes, la ampliación y mejora de los servicios ya
prestados y una mayor integración con los protocolos ya existentes.
Conclusiones.
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El desarrollo del trabajo colaborativo 3 del curso académico telefonía permite al
estudiante reconocer que son y cuáles son los servicios de telecomunicaciones modernos,
y como se define dentro de estos servicios la calidad y clase de servicio.
El desarrollo del trabajo colaborativo 3 del curso académico telefonía, permite al
estudiante entender los conceptos básicos sobre redes MPLS y GMPLS, definiendo el
papel que juega cada una de estas dentro de la evolución de las telecomunicaciones.
Se identificaron de igual forma las evoluciones de redes de telefonía movil y la forma de
conmutación para tecnologías 3-g y 4-g, analizando cómo se realiza la conmutación para
prestaciones de datos y voz.
El desarrollo de la actividad individual del tercer trabajo colaborativo del curso, permite
al estudiante identificar las diferencias más sobresalientes entre las tecnologías de
telecomunicaciones LTE y LTE-A, tanto en sus cuestiones estructurales de
funcionamiento, como en los servicios ofrecidos al usuario.
Bibliografía.
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Millán, R (2005). Tecnología de Telecomunicaciones. México DF: Creaciones Copyright
S.L.
Instituto Tecnologico de Buenos Aires. (2009). Fundamentos de Telecomunicaciones.
Buenos Aires: UIT.
Núñez, J. (2013). Diseño de una red de nueva generación LTE-A para una zona urbana en Bogotá bajo el estándar 3gpp y la recomendación ITU-R M.1457 Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia.
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