Núcleo de Red Examen

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1 Núcleo de Red Examen Instituto de Ingeniería Eléctrica 30 de Enero de 2013 Indicaciones: La prueba tiene una duración total de 3 horas. Cada hoja entregada debe indicar nombre, número de C.I., y número de hoja. La hoja 1 debe indicar además el total de hojas entregadas. Se deberá utilizar únicamente un lado de las hojas. Cada pregunta se deberá comenzar en una hoja nueva. Todas las preguntas tienen el mismo puntaje. Problema 1 La empresa Legacy & Modern es un reconocido operador de servicios públicos de telecomunicaciones y está diseñando un nuevo sistema de atención automatizada para sus clientes, para atender llamadas telefónicas de informes de guía, atención comercial y reclamos de averías. Hasta el momento, estos servicios eran brindados únicamente en forma personalizada. Sobre la base de las estadísticas pasadas, se han estimado los siguientes datos para la automatización de cada uno los servicios mencionados: Servicio Cantidad de llamadas totales por día Duración media del trámite Informes de guía seg Atención comercial seg Reclamos de Averías seg Se ha comprobado además que la distribución horaria de las llamadas es la misma para los tres servicios, y se corresponde con la siguiente gráfica: Distribución de llamadas por hora % de llamadas por hora Hora del día Para la automatización de los servicios se desea utilizar tecnologías de audio avanzadas, de manera que los usuarios puedan seleccionar las opciones hablando (Tecnología de Speech

2 Recognition o Reconocimiento de Voz ) y que el sistema pueda hablar cualquier información a partir de un texto (Tecnología de Text to Speech o Texto a Voz ). La arquitectura de la solución propuesta es la indicada en la figura y consiste de: - Tres Media Servers, cada uno dedicado a la atención de uno de los servicios - Un Speech Server, dedicado a las funciones de Speech Recognition y Text To Speech), compartido entre los tres media servers - Los Media Servers se comunican con enlaces TDM E1 hacia la red pública, y con enlaces de Voz sobre IP hacia el Speech Server Los canales del Speech Server se asignan dinámicamente, según lo requerido por cada Media Server, utilizando el protocolo estandarizado MRCP (Media Resource Control Protocol). Cada canal se ocupa únicamente durante el tiempo en que se necesita para activar el Speech Recognition o el Text To Speech. En cada uno de los servicios, se estima que será necesario activar la posibilidad de Speech Recognition durante el 25% del tiempo de conexión de la llamada, y el Text To Speech durante el otro 75% del tiempo (el cliente habla el 25% del tiempo, y el sistema le responde durante el 75% restante). PSTN Enlaces E1 Media Server 1 (Servicio Informes de Guía ) Media Server 2 (Servicio Atención Comercial ) Enlaces VoIP Speech Server 1 (Servicios compartidos de Speech Recognition y Text To Speech ) Media Server 3 (Servicio Reclamos de Averias ) (a). Calcular la cantidad de enlaces E1 entre cada Media Server y la PSTN, asumiendo una probabilidad de bloqueo del 0.1% (b). Calcular la cantidad de canales del Speech Server, asumiendo una probabilidad de bloqueo del 0.1% (c). Si los Media Servers y el Speech Server se encuentran en la misma red de área local LAN, calcular el ancho de banda necesario en cada sentido en ésta red para el tráfico entre los Media Servers y el Speech Server, asumiendo que se utiliza el códec G.711. Problema 2 Recientemente fue publicado el artículo titulado Speech over VoIP Networks: Advanced Signal Processing and System Implementation (IEEE Circuits and Systems Magazine, Second Quarter 2012). En éste artículo se presentan los diversos tipos de degradaciones que puede sufrir la calidad del audio y de las conversaciones cuando son transmitidas sobre redes de paquetes, y se proponen técnicas para minimizar sus efectos.

3 (a). Describir los diversos factores que afectan la calidad del audio y de las conversaciones cuando son transmitidas sobre redes de paquetes. Explicar detalladamente cómo se ve afectada la calidad en cada caso. (b). Los usuarios de un sistema de VoIP se han quejado de la calidad de audio. En medidas de la red, se ha visto que: El factor R = 65 Se utiliza G.711 El pérdida de paquetes es cercana al 0.2% La demora media en un sentido es cercana a 400 ms Los dispositivos de VoIP utilizados soportan PLC ( packet loss concealment ) Qué indica el factor R en este caso? Es consistente con las quejas de los usuarios? Qué recomendaría como primera medida para analizar la situación y mejorar la calidad percibida por los usuarios? Problema 3 (a). Indique de qué forma se puede monitorear el tráfico vocal cursado por enlaces de telecomunicaciones, y en qué condiciones dicho monitoreo permite determinar el tráfico promedio y la probabilidad de pérdida de un enlace vocal. (b). Por qué es válido aplicar la Fórmula de Erlang B para el dimensionamiento de líneas en redes telefónicas? (c). Comente que fenómenos de ingeniería de tráfico permite estudiar el modelo de Wilkinson. (d). Explique por medio de expresiones matemáticas por qué en un Call Center cuanto más tráfico se ofrece más eficiente es. Problema 4 A usted lo contratan como Ingeniero consultor de un nuevo operador de servicios de telecomunicaciones que se quiere insertar en el mercado. El objetivo de su consultoría es el diseño de una red de telecomunicaciones para brindar servicios residenciales de telefonía y acceso a Internet. La información que dispone del proyecto es la siguiente: La zona a cubrir tiene un área de 30 x 30 Km y la densidad es de 500 hogares por km2. Los servicios a brindar tienen los siguientes requerimientos: - El servicio de telefonía requiere un MOS de 4 o superior. - Se estima que el tráfico por hogar en la hora más cargada será de 70 merl. - El grado de servicio para el diseño del servicio telefónico es de 1%. - El servicio de acceso a Internet requerirá un servicio de datos, sin garantías de ancho de banda, con velocidades de 2 Mbps de bajada y 256 Kbps se subida.

4 - Se estima que la sobreventa de ancho de banda de los servicios de acceso a Internet es de 4 a 1. - Se venderán ambos servicios en un único pack de servicios, de telefonía y acceso a Internet. - Los servicios (telefonía y acceso a Internet) pueden usarse simultáneamente. Además de esta información usted contrata informes de distintos consultores del mercado que aseguran que la porción de mercado que obtendrá el nuevo operador será de un 20% del mercado residencial. (a). Teniendo en cuenta los datos que dispone, como consultor le piden que eleve una propuesta para desplegar una red de telecomunicaciones para proveer estos servicios. Realice un esquema y explique las tecnologías y equipos que recomendaría para el Núcleo de la Red de Telecomunicaciones para proveer estos servicios. Indique capacidades necesarias de los equipos propuestos y justifique su propuesta evaluando pros y contras de la misma. (b). Qué opciones podría tener para la red de acceso de esta red de telecomunicaciones? Explique los pros y contras de cada opción y sugiera la que le parece más conveniente. Realice un esquema de los elementos y topología de la opción propuesta. (c). Una de las empresas que opera actualmente el mercado le ofrece el alquiler del bucle de abonado para los hogares de la zona. Esta empresa le ofrece un alquiler por el uso de su planta externa de cobre con el ancho de banda que usted especifique para cada hogar. Comparando el alquiler propuesto con el mantenimiento del acceso de una red móvil Qué precio le serviría a usted negociar con este operador por el alquiler del bucle de cada hogar, si sabe que el costo mensual de una radio base con tecnología full IP de capacidad de 200 Mbps en DL y 50 Mbps en UL es de USD mensual? Justifique su razonamiento. Nota1: Para el tramo entre 10 y 30 Erlangs, con 1% de bloqueo, se puede estimar que la cantidad de canales sigue a la fórmula N = 0.72 A 2.1. Donde A es el tráfico ofrecido total. Nota2: Suponga que el overhead en la interfaz del aire es de 20% del tráfico IP. Nota 3: Se pide sólo calcular el costo mensual de ambas opciones. Considerar que en los USD por radiobase está considerada la cuota aparte del mantenimiento de los restantes elementos de la red. (d). Qué otro dato fundamental le está faltando comparar en la opción anterior para tomar una decisión?

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9 Soluciones Problema 1 (a). La hora pico es entre las 11 y las 12, y en esa hora se recibe el 12% del total de llamadas Servicio Informes de guía Atención comercial Reclamos de Averías Cantidad de llamadas totales por día Cantidad de llamadas totales en la hora pico Duración media del trámite (en segundos) Tráfico en la hora pico (erlang) Cantidad de líneas necesarias, con P.01 (Erlang B) Cantidad de E1 hacia PSTN (b). Los servicios del Speech Server son compartidos. Cada llamada tendrá necesidad de un canal de SR por el 25% del tiempo, y un canal de TTS por el otro 75%, por lo que requiere un canal ocupado durante cada llamada. Como es compartido, se suman los tres tráficos. El tráfico total hacia el Speech Server es = 57 E. Para una probabilidad de bloqueo de 0.1%, se requieren 80 canales. (c). Un primer cálculo se puede hacer partiendo del ancho de banda de G.711 en la LAN. Con ventanas de 20 ms, son 90.4 kb/s en la LAN, por lo que el ancho de banda total es 90.4 x 80 = 7.2 Mb/s Un análisis más detallado indica que: o Para los servicios de SR, el audio viaja desde los Media Servers hacia el Speech Server. El Speech Server lo interpreta y devuelve un texto de muy bajo ancho de banda hacia el Media Server o Para los servicios de TTS, el audio viaja desde el Speech Servers hacia los Media Server. El Media Server envía un texto (de muy bajo ancho de banda) hacia Speech Server, y éste devuelve hacia el Media Server el audio sintetizado. Teniendo en cuenta este escenario, de los 80 canales, 20 estarán siendo usados como SR y 60 como TTS. Tráfico LAN desde los Media Servers hacia el Speech Server: 90.4 x 20 = 1.8 Mb/s Tráfico LAN desde el Speech Server hacia los Media Servers: 90.4 x 60 = 5.4 Mb/s Problema 2 (a). Leer el paper mencionado. Leer el material de Voz Video y Telefonía sobre IP disponible en la página del curso. (b). El factor R indica que existen MUCHOS usuarios insatisfechos. Es consistente con que existan quejas. La pérdida de paquetes es aceptable, y además, el códec tiene

10 técnicas de PLC. El parámetro que se debe analizar primero es la demora de 400 ms. Esta demora es excesiva para aplicaciones de VoIP (ver siguiente gráfica): User Satisfaction Very satisfactory Satisfactory R One-way Delay (ms) Some users dissatisfied Many users dissatisfied Exceptional limiting case TELR = 65 db Problema 4 (a). La idea es explicar servicios de voz y datos tradicionales con una red NGN (recomendar la estructura NGN). Hacer esquema y mencionar capacidades. (b). En este punto se pretende comparar 2 tecnologías de acceso una alámbrica (xdsl o GPON) con otra inalámbrica (3G, WiMAX, 4G). Ver pros y contras y recomendar la inalámbrica por la menor inversión, crecimiento asociado a la demanda y rápido despliegue. Hacer esquema de la red. (c). SERVICIO TELEFONICO (por radiobase) Tráfico telefónico por celda: Trof = 500 x 0.2 x 0.07 x π x r2 = 22 r2 Erl. (r en Km) Cantidad de canales necesarios, con GoS 1% : N = 0.72 Trof 2.1 = 15.8 r2 2.1 Suponiendo G711 (80Kbps a nivel IP y el 20% de overhead) tenemos que para el servicio telefónico por celda: BW UL= BW UL= (15.8 r2 2.1)x80x1.2/1024 = (1.48 r2 0.2) Mbps SERVICIO DE DATOS (por radiobase) BW DL= 500 x 0.2 x 2048/4 x π /1024 x r2 = r2 Mbps BW UL= 500 x 0.2 x 256/4 x π /1024 x r2 = r2 Mbps BW por RADIOBASE BWDL = BWvozDL + BWdatosDL = r Mbps 200 Mbps BWUL = BWvozUL + BWintUL = r Mbps 50 Mbps BWDL: r 1.12 km BWUL: r 1.54 km

11 Cantidad de nodos necesarios: Max area de cada celda es π x r2 = π x (1.12 km)2= 3.97 km2. Nro total de radiobases necesarias es 900 km2/3.97 km2= 227 radiobases. El costo por mantenimiento de la red de acceso es 227 x 8000 = USD. Si esto lo dividimos entre la cantidad de hogares nos daría un costo por hogar de: / (500 x 900 x 0.2) = USD. Por lo cual debería de negociar con un valor más bajo que este. Por ejemplo 20 USD. (d). Falta considerar el pago por el uso del espectro radioeléctrico que es un costo importantísimo a la hora de operar los sistemas inalámbricos con espectro licenciado.

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