La recomendación H.323 de la Unión

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1 Estándar de sistemas de comunicaciones multimedia sobre redes basadas en paquetes TELECOMUNICACIONES. Este artículo describe el estándar para comunicaciones de audio, vídeo y datos, que trata de comunicaciones multimedia entre terminales de usuarios, mediante redes de protocolo internet (IP). Se centra básicamente en la descripción de los bloques que lo componen, destacando especialmente sus funcionalidades. MARCOS FAÚNDEZ ZANUY faundez@eupmt.es ESCUELA UNIVERSITARIA POLITÉCNICA DE MATARÓ Tabla 1: Elementos que integran un sistema Elemento Aplicación Terminal Proporcionan comunicaciones en tiempo real de audio y opcionalmente vídeo y/o datos Gateway Punto final de la red que proporciona comunicaciones bidireccionales en tiempo real entre terminales sobre red basada en paquetes y otros terminales ITU en la red de conmutación de circuitos (p.e. H.310, H320, H321, H322, H324, H.324M y V.70) o con otro gateway Gatekeeper Sistema en la red proporciona la traducción de direcciones y controla los accesos a la red de los terminales, gateways y MCU. Puede gestionar el ancho de banda Controlador multipunto (MC) Sistema en la red que proporciona el control para 3 o más terminales involucrados en una conferencia multipunto. Negocia las capacidades entre los diferentes terminales pero no puede mezclar o conmutar audio, vídeo o datos. Procesador Multipunto (MP) Sistema en la red que centraliza el procesador de audio, vídeo y/o datos en conferencias multipunto. Realiza las mezclas y conmutaciones bajo el control del MC Unidad de control multipunto (MCU) Punto final en la red que proporciona la capacidad para 3 o más gateways para participar en una conferencia multipunto. Contiene un MC y opcionalmente un MP La recomendación de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) se ocupa de la transmisión de servicios de comunicación multimedia sobre redes basadas en paquetes, que pueden no proporcionar una calidad de servicio (QOS) garantizada. Esta recomendación es el resultado del trabajo del grupo de estudio número 16 de la ITU-T, el cual se ocupa de las cuestiones relacionadas con la telefonía basada en paquetes y las comunicaciones multimedia. La segunda versión de la recomendación fue aprobada en enero de 1998 y además de introducir nuevas funcionalidades, solventa algunas deficiencias de la primera versión del año 96. Este artículo describe la segunda versión de la recomendación. Tradicionalmente, los comerciantes de equipos de telecomunicaciones exigían altas fiabilidades y compatibilidades entre equipos. En cambio, la industria de los ordenadores ha comercializado productos poco probados y se han tolerado niveles relativamente bajos de fiabilidad y compatibilidad entre equipos, aceptando estándares de facto por imposiciones del mercado. Hasta la adopción masiva por parte de la industria del estándar H.320 sobre la red digital de servicios integrados (RDSI), los fabricantes de ordenadores y periféricos tuvieron poco que ver con las recomendaciones publicadas por la ITU. Sin embargo, en la recomendación se ha producido una gran colaboración entre los fabricantes de ordenadores y de equipos de telecomunicación. De esta forma, la adopción del estándar asegura un alto grado de funcionalidad e interoperabilidad de estos equipos. Por otra parte, el hecho de que la recomendación permita que sus productos aseguren sus servicios sobre redes de calidad de servicio no garantizada, ha sido otro de los factores clave para asegurar su éxito. Entre las compañías vinculadas al mundo de los ordenadores que proporcionan su soporte a la recomendación cabe destacar Intel, Microsoft y Netscape. Ello permitirá un mayor grado de conocimiento del estándar por parte del mercado. Esta situación de conocimiento unida a la capacidad de comunicarse entre equipos de diferentes fabricantes conectados a diferentes tipos de redes, es el factor clave del éxito de la recomendación. Los elementos que integran un sistema se resumen en la tabla 1. De ellos, los tres últimos se utilizan en conferencias multipunto. Dado que su coste es elevado y frecuentemente se suelen alquilar los equipos, no se describirán en detalle en este artículo. Una conferencia multipunto se establece entre tres o más terminales conectados a la red, los cuales siempre tienen que ser controlados por una única unidad de control multipunto o MCU (multipoint control unit). En contrapartida las conferencias que se establecen entre dos únicos terminales se denominan conferencias punto a punto. Por otra parte, gateways (o pasa-

2 relas) y gatekeepers son necesarios en aplicaciones específicas, por lo cual el presente resumen se centrará en los terminales. El tipo de red basada en paquetes sobre la que es posible establecer una comunicación mediante puede incluir redes de área local, redes de área metropolitana, intrarredes e interredes (p.e. Internet). no describe el interface de red, la red física ni el protocolo usado en la red, pero puede funcionar con multitud de ellos. La tabla 2 resume los tipos de redes más frecuentes que pueden usarse. CARACTERÍSTICAS DE LOS TERMINALES Dado que muchas de las prestaciones de los terminales son opcionales, es interesante conocer qué bloques integran un terminal. Por ello, a la hora de adquirir un equipo que soporte la normativa habrá que valorar qué funcionalidades son necesarias para decidir si el equipo que se ajusta a las necesidades del usuario debe incorporarlas o no. La figura 1 muestra un ejemplo de terminal. Los elementos principales que lo componen son: Unidad de control del sistema. Proporciona la señalización para que el terminal funcione de forma adecuada. Realiza el control de llamadas, el intercambio funciones entre los equipos implicados en la comunicación, la señalización de los canales lógicos de comandos e indicaciones, y emplea mensajes para abrir y describir completamente el contenido de los canales lógicos. Capa H Da formato a los datos, audio, vídeo y flujos de control para enviarlos al interface de red, y restaura los datos, audio, vídeo y flujos de control recibidos del interface de red. Además realiza el entramado lógico, la numeración de secuencias, y la detección y corrección de errores de forma apropiada a cada tipo de medio. Los canales de vídeo, audio, datos o informaciones de control se establecen de acuerdo con la recomendación H.245 (protocolo de control para comunicaciones multimedia), y son unidireccionales e independientes en cada dirección de transmisión. Algunos canales lógicos, por ejemplo para datos, pueden ser bidireccionales. Se puede transmitir cualquier número de canales de cada tipo de medio, pero para cada llamada existe un único canal de control H.245. Además de los canales lógicos, los puntos finales usan dos canales de señalización para el control de llamadas y las funciones relacionadas con el gatekeeper. El formato de los datos enviados por los canales debe cumplir la recomendación H (media stream packetization and synchronization for visual telephone systems on non-guaranteed quality of service LANs). Los canales lógicos reciben un número de canal lógico en el margen 0 a que es seleccionado de forma arbitraria por el transmisor, excepto el canal 0 que se asigna de forma permanente al canal de control H.245. El límite superior de la tasa de bits del canal lógico se establece a partir de las limitaciones de los terminales implicados en la comunicación, de forma que será el menor de ellos. Interface de la red basada en paquetes. Es de implementación específica y está fuera del ámbito de la recomendación. Sin embargo, debe proporcionar los servicios descritos en la recomendación H.225.0, lo cual incluye lo siguiente: *Servicio seguro (por ejemplo TCP o protocolo de control del transporte, SPX o intercambio de protocolo secuencial) entre extremos de la comunicación para el control de Red Ethernet Fast Ethernet FDDI Token ring ATM Figura 1. Terminal Tabla 2. Algunos tipos de redes que pueden usarse con Características IEEE 802.3; LAN que trabaja con el método de control de acceso al medio (bus) acceso múltiple por detección de portadora, con detección de colisiones (Carrier sense, multiple access with collision detection) IEEE802.3u; LAN de alta velocidad (100Mb/s) compatible con las redes CSMA/CD de 10Mb/s (Ethernet) ISO 9314 Interfaz de datos distribuida por fibra distribuida por fibra (fiber distributed data interface): red de anillo basada en fibra óptica que puede servir como LAN o MAN de alta velocidad. Ofrece una transferencia de 100Mb/s IEEE Lan de tipo anillo. Existen anillos lentos (4Mb/s) y rápidos (16 Mb/s) Modo de transferencia asíncrono, usado en redes LAN,MAN y WAN

3 Tabla 3. Estándares de codificación de audio. Estándar Año Velocidad Características G Kb/s PCM en el margen de frecuencias de voz G Kb/s Codificación de audio (por subbandas) con ancho de banda 7kHz G y 6.3 Kb/s CELP algebraico y multipulso. G Kb/s LD-CELP (CELP de bajo retardo) G Kb/s CS-ACELP (CELP algebraico de estructura conjugada) canal H.245, los canales de datos y el canal de señalización de llamadas. *Servicio inseguro (por ejemplo UDP o protocolo de datagrama de usuario, IPX o intercambio de protocolo intered) entre extremos de la comunicación para los canales de audio, de vídeo y de RAS (Registro, admisión y estatus). Unidad de codificación de audio. Se encarga de codificar la señal de audio presente en la entrada (por ejemplo proveniente de un micrófono) de forma que sea posible una transmisión más eficiente, y decodifica la señal de audio que recibe del otro terminal con el que ha establecido la comunicación. La salida de audio puede conectarse por ejemplo a un altavoz. Los estándares de codificación de audio que puede incorporar se muestran resumidos en la tabla 3. Todos los terminales deben ser capaces de codificar y decodificar voz de acuerdo con la recomendación G.711 según la ley A (estándar europeo) y la ley u (estándar americano). El resto de estándares mostrados en la tabla 3, así como la codificación de audio de MPEG 1 son opcionales. El algoritmo de codificación se fija en el intercambio de funciones entre equipos emisor y receptor mediante la recomendación H.245. Al igual que en la transmisión de vídeo, la comunicación puede ser asimétrica (por ejemplo enviar audio codificado con G.711 y recibir en G.729, siempre y cuando ambos equipos lo soporten). El formato de la señal de audio viene estipulado por la recomendación H.225.0, y es posible enviar y/o recibir más de un canal de audio simultáneamente, lo cual es interesante, por ejemplo, para realizar transmisiones simultáneamente en dos idiomas distintos. Cuando se trabaja a bajas velocidades de transferencia (<56 kb/s) no es posible usar la Tabla 4: Estándares de codificación de vídeo Estándar Año Características H Estándar de codificación de vídeo a px64kbits/s sobre RDSI. Soporta formatos de imagen QCIF (176x144 pixels) y opcionalmente CIF (352x288 pixels) H Estándar de codificación de vídeo. Soporta formatos de imagen SQCIF (128x96 pixels), QCIF y opcionalmente: CIF, 4CIF (704X576), 16CIF (1408X1152 pixels) codificación de audio G.711. En dicho caso, debe usarse la recomendación G o la G.729. Unidad de codificación de vídeo. Es un elemento opcional, que en caso de incorporarlo permite realizar la codificación del equipo de vídeo de entrada (por ejemplo la cámara de un sistema de videoconferencia) y decodifica la señal de vídeo presente a la entrada, proporcionando una salida hacia el visualizador de vídeo (por ejemplo un monitor de televisión). Los estándares de codificación que puede permitir son los resumidos en la tabla 4. Si el terminal proporciona comunicaciones de vídeo, debe soportar como mínimo el modo H.261 QCIF, siendo los otros modos opcionales. La negociación con el terminal receptor mediante H.245 permite transmitir otros estándares de canal de vídeo. La transferencia de vídeo, el formato de imagen y las opciones del algoritmo de codificación que puede aceptar el receptor se definen durante el intercambio de funciones mediante H.245, de forma que el codificador tiene libertad para transmitir en cualquier condición que sea interpretable por el receptor. Además, el receptor puede enviar peticiones (mediante H.245) para un determinado modo. Sin embargo, el receptor puede ignorar estas peticiones. Además, dos terminales pueden establecer comunicaciones con transferencias asimétricas, diferentes resoluciones y número de imágenes por segundo. Un ejemplo sería un terminal enviando imágenes CIF y recibiendo QCIF, pudiendo ser además con una codificación de vídeo diferente, así como la transmisión y recepción simultánea de un número de imágenes por segundo distinto. El modo de trabajo seleccionado se señaliza al receptor en el mensaje OpenLogicalChannel de H.245, mientras que el formato del flujo de bits de vídeo queda definido por la recomendación H Retardo del camino de recepción. Este bloque se encarga de mantener la sincronización y tener en cuenta el retardo que experimentan los paquetes en su transmisión por la red. Otro aspecto importante es mantener la sincronización entre las imágenes y el sonido, de forma que si en la imagen aparece una persona hablando, el movimiento de los labios corresponda con los sonidos reproducidos por el altavoz. Aplicaciones de datos de usuario. Es un elemento opcional que soporta aplicaciones tele-

4 máticas como la transferencia de imágenes estáticas, intercambio de ficheros, acceso a bases de datos, etc. Puede existir uno o más canales de datos, los cuales pueden ser unidireccionales o bidireccionales, dependiendo del tipo de aplicación. Por defecto se usa la recomendación T.120, pero son posibles otras. Por ejemplo, es posible controlar la cámara del sistema remoto (zoom, panorámico, encuadre, etc.) a partir de los protocolos H.281 y H.224. Función de control H.245. La función de control H.245 (protocolo de control para comunicaciones multimedia) utiliza el canal de control H.245 para llevar mensajes de control sobre el modo de trabajo del equipo. Entre ellos cabe destacar: intercambio de capacidades entre equipos, apertura y cierre de canales lógicos, peticiones de preferencia de modos, mensajes de control de flujo e indicaciones y comandos generales. Función de señalización RAS (Registration, Admission, Signaling). Utiliza mensajes de H para realizar registros, admisiones, cambios de anchos de banda, estatus y desenganches entre puntos finales y gatekeepers. El canal de señalización RAS es independiente del canal de señalización de llamadas y del canal de control H.245. En entornos de red sin gatekeeper, no se usa el canal de señalización de RAS, mientras que si existe gatekeeper, el canal está abierto entre el gatekeeper y el punto final. El canal de señalización de RAS es el primero que se abre entre puntos finales. Función de señalización de llamadas. El canal de señalización de llamadas es independiente del canal de señalización de RAS. En sistemas sin gatekeeper, el canal de señalización de llamadas está abierto entre los dos puntos finales implicados en la llamada. Si existe gatekeeper, el canal de señalización de llamada está abierto entre el punto final y el gatekeeper o entre puntos finales según la elección de este último. Tabla 5. Equipos que pueden establecer una comunicación con terminales Terminal Características V.70 Son equipos para la transmisión simultánea de voz y datos sobre la Red Telefónica Conmutada (RTC) De voz Son los teléfonos convencionales conectados a la RTC o los teléfonos digitales conectados a una RDSI H.310 Terminales y sistemas de comunicaciones audiovisuales conectados a RDSI de banda ancha H.320 Sistemas de videoteléfono sobre RDSI de banda estrecha H.321 Adaptación de los videoteléfonos a entornos de RDSI de banda ancha. H.322 Videoteléfonos para LAN de calidad de servicio garantizada (ancho de banda garantizado) H324 Terminales para comunicaciones multimedia a bajas velocidades un terminal. A partir de la figura 2 se observa que la mayoría de ellos requieren el uso de un gateway que realice la adaptación. Un gateway para adaptar a no tiene por qué implementar todas la conversiones posibles. Por tanto, a la hora de decidirse por incorporar uno habrá que escogerlo de forma que permita la comunicación con todos los otros tipos de terminales de que se disponga. EQUIPOS DISPONIBLES EN EL MERCADO Entre los fabricantes con productos en el mercado cabe destacar: VCON, Philips, Intel, Tandberg, Videoserver y Picturetel. La tabla 6 proporciona sus direcciones WWW. En ellas es posible encontrar las direcciones de contacto e información actualizada de los productos que ofrecen. VIDEOCONFERENCIA SOBRE INTERNET La normativa permite las comunicaciones multimedia sobre la red Internet. Por tanto sería factible pensar por ejemplo en una videoconferencia sobre Internet entre Europa y América a precio de llamada local. Sin embargo, hay que tener en cuenta el estado actual de congestión de la red y su limitado Figura 2: Interoperabilidad de otros terminales con terminales. INTEROPERABILIDAD CON OTROS TERMINALES DE TRANSMISIÓN DE DATOS, AUDIO Y/O VÍDEO Los terminales pueden comunicarse con terminales de otras normativas conectados a la misma u otra red. La figura 2 describe los casos más relevantes e indica cómo debe establecerse la conexión. La tabla 5 resume los principales equipos que pueden establecer una comunicación con

5 Tabla 6. Principales fabricantes de productos. Fabricante VCOM Tandberg Philips Intel videoserver Picturetel www,tandbergvision.com ancho de banda disponible para cada usuario. Aun en el caso de utilizar la máxima compresión (H.263 para vídeo y G para voz) se necesita un mínimo de 28,8/33,6 kb/s reales. Cualquier usuario asiduo de Internet es consciente de que la realidad ofrece velocidades muy inferiores. utiliza comunicaciones seguras e inseguras. En el caso de señales de control y datos su transporte debe ser seguro. No se pueden perder partes de la información y se debe recuperar en el orden en que fue enviada. Para ello se usa TCP (protocolo de control de transmisión) que garantiza que la información se recibe libre de errores y en la secuencia correcta. Sin embargo, puede existir un retardo considerable en la recepción. Este protocolo es válido para el control H.245, el canal de datos T.120 y el canal de señalización de llamadas. Sin embargo, carece de sentido para la transmisión de audio y vídeo en tiempo real, puesto que si un paquete de información llega tarde ya no es útil para el receptor (ya habrá pasado su turno ). Por ello, para audio y vídeo se usa un protocolo de transmisión inseguro que a cambio ofrece una transmisión más eficiente, que en el protocolo internet es el UDP (protocolo de datagrama de usuario). UDP usa un número mínimo de bits extras de protocolo ya que se establece un circuito virtual en la red desde el emisor al receptor. De esta forma todos los paquetes de información seguirán la misma ruta y por tanto será la propia red la que se encargará de que se entreguen en el mismo orden en que fueron introducidos. utiliza UDP para la información de audio, vídeo y el canal de RAS. UDP asegura el mejor esfuerzo para entregar los paquetes de información al receptor, pero es posible que existan pérdidas de paquetes, recepción de paquetes duplicados, etc. En conferencias con múltiples fuentes de audio y vídeo se usa un proceso denominado multicast, que consiste en transmitir de una única fuente a muchas destinaciones. El mecanismo usado puede variar según el tipo de tecnología de red. Además se usa un protocolo de tiempo real (RTP) para gestionar el audio y el vídeo. De esta forma se añade una cabecera a cada paquete que contiene el código de tiempo y un número de secuencia. El receptor incorpora un buffer y a partir de la información de cabecera reordena los paquetes, sincroniza el sonido con el vídeo, elimina los paquetes duplicados y realiza una reproducción continua. Dado que resulta crítico disponer en Internet del ancho de banda necesario para una aplicación multimedia, se usa un protocolo de reserva de recurso desarrollado por IETF (Internet Engineering Task Force) llamado RSVP (Reservation Protocol), que permite a un receptor pedir una cantidad de ancho de banda determinada y recibir una respuesta indicando si es posible asegurar la petición. Aunque RSVP no forma parte del estándar, algunos productos lo soportan. COSTE DE LOS EQUIPOS Existen empresas en el mercado que además de vender equipos los alquilan. Por tanto antes de decidirse por comprar los equipos hay que valorar si se van a utilizar de forma esporádica o si es posible amortizarlos. Para ello es conveniente tener una idea del orden de magnitud de los precios, del tipo de aplicación que se necesita, y de la frecuencia de uso. Pueden encontrarse en el mercado kits de videoconferencia conectables a PC (modelo mínimo Pentium a 200 MHz) que realizan las funciones de terminal por unas pesetas aproximadamente. En cambio, un gateway cuesta alrededor de dos millones y una unidad de control multipunto para ocho usuarios, alrededor de cinco millones. Si se aumenta el número de usuarios hasta 24, el precio del MCU se dobla. Para aplicaciones de videoconferencia con otro terminal no conectado a la LAN del usuario hay que tener en cuenta que actualmente es más frecuente el uso de terminales H.320 (sobre línea RDSI), ya que dicho tipo de línea sí puede asegurar la velocidad de transferencia y por tanto la calidad del servicio. Si se trata de una tarjeta de PC el coste es análogo a las tarjetas de. Incluso algunas soportan H.320 y simultáneamente. Sin embargo el coste aumenta considerablemente si desea aumentarse la calidad, ya sea incorporando el algoritmo de codificación de imagen H.263 o aumentando la velocidad (incrementando el número de accesos básicos RDSI y por tanto el precio de la llamada). BIBLIOGRAFÍA [1] Proposed revision of ITU-T recommendation Packet-Based multimedia communication systems COM E Octubre 1997 [2] ITU-T recommendation H.263, 5 de julio 1995 [3] [4] Comunicación de datos, redes de computadores y sistemas abiertos, Fred Halsall, 4ª Edición. Ed. Addison-Wesley 1998 [5] Speech coding standards, capítulo 2 de speech coding and synthesis. Ed. Elsevier 1995 ME