Evaluación de Calidad de Servicio en Redes de Acceso 802.11 y 802.16

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES PRESENTA: Ing. Alfonso Leyva Alvarado DIRECTOR DE TESIS: M. en C. Miguel Sánchez Meraz México D.F. 2014 ya sean zonas urbanas. de tal manera que los enlaces sean considerados como satisfactorios. Se presenta el trabajo realizado en un escenario real para la medición de parámetros de calidad de servicio para la tecnología WiMAX y Wi-Fi. El sector salud no cuenta con valores universales en cuanto a los requisitos para los enlaces de comunicaciones que son usados para dar soporte a sus servicios. Este trabajo presenta una revisión de las características de calidad de servicio de la tecnología WiMAX y Wi-Fi. que deben satisfacer valores objetivo indicados en las recomendaciones de la ITU. por lo regular. El presente trabajo se enfoca en realizar una evaluación de parámetros de calidad de servicio para las redes de banda ancha inalámbrica WiMAX y Wi-Fi. y se indican las características de calidad de servicio que requieren las diferentes aplicaciones del área. la variación del retardo y la tasa de pérdida de paquetes. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Resumen Las tecnologías de la información y la comunicación han permitido que cada vez un número mayor de personas pueda contar con más y mejores servicios de diferentes áreas. La tecnología Wi-Fi. Los resultados de estas pruebas son analizados. La tecnología WiMAX se ha utilizado para brindar servicios de banda ancha. i . Esto se realizó mediante una campaña de medición realizada sobre maquetas de prueba instaladas en el Departamento de Telecomunicaciones de la ESIME Zacatenco del Instituto Politécnico Nacional. se presentan las conclusiones respecto al trabajo y se sugieren trabajos futuros en esta área. pueden poner en riesgo la salud de los pacientes e incluso su vida. lugares donde es difícil el acceso de medios de comunicación cableados o a zonas rurales. video y datos. video y datos. y entonces son asociadas a los servicios de eHealth. por su parte. que requieren del cumplimiento de requisitos estrictos en su entrega a los pacientes y usuarios de los servicios. Por último. cuenta con una gran penetración a nivel mundial. incluyendo servicios que permiten mejorar y cuidar su salud. ya que de contar con problemas en su transmisión. entre los que se incluyen servicios de salud a diferentes entornos. y se ha utilizado para brindar servicios de conectividad local que. Esta área de la salud cuenta con una diversa gama de servicios de voz. En este trabajo se realiza también una revisión de las recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones relacionadas con aspectos de calidad de servicio para diferentes aplicaciones de voz. Los parámetros de calidad de servicio que son evaluados son el retardo. Se ofrece una revisión de los diferentes servicios dentro del área de la salud identificados como eHealth. considerando las características que requieren las aplicaciones de eHealth. no son de naturaleza crítica. Finally. conclusions are presented and future work lines are suggested. This work was performed in a real scenario for the measurement of the quality of service parameters for WiMAX and Wi-Fi technologies. A review of the recommendations of the International Telecommunication Union related to aspects of quality of service for different voice. ii . taking into account the characteristics required by eHealth applications. including health services in different environments. In this work a review of the characteristics of quality of service of WiMAX and Wi-Fi technologies is presented. and they need stringent requirements in its delivery to patients and service users. which must satisfy target values. being urban areas or places where it is difficult to provide wired communications or rural areas. The health sector does not have universal values regarding the requirements of the services in order to be considered as satisfactory. video and data applications is made. including services that improve their health. Errors in the transmission of the services may generate a risky situation for the patient health and even put in risk their life. This work focuses on an evaluation of quality of service parameters for WiMAX and Wi-Fi wireless broadband access networks. A review of eHealth is provided and the quality of service features required by different eHealth applications is indicated. Wi-Fi technology has a high penetration worldwide. The results of these tests are analyzed. WiMAX technology has been used to provide wireless broadband services. indicated by the ITU recommendations. This area has a diverse variety of voice. This was performed by using trial equipment installed within the premises of the Telecommunication Department of the National Polytechnic Institute. and has been used to provide local connectivity services that usually are not of a critical nature. video and data applications. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Abstract Information and communication technologies allows to more people to have more and better services in different areas. and they are associated with the eHealth services. delay variation and packet loss rate. The evaluated parameters are delay. .......1 Salto de frecuencia por espectro disperso ........................................................ 7 1............................2 Capa de control de acceso al medio................................................................................................3 Alianza Wi-Fi ..................................................4..................... 14 1.............. 13 1.........................................................................................3 Sub canalización OFDMA en WiMAX móvil.1......................................4......3.... EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Contenido Índice de Figuras ...............................................................4 Estructura de Trama y de Ranura ...................................... 5 1...... 2 1.............. 9 1....................................... xii Objetivo ............4...................... 4 1.......3.................................1 Capa física de WiFi...................................................................................................4...........................................2 Acceso de canal distribuido mejorado ............................................................................................................................................................................2 Capa MAC ..................................2.3..........................................................4..................................3 WiMAX Forum .........3............................................................3................................................ 8 1......................................... 11 1....1............1...................2.....................................................................1..........................................................Calidad de Servicio ...................................................................................................................4................................................................................2 Secuencia directa por espectro disperso .......................3.............................1........ xiii Capítulo 1 ........................................................ 16 1...............vi Índice de Tablas........................................3 OFDM ......................4 MIMO-OFDM ................................4 Aspectos generales de la tecnología Wi-Fi ............................................................................................... x Justificación ....................................... viii Estado del arte .3. 6 1...................................................... 9 1........4.................................1.........................3 Aspectos generales de la tecnología WiMAX ............................ 14 1...................................................................1 Capa física de WiMAX..................1...........................................................5 Modulación adaptativa y codificación ................................. 18 iii ..................... 13 1.........................1..............2 Parámetros de OFDM en WiMAX............................................................................................................... 1 1............................................... 3 1...... 14 1.......1 Bases de OFDM .... 12 1.....................1 Introducción ..................3................................................ 12 1...........................................................................1.............Redes Inalámbricas de Acceso de Banda Ancha.............. 15 1... 5 1............................................................................................................. 17 Capítulo 2 ...........................4.........................................................................................1 Mecanismos de acceso al medio...............2 Acceso inalámbrico de banda ancha .....4............. ............. 23 2........ 30 2..Calidad de servicio en las comunicaciones: Marco y definiciones............................................................ 46 3............. 24 2...............................2 Objetivos de desempeño y clases de QoS .................................. 46 3................................................. 35 3............................................... EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 2.............................................................................5 Servicios de emergencia de eHealth. 21 2........................................6 Acceso al expediente médico electrónico ................................................................................................... 26 2.......................................................................................................................... 27 2................................3....3 Requerimientos típicos para las aplicaciones eHealth .... ..................................................2............................Objetivos de calidad de funcionamiento de redes para servicios basados en el protocolo Internet ....................1 La trayectoria de referencia Y.....5 Comparativa entre aspectos de calidad de servicio de WiMAX y Wi-Fi ............ .............1 Introducción ............1000 ........2 Imágenes fijas y transmisión de imágenes médicas..1 WiMAX dentro de las IMT-2000 ....................................... 45 3............................................... 20 2.......................2....................eHealth.7 Investigación y educación ....................4 Wi-Fi y WiMAX en eHealth ....2 Recomendaciones de la ITU relacionadas con QoS .................................................................1 Breve historia y definición de eHealth ... 44 3.......Requisitos de desempeño y calidad de servicio para las comunicaciones móviles internacionales-2000 .......... 19 2.1540 ..........................................................................1 Conferencia multimedia ....3............................................3...... 46 3..........3....1010 .....................2...................3..................3 Recomendación ITU-T Y........... 34 Capítulo 3 ........................... ............. 43 3.........................................................Categorías de calidad de servicio para los usuarios de extremo de servicios multimedios.....1............ 25 2.................................4 Transmisión de señales vitales del paciente................... ........................................................... 39 3.....2...2........ 45 3.................................3....................................3 Calidad de Servicio en WiMAX .....................2.1541 .................... ............................................1....................................................................... 32 2...............................2 Recomendación ITU-T G..............................................................2 Servicios sanitarios basados en eHealth ........................................................4 Recomendación Y...............................4..Servicio de comunicación de datos con protocolo Internet – Parámetros de calidad de funcionamiento relativos a la disponibilidad y la transferencia de paquetes del protocolo Internet................... .....................4 Calidad de Servicio en WiFi ..........................5 Recomendación ITU-R M......................................................................................2.................3................................... 48 iv ..... 46 3.......................................... 20 2................................... 26 2..4..................1 Impacto de eHealth ............ 36 3...................1079-2 ......1 Recomendación ITU-T G......... 38 3....1541 .........................................3 Sistemas telerobóticos.. 3 Resultados de las pruebas de calidad de servicio de Voz sobre IP ............................................................................2....5..........................................2 Pruebas en WiMAX......................................1 Objetivos de las pruebas ............................ 83 v ............................4 Pruebas realizadas................................1.....2................................ 63 4.....................................................................5......................2. 50 4....................... 51 4.....................................................................................................................2......................................... 69 4.........3 Resultados de PLR ............. 59 4...................... 71 4............................................................................................3.................................2.2 Resultados de Jitter ....................................................................... 77 Capítulo 5 ..................................... 66 4........... 52 4.............................................................Pruebas de calidad de servicio ....................................................3.................................1 Resultados de retardo ............... 56 4..4 Análisis de resultados ..................... 57 4................................................................................3..................1...................................................2.......1 Resultados de retardo ............................................................................. 82 Bibliografía y Referencias........................................1 Escenario de pruebas ................................... 56 4.......................................................................................2 Escenario de prueba de calidad de servicio con Voz sobre IP .... 67 4.........3 Resultados de PLR ............................................................................... 66 4.........................................................................................1 Escenario de prueba de calidad de servicio con Iperf ..5 Resultados de las pruebas de QoS de WiMAX ....................................2... 55 4...............................................................3..3........ 59 4...................................... 54 4................ 58 4.......2.....2...................................3...........................3... 52 4...............................................1 Escenarios de pruebas.......................... 59 4......................3 Pruebas en Wi-Fi ........................5.............. 80 Trabajos Futuros ..2 Configuración del equipo ...................................3....2 Resultados de Jitter ......................................Conclusiones y trabajos futuros ......................................................................................................2 Resultados de las pruebas de calidad de servicio con Iperf ........ EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Capítulo 4 ......2..................... ...................... 23 Figura 2........................ 1..... 14................. 4............................................................... ........... 4............. Sub canales OFDMA y sub portadoras OFDM ........................................................ 6 Figura 1.......... Capa MAC de WiMAX................................................................ 2.......................................... ........ 26 Figura 2. Resultados de Jitter para las cinco clases de QoS de WiMAX........... 58 Figura 4...................... . ....... 3.. 7 Figura 1..................... ......... 6............................... ................ 9...................... 63 Figura 4.... Representación del símbolo OFDM ....................................... Modelo de categorías de QoS centradas en el usuario.................... .............. 60 Figura 4..... Resultados de retardo para las cinco clases de QoS de WiMAX............. Entorno de servicios eHealth ......................11n sin soporte WMM........... Paquetes sin marca de DSCP....... Enfoque y alcance de las recomendaciones consideradas para este trabajo.. ............................... 3....... 12 Maqueta de pruebas utilizada para la prueba de calidad en uuna conversación de Voz sobre IP..................................................................... APO2 y equipo utilizado para las pruebas de calidad de servicio.... 1............................... 3............................. 6........ EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Índice de Figuras Figura 1. ........ 54 Figura 4. Paquetes con marca de DSCP....... 3 Figura 1.. 21 Figura 2................................. Resultados de Retardo para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi utilizando paquetes de 1280 bytes... Cuatro puntos de vista sobre QoS............... Planificador de la clase de servicio rtPS de WiMAX.. 8 Figura 1.......... Planificador de la clase de servicio ertPS de WiMAX............................ .................................... 31 Figura 3......... Ubicación de los dos AP utilizados para pruebas de QoS en Wi... 5........ 56 Figura 4............................................................ Tarjeta de red con soporte 802... 7........ 30 Figura 2...........................Fi................................... ...................................... 7.. .. 2... 2...................................... 68 vi .............. 61 Figura 4. 65 Figura 4....................... 31 Figura 2............................................................................................................... ......................... ...... Resultados de PLR para las cinco clases de QoS de WiMAX.............. móvil............... Trayectoria de referencia UNI-to-UNI para los objetivos de QoS de una red. 2.............. Tarjeta de red con soporte 802.... 8........ ................ 5........................................ 42 Figura 4............ 67 Figura 4.. 3......... 10 Figura 2. 41 Figura 3.......... Resultados de Retardo para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi utilizando paquetes de 160 bytes...................... ................... 1......... ...... ............................... Escenario de prueba entre equipo suscriptor y radio base WIMAX.......... Planificador de la clase de servicio UGS de WiMAX ............. 11........ 4............11n y soporte WMM................................................. 63 Figura 4... 57 Figura 4............................................................... .............................................................................................................. ................ Soluciones eHealth ... Crecimiento global de líneas de suscriptores de telefonía fija...... Resultados de jitter para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para paquetes de 160 bytes. 38 Figura 3.............. ..................... ..... .. 13..................... 22 Figura 2....... Red típica para aplicaciones eHealth/mHealth............................................ Estructura de la trama OFDM....... 55 Figura 4...... 66 Figura 4........ ....................... Lugar del escenario de pruebas de calidad de servicio de la tecnología WiMAX en la ESIME Zacatenco y la colonia Lindavista en la Ciudad de México.............. 5.................................... 61 Figura 4.. 15................. 1...................................... 60 Figura 4........................ de banda ancha e Internet del periodo 2003-2013 ... 10........ ................ Calidad de conversación obtenida para la conversación con calidad cuando se inyecta tráfico de 5 Mbps adicionales en la red. 72 Figura 4................................................ 18.. Resultado de throughput en el periodo de tiempo de 480 segundos a 620 segundos...... Calidad de conversación obtenida para la conversación sin calidad cuando se inyecta tráfico de 1 Mbps adicionales en la red............................. Calidad de conversación obtenida para la conversación con calidad y sin calidad cuando no existe tráfico adicional en la red...... La curva roja muestra el comportamiento de la conversación sin categoría de calidad.......................... 76 Figura 4.......................... ........................................................... 74 Figura 4............... .................................................. Resultados de jitter para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para paquetes de 1280 bytes..................... 22...... 76 vii .... ............................................................................... La curva azul muestra el comportamiento de la conversación con categoría de calidad.... Resultado de throughput en el periodo de tiempo de 260 segundos a 480 segundos... . 26.................... .. Resultados de PLR para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para paquetes de 1280 bytes... ......................... Calidad de conversación obtenida para la conversación con calidad cuando se inyecta tráfico de 10 Mbps adicionales en la red... . Calidad de conversación obtenida para la conversación sin calidad cuando se inyecta tráfico de 5 Mbps adicionales en la red...................... 23........... La curva azul muestra el comportamiento de la conversación con categoría de calidad................. 70 Figura 4.... Calidad de conversación obtenida para la conversación con calidad cuando se inyecta tráfico de 1 Mbps adicionales en la red................. Resultado de Tasa de Paquetes Perdidos para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para paquetes de 160 bytes......... 72 Figura 4.............................................................................. ............. ................ . 28................... 17....... EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 4........... Calidad de conversación obtenida para la conversación sin calidad cuando se inyecta tráfico de 10 Mbps adicionales en la red......... La curva roja muestra el comportamiento de la conversación sin categoría de calidad.......................... 74 Figura 4....... 69 Figura 4............. 25................................. 73 Figura 4............................................ ................................... ........................ 73 Figura 4............................. La curva roja muestra el comportamiento de la conversación sin categoría de calidad....... La curva azul muestra el comportamiento de la conversación con categoría de calidad................................................................. 24.................... 27............................. 75 Figura 4..... La curva roja muestra el comportamiento de la conversación sin categoría de calidad...... 21.......... 70 Figura 4.......... Resultado de throughput en el periodo de tiempo de 80 segundos a 260 segundos................................. 71 Figura 4. 19............................................................. 75 Figura 4................ 29.. La curva azul muestra el comportamiento de la conversación con categoría de calidad........... 20.. ........... 16........ ............................. Resultado de throughput en el periodo de tiempo de 20 segundos a 80 segundos..... ... .....................16 ..... ........................................................... 56 Tabla 4...... 3..... Detalles de los esquemas de modulación para la capa PHY de 802.. 3................. 44 Tabla 3..... 14 Tabla 1............................. 6........... 7.... . ........... 16 Tabla 2......... .. ......................11e......... 5.... Definiciones de clases de QoS de redes IP y objetivos de sus parámetros de desempeño... Mapeo de valores DSCP/TOS a categorias WMM........................................ 9........ 67 Tabla 4............... 5........................... 23 Tabla 2...... Configuración de parámetros de QoS en WiMAX ...................................................................... 47 Tabla 4.......................................... 4 Tabla 1. 3....11a ......Valores estadísticos de la variación del retardo para las cinco clases de servicio de WiMAX ..... 1....... 3...... 8... 26 Tabla 2............................ Valores estadísticos del retardo para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 1280 bytes................. 53 Tabla 4...... ..... Categorías de acceso de 802......... 6 Tabla 1.................. ...... Equipos utilizados en la prueba de Voz sobre IP ................ 4... 57 Tabla 4.. 2................................................ video y datos.............................11 ......................................... Valores estadísticos de la pérdida de paquetes para las cinco clases de servicio de WiMAX. ........ 10........................... Clasificación de los servicios de eHealth .............. Expectativas de desempeño del usuario final para servicios en tiempo real- conversacionales......... 4..................................... 6.... 13 Tabla 1. Categorías de acceso WMM para diferentes tipos de tráfico................. Detalles de los métodos de modulación y tasas de transmisión en 802. 2.................................................................... Equipo utilizado en la maqueta WiMAX y sus características ............................................ 1.................. Clases de QoS desde una perspectiva de usuario de las IMT-2000.................... Tasas de datos para dispositivos típicos de eHealth........ Equipo utilizado en la maqueta Wi-Fi y sus características...... 43 Tabla 3................................. 59 Tabla 4....................... ............................. 29 Tabla 2. Valores estadísticos del retardo para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 160 bytes............. 4...................... 2........................................................................................................ 68 viii .................................................. 32 Tabla 2. 9 Tabla 1.......... Requisitos de QoS para la transmisión de algunos datos médicos...... Objetivos de calidad de funcionamiento para algunas aplicaciones de audio................................. Requerimientos de QoS de algunas aplicaciones eHealth incluyendo el contexto.......... 7............................. 2............ Tipos de modulación y codificación soportados por WiMAX ..................... 64 Tabla 4................................ Guía de aplicaciones para las clases de QoS de redes IP ............................................................................. 5...... .................... 6.......................... 27 Tabla 2.................. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Índice de Tablas Tabla 1.................... Parametros OFMD utilizados en WiMAX .... 29 Tabla 2............ 11...................... 45 Tabla 3....... Valores estadísticos del retardo para las cinco clases de servicio de WiMAX ............ ............................. 4............. ....... 66 Tabla 4........... 1....................... 1........... 62 Tabla 4.................................................... 58 Tabla 4.............................. 55 Tabla 4............ Datos básicos de los estándares IEEE 802................................... Caracteristicas de QoS de WiMAX............................................. adaptado de .......................................................................... Valores estadísticos del jitter para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 160 bytes...... 33 Tabla 3........................... ......... ..................................1541................ 78 ix .................... Valores estadísticos del PLR para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 1280 bytes......................... 71 Tabla 4....................................................................... 13............................ ............................... 16......... 14................................................... ......... Valores estadísticos del jitter para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 1280 bytes................................................... EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Tabla 4... ......................................................................... 69 Tabla 4...... Mapeo propuesto entre clases de servicio de WiMAX............. 12..... Valores estadísticos del PLR para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 160 bytes........ Wi-Fi y la recomendación ITU-T Y............................. 77 Tabla 4............................ 70 Tabla 4.... 15.................... Resumen de resultados obtenidos......................... las redes de acceso son las que suelen tener un mayor nivel de congestión debido a que los proveedores de servicio diseñan estas redes bajo la consideración de que no todos los usuarios harán solicitudes de recursos de red de forma simultánea. tienen la capacidad de proveer servicios diferenciados. Debido al incremento del tráfico transportado por las redes de comunicación. pero con el uso y crecimiento de las aplicaciones de datos y multimedia. estas tasas de transmisión no son efectivas para la transmisión de aplicaciones de voz y video. diversos mecanismos para la clasificación de tráfico han sido diseñados para poder asignar diferentes niveles de prioridad a las solicitudes de los recursos de red [1]. con una tendencia a continuar en crecimiento en un futuro. Con la introducción de los sistemas de tercera generación de comunicaciones móviles. de manera que retardos excesivos en la transmisión de los datos médicos. que continúan en crecimiento. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Estado del arte La capacidad de conducir tráfico en las redes de comunicación es limitada y los servicios que son transportados por las redes compiten para hacer uso de este recurso que es usado de forma compartida. Para conseguir tasas de transmisión mayores se han utilizado sistemas de la tecnología Wi-Fi. Tanto en las redes móviles como en las redes IP estos mecanismos han seguido su propia evolución. Los sistemas de segunda generación (2G y 2. ante este problema. La comunicación de voz aún resulta ser un servicio importante. de manera que pueden asignar diferentes prioridades a diferentes flujos de datos o aplicaciones. En el caso de las redes IP. teniendo como limitante una cobertura reducida [2]. el uso de aplicaciones de eHealth crece de forma muy rápida debido a la creciente demanda de servicios por parte de usuarios móviles. o errores de transmisión pueden poner en riesgo la salud y la vida del paciente. Sin embargo. Con el surgimiento de nuevas y variadas aplicaciones. x . los recursos de red pueden controlarse hasta un cierto nivel para poder ofrecer servicios con un nivel de calidad esperado [1]. el tráfico de voz es desplazado por el tráfico de datos. se requieren de nuevas políticas y mecanismos para definir niveles de calidad para servicios que requieren de características específicas. Bajo esta idea. Sin embargo. varios de los servicios proporcionados son entregados bajo una clasificación denominada “de mejor esfuerzo”. Bajo condiciones de operación normal. En el área de la salud.5G) han sido empleados para la transmisión de datos médicos con tasas de transmisión cercanas a los 10 Kbps. Estos servicios pueden resultar críticos para los pacientes. Algunas tecnologías de comunicación. se ha vuelto necesario para algunas aplicaciones dar un trato distinto para cada servicio. de manera que los servicios compiten por los recursos de la red. la convergencia hacia las redes IP demanda una coexistencia transparente y una integración entre las redes cableadas y las redes inalámbricas. de manera que el tiempo de espera medio de los servicios de mayor prioridad sea menor y puedan cumplir con un nivel mínimo de desempeño [4. video y datos) en los diferentes segmentos de la red. Tampoco se disponen de valores universales en cuanto a parámetros de calidad de servicio que requieren las aplicaciones de eHealth [7]. Sin embargo. Los estándares y recomendaciones relacionadas a calidad de servicio se encuentran en desarrollo por diversos grupos e instituciones y en estos trabajos enfrentan el reto de manejar la convergencia entre las diferentes redes de comunicaciones. y la investigación continuara con las tecnologías de cuarta generación (4G) en donde el reto principal será el uso efectivo en conjunto de las diferentes tecnologías para brindar servicios de eHealth [6]. Actualmente los trabajos realizados sobre calidad de servicio de los servicios eHealth no cuentan con un procedimiento estandarizado de definición debido a las múltiples tecnologías de comunicación que les dan soporte. Un mal desempeño en la calidad de servicio puede por ejemplo llevar a falsos diagnósticos o a fallas en la precisión de una tarea quirúrgica. Los mecanismos de calidad de servicio de las tecnologías actuales y futuras serán esenciales para brindar soporte para las aplicaciones de eHealth. Los servicios de eHealth son entregados por un sistema de comunicaciones que generalmente consta de diferentes segmentos de red que conforman una trayectoria de extremo a extremo. La convergencia de la información y las telecomunicaciones permiten la aparición de aplicaciones eficientes y que ayudan a reducir costos de operación en el área de telemedicina y el cuidado móvil. la transmisión de información a distancia por medio del protocolo Internet demanda el poder asegurar que la transmisión de los paquetes cumplan con características específicas de transmisión como el retardo.5]. xi . que pueden causar que la calidad de la transmisión disminuya [3]. jitter y pérdida de paquetes. y depende de la calidad de servicio entregada por el sistema de comunicaciones [6]. el usuario tendrá incertidumbre de los resultados médicos y disminuirá su aceptación de uso de los servicios. otro aspecto que también se debe cubrir es la percepción del servicio por parte del usuario. llamado calidad de experiencia. como WiMAX y LTE. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Con la aparición de las tecnologías de comunicación de banda ancha de tercera generación. Las diferentes aplicaciones en tiempo y real y en tiempo diferido requieren de diferentes niveles de calidad de servicio de manera que la asistencia que brindan las aplicaciones sea confiable ante diferentes emergencias. Si además se cuenta con una mala calidad de experiencia. Para ello se requiere de la priorización de servicios. La calidad de servicio indica los requisitos que requieren los diferentes tipos de contenido (audio. que ayuden a los países a tener una mejor perspectiva de esta nueva forma de cuidado de la salud. ayudando a desarrollar y mejorar la planeación de esta área. xii . así como parámetros de desempeño establecidos de forma general por algunas entidades de la comunidad médica. Dentro del área de salud. Bajo este nuevo escenario de los servicios de cuidado de la salud resultan fundamentales las redes de telecomunicaciones y el desempeño de las mismas para entregar adecuadamente los servicios médicos. El trabajo que se presenta tiene el propósito de realizar una evaluación de los parámetros de calidad de servicio en las redes de acceso de banda ancha inalámbrica. WiMAX y Wi-Fi. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Justificación El avance de las tecnologías de la información y comunicación presentan diferentes opciones para dar soporte a los servicios que ofrecen diversas instancias como pueden ser el sector salud. para su posible uso en aplicaciones de eHealth. resulta útil difundir información sobre pruebas y aplicaciones de eHealth. empleando como base de evaluación algunas recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones. tanto en sus capacidades como en los requerimientos para implementarla. el sector educación y el sector gobierno. xiii .11n (Wi-Fi).16e (WiMAX móvil) e IEEE 802. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Objetivo OBJETIVO GENERAL: Realizar una evaluación de parámetros de calidad de servicio. para su posible uso en aplicaciones de eHealth.  Realizar una revisión documental de recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones con aplicación a la evaluación de calidad de servicio en redes de acceso IEEE 802.  Realizar pruebas para evaluar el desempeño de parámetros de calidad de servicio en maquetas de redes de acceso Wi-Fi y WiMAX.  Realizar una revisión documental de las capacidades de manejo de calidad de servicio en el estándar Wi-Fi y WiMAX móvil. OBJETIVOS PARTICULARES:  Realizar una revisión documental de las principales demandas de calidad de servicio de las aplicaciones empleadas en eHealth.11n (Wi-Fi) y el estándar IEEE 802. para calificar su capacidad de dar soporte a aplicaciones de eHealth.16e (WiMAX móvil). en redes de acceso que operan bajo el estándar IEEE 802. Capítulo 1 .Redes Inalámbricas de Acceso de Banda Ancha . 1 Introducción Desde la década de 1990 se inició una transición de comunicaciones predominantemente fija hacia comunicaciones móviles y/o inalámbricas. que es el punto final en el que la conectividad es entregada por un proveedor de servicio a los usuarios. y se detallan los aspectos de la capa física y capa de control de acceso al medio de dichas tecnologías. Las tecnologías inalámbricas de banda ancha proporcionan un acceso ubicuo a los usuarios. Wi-Fi. pasando de una experiencia de comunicación en ubicaciones fijas a una nueva experiencia de envío y recepción de datos ya sea en el hogar. cubre la necesidad de comunicación de usuarios que se encuentren en zonas de cobertura local o dentro de edificios [8]. En este capítulo se examinan las características de dos tecnologías inalámbricas de banda ancha: Wi-Fi y WiMAX. Estas tecnologías presentan una solución ante diferentes necesidades de la sociedad.11 (Wi-Fi) e IEEE 802. WiMAX en su versión fija.16 (WiMAX). demandó requisitos de comunicación y cómputo bajo el esquema de uso “en cualquier momento y lugar”. habilitando servicios que previamente eran disponibles solo a usuarios de conexiones cableadas. WAN). proveen conexión de datos de forma inalámbrica de alta velocidad y pueden ser una alternativa inalámbrica como solución para redes de retorno (backhaul) de sistemas celulares existentes. 2 . por su parte. Adicionalmente la banda ancha cambia la manera en que se comunican los usuarios. mientras que su versión móvil permite la convergencia entre redes fijas y móviles a través de las redes de área amplia (Wide Area Networks. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH En este capítulo se hace una introducción a las tecnologías inalámbricas de banda ancha que son consideradas en este trabajo. ofrecen conectividad a zonas de difícil acceso o donde la conexión fija pueda resultar costosa. está orientado a brindar conexión a plataformas de cómputo. entre las que se incluye el soporte a los servicios de salud de forma inalámbrica. 1. Internet evolucionó como un mecanismo de intercambio de datos. tema principal de este trabajo de tesis. WiMAX y los sistemas de tercera generación (3G) forman parte de una infraestructura de comunicación inalámbrica que permite una comunicación de alta velocidad y acceso a Internet. Broadband Wireless Access). Esta revolución inalámbrica ocurre principalmente en la última milla. Las características de calidad de servicio de estas tecnologías se presentan en el capítulo 2. tal como el acceso inalámbrico de banda ancha (BWA. en el lugar de trabajo o en lugares de recreo. que fue reforzada gracias al desarrollo de la Internet. Esto incluye el acceso de usuario final. El BWA presenta varias ventajas sobre las soluciones de conectividad fija: permiten el crecimiento y expansión de usuarios. Cada una de estas tecnologías tiene un enfoque distinto en cuanto a su uso. Se abordan las características y detalles técnicos de la capa física y la capa de acceso al medio de los estándares IEEE 802. Wi-Fi. y de forma abrupta. sino que también permite el soporte de diferentes aplicaciones multimedia. La figura 1. así como las suscripciones de banda ancha fija y móvil. Los usuarios con acceso de banda ancha a Internet experimentan el cambio en la forma en que se comparte la información. Este impulso fue necesario para que el número de usuarios móviles creciera a más de un billón de usuarios. La banda ancha no solo permite la descarga de información de una forma rápida. Este crecimiento demuestra no solo la necesidad de la población de conectarse con los demás y contar con acceso a la información mientras se encuentran en movimiento. como la transmisión de video y audio en tiempo real y la realización de videoconferencias mientras se encuentran en movimiento o en puntos fijos. Las tecnologías de banda ancha inalámbricas son una opción atractiva para proveer servicios de comunicación en áreas remotas donde es geográficamente complicado brindar conexiones alámbricas. es claro que las aplicaciones de datos tendrán un crecimiento predominante. 1. cómo se manejan los negocios y las nuevas formas de entretenimiento. sino que también demuestra el impacto que tiene la tecnología para satisfacer estas y otras necesidades.1 muestra el incremento en los últimos 10 años del número de suscriptores de líneas fijas y móviles. 3 . EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 1. de banda ancha e Internet del periodo 2003-2013 [9]. Crecimiento global de líneas de suscriptores de telefonía fija. Aunque la telefonía de voz sigue siendo la aplicación primaria de los sistemas de comunicación móvil. móvil. Figura 1.2 Acceso inalámbrico de banda ancha Los servicios de comunicación inalámbricos se han incrementado a lo largo de los últimos 25 años. así como de WiMAX fijo 802.1 presenta algunas características del estándar IEEE 802. 16QAM. que especifica como interfaz aérea el acceso al medio por división ortogonal de frecuencia (OFDMA.16e aprobada por la IEEE en 2005. Datos básicos de los estándares IEEE 802. juegos interactivos y mensajería. diferentes características de retardo y de tasa de pérdida de paquetes para que los usuarios queden satisfechos con los servicios. que provee el soporte de movilidad. 256.16-2004 802. Tabla 1. y su tráfico en la red crece rápidamente.16d (2004) y WiMAX móvil 802. que pueden ser en tiempo real o en tiempo diferido (no-real).16 802. 64 QAM QPSK. Los usuarios esperan que los servicios puedan ser accedidos en cualquier lugar y momento por medio de diferentes dispositivos usando una sola identidad o dispositivo. 1. La interfaz aérea de la tecnología WiMAX se basa en la familia de estándares IEEE 802. Las aplicaciones multimedia crecen mucho más rápido que las aplicaciones de voz. entre otros. La tabla 1. Estos servicios.16 [10]. transferencia de archivos. Esto se debe al cambio gradual de las redes de conmutación de circuitos a conmutación de paquetes y a la convergencia de redes sobre el esquema “todo-IP”. televisión IP.16e (2005). 256- transmisión OFDM o 2048-OFDM OFDM o OFDM escalable con 128. Los dispositivos móviles serán los dispositivos de mayor uso para el intercambio de información. 2 GHz – 6 GHz para operación móvil Aplicación Línea de vista fija Sin línea de vista fija Sin línea de vista fija y móvil Arquitectura de MAC Punto a multipunto Punto a multipunto Punto a multipunto Esquema de Una sola portadora Una sola portadora. Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Se prevé que un gran sector de la población mundial tendrá acceso a dispositivos móviles de comunicación. Interoperabilidad Mundial de Acceso por Microondas) es una tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha utilizada para brindar servicio tanto a usuarios fijos como móviles. Este cambio permite al usuario la posibilidad de utilizar diferentes y mejores servicios como correo electrónico. 16QAM. 802. 64 QAM 4 . 16 QAM. 1. 64 QAM QPSK. hay más dispositivos móviles que equipos fijos que cuentan con acceso a Internet. 1024 o 2048 sub portadoras Modulación QPSK.16.3 Aspectos generales de la tecnología WiMAX WiMAX (Wireless Interoperability for Microwave Access. 512. Una sola portadora.16e-2005 Estado Completado en Completado en Junio de Completado en Diciembre de 2001 2004 Diciembre de 2005 Banda de frecuencia 10 GHz – 66 GHz 2 GHz – 11 GHz 2 – 11 GHz para operación fija. WiMAX móvil se basa en la rectificación IEEE 802. y en particular. Incluso. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Actualmente la demanda de aplicaciones y servicios inalámbricos de banda ancha se encuentra en crecimiento.16. requieren de diferentes tasas de transmisión. Advanced) que ofrecen tasas de transmisión mayores para usuarios en movilidad [11]. 5. llevando conectividad no solo a usuarios fijos. 14. Este tipo de modulaciones multi portadora eliminan o reducen la interferencia entre símbolos (ISI) al hacer que el tiempo de símbolo sea lo suficientemente grande tal que los retardos inducidos por el canal sean una fracción insignificante de la duración del símbolo (típicamente menor a 10% de la duración).0 de WiMAX es cumplir con los requisitos para sistemas móviles de siguiente generación de telecomunicaciones internacionales móviles avanzadas (IMT-Advanced. 25. 1. La capa PHY de WiMAX está basada en el multiplexado ortogonal por división de frecuencia (OFDM. Orthogonal Frecuency Division Multiplexing). EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Tasa de datos 32 – 134.25. 7.Sub portadoras piloto: Usadas para transportar símbolos piloto. En OFDM las sub portadoras se seleccionan de tal forma que sean ortogonales una con otra en la duración del símbolo.Sub portadoras nulas: no tienen asignada potencia incluyendo la sub portadora de DC y las sub portadoras de guarda. OFDM permite la transmisión a alta velocidad de datos.75 MHz WiMAX brinda cobertura inalámbrica de banda ancha a una distancia de hasta 30 km en línea de vista.3.5.3. 15. La figura 1.1. llamadas sub portadoras.0 de WiMAX corresponden a los estándares IEEE 802. 3.2 muestra los tres tipos de sub portadoras existentes en WiMAX: 1. El lanzamiento de la revisión 1. 1. evitando la necesidad de tener canales de sub portadoras que no se traslapen para eliminar la ISI. 5. 5 . sino también a dispositivos celulares y equipos computacionales móviles [11]. basada en la idea de dividir un flujo de datos de alta tasa de bits en distintos flujos paralelos de menor velocidad de bits y modulando cada flujo en portadoras independientes.5. International Mobile Telecommunications . 14. 3.75. Estos símbolos se conocen de forma anticipada y se usan para estimación de canal y seguimiento de canal.1 Bases de OFDM OFDM pertenece a una familia de esquemas de transmisión llamada modulación multi portadora. 1.1 Capa física de WiMAX El propósito de la capa física (PHY) es la de indicar la forma en que se transportan los datos por el medio físico [11].75.4 Mbps 1 – 75 Mbps 1 – 75 Mbps Tipo de multiplexado TDM/TDMA TDM/TDMA/OFDMA TDM/TDMA/OFDMA Tipo de duplexado TDD y FDD TDD y FDD TDD y FDD Ancho de banda del 20. 8. 7.16m de 2008 respectivamente. 1. video y servicios multimedia [10]. canal 10. 3.16 REV 2 de 2006 y a IEEE 802.5 y 2. La capa PHY puede verse como un canal responsable de la transmisión de la información por medio de un solo enlace entre el transmisor y el receptor. 2.75 MHz 10. 8. 15. El objetivo del lanzamiento 2. 1. 28 MHz 1.25.Sub portadoras de datos: Usadas para transportar símbolos de datos. Tabla 1. Representación del símbolo OFDM [8]. 2. WiMAX en su versión móvil usa una capa física basada en OFDMA escalable con una FFT de 128 a 2048 puntos. 1/4 tiempo de guarda Ancho de banda del 3. Fast Fourier Transform) de 256 puntos. lo que varía es el espaciamiento entre sub portadoras al incrementar el ancho de banda del canal. Parametros OFMD utilizados en WiMAX [12].2 Parámetros de OFDM en WiMAX Las versiones fija y móvil de WiMAX tienen diferencias en la implementación de la capa física OFDM.5 1.9 OFDM (µs) 6 . Un tiempo de símbolo pequeño implica que una fracción mayor debe ser asignada como tiempo de guarda para disminuir el retardo de propagación.625 10.4 (µs) Duración de símbolo 72 102. 1/16. Como el valor de FFT es fijo.2 se muestran los diferentes parámetros de OFDM utilizados para la versión fija y móvil de WiMAX. PHY-OFDM de Parámetro Capa PHY-OFDMA de WiMAX móvil WiMAX fijo Tamaño de FFT 256 128 512 1024 2048 Número de sub portadoras de datos 192 72 360 720 1440 utilizadas Número de sub 8 12 60 120 240 portadoras piloto Número de sub portadoras de guarda 56 44 92 184 368 / nulas Prefijo cíclico o 1/32. 2. Cuando se incrementa el ancho de banda.1.3. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 1. el espacio entre sub portadoras se incrementa y el tiempo de símbolo disminuye. WiMAX en su versión fija usa una transformada rápida de Fourier (FFT.94 (kHz) Tiempo de utilización 64 91. En la tabla 1.4 de símbolo (µs) Tiempo de guarda 8 11. 1/8. 1.25 5 10 20 canal (MHz) Espacio en frecuencia de sub portadoras 15. 3 se muestra la sub canalización de OFDMA y las sub portadoras de OFDM. 4. Un sub canal está definido como una colección lógica de sub portadoras [12]. 2. Los perfiles iniciales de WiMAX definen 15 sub canales para DL y 17 sub canales para UL para una operación de PUSC con un ancho de banda de canal de 5 MHz. respectivamente. 3. Partial Usage of Subcarriers) es obligatorio para todas las implementaciones de WiMAX móvil. Esto permite que diferentes sub canales puedan ser asignados a diferentes usuarios.3 Sub canalización OFDMA en WiMAX móvil WiMAX móvil se basa en OFDMA-PHY (Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal) y permite la sub canalización tanto en el enlace ascendente como en enlace descendente (uplink y downlink.1. En la figura 1. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Número de símbolos OFDM en una trama 69 48 de 5 ms 1. respectivamente) y la unidad mínima de recurso de frecuencia es el sub canal. La sub canalización permite a las SS transmitir usando una fracción del ancho de banda asignado por la estación base (BS. Base Station). 7 . Subscriber Station) puede ocupar 1. Figura 1. WiMAX define varios esquemas de sub canalización. Para 10 MHz se tienen 30 y 35 sub canales. WiMAX móvil permite 16 sub canales para el enlace de UL donde la estación suscriptora (SS. Los sub canales pueden estar constituidos por sub portadoras contiguas o sub portadoras distribuidos pseudoaleatoriamente a lo largo del espectro de frecuencia. El uso parcial de sub portadoras (PUSC. UL y DL. Sub canales OFDMA y sub portadoras OFDM [8]. 8 o todos los sub canales.3. El número y distribución de las sub portadoras que forman un sub canal dependen del modo de permutación de sub portadoras. Una porción de la sub trama es utilizada para acceso basado en contienda. La sub trama de UL se encuentra conformada por ráfagas de UL de varios usuarios. como la longitud del mensaje de protocolo de acceso al medio (MAP. Estructura de la trama OFDM. la trama sería igual. excepto que se transmite de forma simultánea para UL y DL sobre diferentes frecuencias de portadoras. 4. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 1. En el caso de FDD. La trama es dividida en dos sub tramas. Cada ranura consiste en un sub canal sobre uno. que se especifican por medio de mensajes UL-MAP y DL-MAP posteriores al FCH de la sub trama de DL. Figura 1. Media Access Protocol).1. que indica la información de la configuración de la trama. Dentro de la trama son asignadas diferentes regiones de datos para los múltiples usuarios. También se 8 . Un conjunto de ranuras contiguas es llamado región de datos de usuario. el esquema de modulación y codificación y las sub portadoras utilizables. La figura 1. La sub trama comienza con un preámbulo de DL que es utilizado para procedimientos de capa PHY. como la sincronización en tiempo y frecuencia y la estimación inicial de canal. una trama de DL seguida de una trama de UL después de un pequeño intervalo de guarda.4 Estructura de Trama y de Ranura La capa PHY de WiMAX también es responsable de la asignación de ranuras sobre el aire. que indica el tipo de modulación y codificación para ese enlace.3. dependiendo del esquema de sub canalización utilizado. Estos mensajes MAP incluyen el perfil de ráfaga de cada usuario. dos o tres símbolos OFDM. Seguido se encuentra una cabecera de control de trama (FCH.4 muestra una trama OFDM operando en TDD. Frame Control Header). con la que los suscriptores pueden hacer peticiones de asignación de tasa de transmisión. El recurso mínimo en tiempo y frecuencia que puede ser asignado en un enlace es llamado ranura (slot). 1. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH incluye un canal indicador de calidad del enlace (CQICH. La modulación y codificación adaptativa aumentan la capacidad del sistema. 16 QAM. MAC Protocol Data Units) para ser transmitidos en el aire. 3. QPSK. Forward Error Correction) es obligatorio y se usan códigos convolucionales.3 indica los diferentes esquemas de modulación y codificación soportados por WiMAX. 1. convolucionales a tasas 1/2. 3/4. La tabla 1.2 Capa MAC La principal tarea de la capa de control de acceso al medio (MAC. La capa MAC toma paquetes de la capa superior llamados unidades de datos de servicio MAC (MSDUs. Para la recepción. Tipos de modulación y codificación soportados por WiMAX [12] DL UL BPSK. 3/4. ya que permite realizar en tiempo real un equilibrio entre la tasa de transmisión y la robustez en cada enlace. BPSK opcional para opcional 64 QAM OFDMA-PHY Obligatorio: códigos Obligatorio: códigos convolucionales a tasas 1/2. 5/6 1. que se encuentra por encima de la capa PHY. 16 QAM. MAC Service Data Units. Channel Quality Information Channel) para las SS y un canal de confirmación (ACK. 3/4.) y los organiza en unidades de datos de protocolo MAC (MPDUs. Un dispositivo puede indicarle a la BS cual es la condición del canal utilizando el indicador de retroalimentación de calidad del canal en el caso del DL. 2/3.3. 64 BPSK. 5/6 Codificación Opcional: Turbo códigos Opcional: Turbo códigos convolucionales a tasas 1/2. 3/4. mientras que 64 QAM es de implementación opcional para el UL. En esta capa se lleva a cabo la asignación de calidad de servicio (sus características se verán en el capítulo 2). Tabla 1. El planificador de la BS puede tomar en cuenta la calidad del canal de UL y DL de cada usuario y entonces asignar un esquema de codificación que maximice la tasa de transmisión dadas las condiciones de relación señal a ruido del entorno. la capa PHY no es informada de los requisitos de calidad de servicio y no es “consciente” de los requisitos de calidad de las diferentes aplicaciones y protocolos. 5/6 2/3.5 Modulación adaptativa y codificación WiMAX soporta una variedad de esquemas de modulación y codificación y permite el cambio de estos esquemas dependiendo de las condiciones del canal. es proveer una interfaz entre las capas de transporte superior y la capa física. 16 QAM y 64 QAM tanto para la versión fija como móvil. Acknowledgment) para que el suscriptor envíe información de ACKs de DL. la capa 9 . Para el UL la BS estima la calidad del canal por medio de la calidad de señal recibida. etc. 2/3. Modulación QAM. Media Access Control) de WiMAX. 5/6 2/3. QPSK. como HTTP. convolucionales a tasas 1/2. Para el DL es obligatoria la implementación de QPSK.3. El uso de corrección de errores (FEC. Usualmente. FTP. tanto en UL como en DL. La subcapa de seguridad es responsable de la encriptación. Ethernet. Automatic Repeat Request). la subcapa de parte común. Capa MAC de WiMAX. Service-specific Convergence Sub-layer). Una de ellas es la subcapa de convergencia que permite el transporte de una variedad de protocolos de capas superiores. el Foro WiMAX ha decidido solo dar soporte a los protocolos IP y Ethernet debido a su dominio actual en la industria. como lo son la fragmentación y unión de las MSDUs en MAC PDUs. y recibe los paquetes de datos de la capa superior. El único control que tiene un SS sobre la asignación del ancho de banda es cuando cuenta con 10 . control de calidad de servicio y manejo de peticiones automáticas de retransmisión (ARQ. Otras características que proporciona la capa MAC son las siguientes:  Sondeo: En WiMAX la capa MAC en la BS tiene la responsabilidad total de reservar el ancho de banda (bandwidth) a todos los usuarios.5 muestra la división de la capa MAC en tres componentes: la subcapa de convergencia de servicios específicos (CS. La CS es responsable de llevar a cabo tareas como compresión de encabezados y traslado de direcciones. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH MAC realiza el proceso contrario. y la subcapa de seguridad. IP y otros protocolos futuros. 5. Esos paquetes son conocidos como MSDUs. La figura 1. autorización e intercambio de llaves de encriptación entre la BS y las SS. Al momento. Esta capa consta de 3 subcapas. De esta manera. la CS puede ser vista como una capa que adapta y enmascara los protocolos de capas superiores y sus requisitos del resto de las capas MAC y PHY de la red WiMAX La subcapa de parte común se encarga de la operación de los paquetes que son independientes de las capas superiores. como ATM. Figura 1. La CS es la interfaz entre la capa MAC y la capa de red. la transmisión de las MAC PDUs. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH múltiples conexiones con la BS. Posteriormente puede reconectarse desde un punto de conexión diferente pero debe volver a autenticarse. En tal caso. Para las comunicaciones inalámbricas. como TCP/IP y SIP. o Portable: Permite el uso nomádico de un dispositivo portátil. hay organismos como la Fuerza de Tareas de Ingeniería de Internet (IETF. Se obtiene un fuerte control de QoS mediante el uso de una arquitectura orientada a conexión en la capa MAC.3 WiMAX Forum El estándar IEEE 802. interfaces de red y protocolos de señalización. El foro WiMAX es una organización no lucrativa dirigida por miembros de la industria formada para desarrollar perfiles de sistema. La BS asigna recursos dedicados o compartidos periódicamente a cada SS que pueden ser usados para solicitudes de ancho de banda.16 solo define la capa PHY y la capa MAC. Advanced Encryptation Standard). reconociendo este problema. Cada conexión está identificada por un identificador de conexión (CID). pasando entre diferentes puntos de conexión en base a un servicio de tipo “mejor esfuerzo” (BE). sino que también se requiere interoperabilidad entre vendedores y entre redes. que sirve como una dirección temporal para la transmisión de datos sobre ese enlace particular. ya que no solo se requiere interoperabilidad en el enlace aéreo.  Soporte de Seguridad: WiMAX fue diseñado desde un inicio para brindar características de seguridad. se tienen otros cuatro escenarios de movilidad o Nomádico: Un usuario se conecta como suscriptor fijo. También permite la autenticación de los usuarios por medio de credenciales como combinaciones de nombre y contraseña o por medio de certificados digitales. organismos de estandarización como 3GPP especifican estándares que comprenden las interfaces de radio. en capa MAC de los equipos. como Ethernet.  Calidad de servicio (QoS): El soporte para Calidad de servicio es una parte fundamental del diseño de la capa MAC de WiMAX. La información se encripta por medio del estándar de encriptación avanzado (AES. certificados y promover la interoperabilidad y 11 . Los fabricantes de equipo y operadores de redes. forman foros adicionales para desarrollar modelos de referencia para interfaces de comunicación entre redes. o Movilidad simple: El suscriptor se mueve a menos de 60 km/h. donde las conexiones de DL y UL son controladas por la BS. A este proceso se le conoce como sondeo (polling). que la SS distribuye entre las diferentes conexiones. Antes de que la transmisión de información ocurra. En la sección 2 se indican las características de QoS de WiMAX. 1. la BS y la MS establecen un enlace lógico. Para otras tecnologías. o Movilidad total: El suscriptor se mueve a velocidades de hasta 120 km/h. llamado conexión. Internet Engineering Task Force) que realizan estándares para protocolos de capa superior. la BS asigna una tasa de transmisión determinada.3.  Soporte de movilidad: Además del acceso fijo de banda ancha. Los equipos WiMAX se certifican para interoperabilidad contra un perfil de certificacion especifico. ancho de banda del canal y modo de duplexado) que aseguran una funcionalidad mínima entre BS Y SS.11 y se trata principalmente de una tecnología diseñada para proveer conectividad de banda ancha dentro de edificios. la sub capa de procedimiento de convergencia de capa física (PLPC. Physical Layer Convergence Procedure) y la sub capa de medio físico dependiente (PMD. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH compatibilidad de productos basados en el estándar IEEE 802. El estándar IEEE 802.16-2004 y sus seguimientos y correcciones. La subcapa de convergencia tiene como propósito adaptar a las subcapas inferiores que son dependientes del medio.4. Se han definido dos perfiles de sistema. Wi-Fi se ha utilizado para ofrecer conectividad inalámbrica de banda ancha en hogares. La capa física se divide en dos sub capas.16e-2005 para sistemas móviles. Estos sistemas típicamente ofrecen una tasa de datos de 54 Mbps (que equivale a unos 20-25 Mbps reales) con una cobertura en interiores menor a 30 metros [9]. 12 . PPDU). y el otro se basa en en la OFDMA-PHY escalable de IEEE 802. Las tramas enviadas por la subcapa de convergencia son llamadas unidades de datos de protocolo PLPC (PLPC Protocol Data Unit.4 Aspectos generales de la tecnología Wi-Fi Además de los sistemas 3G (en el que WiMAX se encuentra incluido). Un perfil de sistema es un conjunto de caracteristicas obligatorias que deben cumplir los equipos y caracteristicas adicionales de libre implementacion. También tiene la función de seleccionar el mejor punto de acceso para enlazarse con él. 1. el foro WiMAX ha definido un conjunto de certificados de perfil y perfiles de sistema. Wi- Fi (Wireless Fidelity) es el nombre comercial de los sistemas basados en la familia de estándares IEEE 802. Además. llamado perfil de sistema fijo.1 Capa física de WiFi La capa PHY es la encargada de la transmisión de las tramas MAC a través del medio inalámbrico y de las diversas técnicas de modulación y de codificación. los protocolos de capa PHY que usa pueden hacer que su operación en entornos de exterior se vea disminuida.16-2004.11 se enfoca en dos subcapas del modelo OSI (Open System Interconnection. uno basado en la OFDM-PHY de IEEE 802. los sistemas basados en Wi-Fi también pueden ser utilizados para proporcionar conectividad de banda ancha inalámbrica y actualmente es una de las tecnologías de acceso más popular a nivel global. 1. Sin embargo. los sistemas Wi-Fi no están diseñados para soportar movilidad de alta velocidad. Interconexión de sistemas abiertos) que son la capa PHY y la capa MAC. Physical Medium Dependant). oficinas y ubicaciones de conexión pública. Estos perfiles de certificación tienen parámetros comunes (como frecuencia. Wi-Fi ofrece una mayor tasa de datos pico que otros sistemas 3G debido a que cuenta con un ancho de banda de canal de 20 MHz. Por razones de interoperabilidad. 11 DSSS. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH La sub capa PLPC es responsable del encapsulamiento de MPDUs de la capa MAC en tramas que pueden ser transmitidas por un PMD. Esta capa inserta encabezados requeridos para la sincronización o identificación de la modulación utilizada en el medio. 4. High Rate DSSS).11b se introdujo una DSSS de alta tasa (HR/DSSS. que permite una tasa de transmisión de hasta 11 Mbps.1 Salto de frecuencia por espectro disperso FHSS usa cambios en frecuencia (FSK. Los transmisores y receptores saltan de canal en canal en una secuencia pseudoaleatoria. La tabla 1.11n combina el método de OFDM con la tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO. Los MPDUs son asignados a unidades de datos de servicio de protocolo PLPC (PSDUs. Los diferentes pares receptor/transmisor usan secuencias pseudoaleatorias diferentes para disminuir las colisiones dentro de la misma banda del canal 1.1. Tabla 1.11n 2007-2008 Hasta 300 MIMO-OFDM 1.11b 1999 1. Multiple Input-Multiple Output). 802.11g se utiliza OFDM en lugar de las técnicas de espectro disperso para permitir tasas de transmisión de hasta 54 Mbps. Para 802.5. secuencia directa por espectro disperso (DSSS . Versión del estándar Fecha de liberación Tasa de transmisión Tipo de modulación (Mbps) 802. Para la corrección 802. DSSS 802. Los símbolos de chip ocurren a una frecuencia mayor que los bits de datos. permitiendo alcanzar una tasa máxima de transmisión de hasta 300 Mbps. de forma que la energía de la señal original se dispersa sobre la banda de frecuencia más amplia.11a 1999 Hasta 54 OFDM 802. Phase Shift Keying) para el código de dispersión y la modulación del mensaje. 2. 5.1. HR/DSSS 802. Las PHY más populares son FHSS Y DSSS. Direct Sequence Spread Spectrum) e infra rojo (IR). Frequency Shift Keying) para la modulación por espectro disperso.11 especifica tres tipos de PHY: salto de frecuencia por espectro disperso (FHSS. 2 FHSS. 13 . PLPC Service Data Units) que son encapsulados en PPDUs.4.2 Secuencia directa por espectro disperso DSSS usa cambios en fase (PSK. Detalles de los métodos de modulación y tasas de transmisión en 802. El estándar IEEE 802. Frequency Hopping Spread Spectrum).4 muestra un resumen de las tasas de transmisión en la capa PHY de la tecnología WiFi.11g 2003 Hasta 54 ERP-OFDM 802. A esta secuencia de chip se le aplica una operación XOR con cada bit de dato de forma anticipada a su transmisión. soportando tasas de transmisión de 1 y 2 Mbps [13].11 1997 1. antes de “saltar” a otro canal. Los dispositivos transmiten y reciben en una frecuencia común durante cortos periodos de tiempo (conocidos como tiempo de vida).4. El código de dispersión es una secuencia pseudoaleatoria llamada secuencia de chip.11 [13]. La subcapa PMD es la responsable de implementar el esquema de codificación de transmisión. 11a. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 1. 5. Bits codificados Bits de Tasa de Tasa de Bits/ datos/ Modo enlace Modulación Bits/ codificación símbolo símbolo (Mbps) portadora OFDM OFDM 1 6 BPSK 1/2 1 48 24 2 9 BPSK 3/4 1 48 36 3 12 QPSK 1/2 2 96 48 4 18 QPSK 3/4 2 96 72 5 24 16QAM 1/2 4 192 96 6 36 16QAM 3/4 4 192 144 7 48 64QAM 2/3 6 288 192 8 54 64QAM 3/4 6 288 216 1. Las sub portadoras se modulan por cuatro tipos de métodos (BPSK. de las cuales 48 son sub portadoras de datos y las 4 restantes son sub portadoras piloto. hay un total de 52 sub portadoras. de forma que reciban señales no correlacionadas. Una transformada rápida de Fourier inversa (IFFT. Detalles de los esquemas de modulación para la capa PHY de 802. Logical Link Control).3 OFDM En 802. 1. Tabla 1. Los sistemas MIMO consiguen un incremento en la capacidad del sistema a través de diversidad espacial y mutiplexado espacial. como se muestra en la tabla 1.4.1. Los sistemas MIMO consisten en cadenas de RF y de múltiples antenas tanto en el transmisor como el receptor.4 MIMO-OFDM 802.4. Los bits del PPDU son codificados con un código convolucional. 16QAM o 64QAM) y se protegen de errores con los códigos convolucionales. En recepción. Las tramas LLC se pasan a la capa MAC y son encapsuladas en MSDUs al anteponer un encabezado y adjuntar un secuencia de comprobación de trama (FCS. La diversidad espacial existe tanto para la recepción como para la transmisión.1. 802.11 define una subcapa de enlace de datos de control de acceso al medio que provee servicios a la subcapa de control de enlace lógico (LLC. Frame Check Sequence) 14 . QPSK.4. Debajo de la subcapa MAC se encuentra la capa PHY.2 Capa de control de acceso al medio El estándar 802.11n utiliza MIMO-OFDM PHY que soporta tasas de transmisión de hasta 300 Mbps.11a puede transmitir a diferentes tasas dependiendo del esquema de codificación y del código de convolución. Inverse Fast Fourier transform) es aplicada a la sub portadora y entonces es transmitida.11a [13]. dos o más antenas se encuentran separadas. Estos bits son reordenados y se transfieren a un número complejo a distribuir en las sub portadoras.5. Esta capa PHY se basa en la tecnología MIMO para lograr altas tasas de transmisión. PCF en un componente opcional que soporta la entrega de tramas con límite de tiempo. DCF Interframe Space). o hasta haber pasado un número determinado de retransmisiones [14]. DCF es un componente obligatorio para 802.11 al canal de RF se realiza por medio de funciones lógicas llamadas funciones de coordinación. Si el transmisor no recibe el ACK. Esto es llamado anomalía de desempeño en 802. 15 . los dispositivos que trasmiten a una baja tasa ocupan el canal inalámbrico por periodos más grandes de tiempo que aquellos dispositivos que transmiten a una mayor tasa de transmisión. Point Coordination Function) fueron definidas en el estándar original. la tasa de tramas en error incrementa. Al disminuir la tasa de transmisión se puede disminuir la tasa de tramas en error. Cyclic Redundancy Check) del paquete recibido y devuelve un ACK. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH a la carga útil (payload). Entonces. Un MSDU es mapeado a uno o más MPDUs. Una desventaja de DCF es la equidad. Contention Periods). el MPDU es pasado a la capa PHY para su transmisión. DCF se utiliza para periodos de contienda. La entrega de tramas utilizando DCF se basa en un servicio de tipo “mejor esfuerzo” (BE). AP) usando un mecanismo de sondeo.4.11. pero al hacer esto. retransmite la trama después de un tiempo determinado hasta que lo obtenga. Las funciones de coordinación determinan cuando un dispositivo puede transmitir tramas sobre el medio inalámbrico. El control de acceso de la capa MAC de 802. la estación está autorizada para transmitir. La estación receptora revisa el código de redundancia cíclica (CRC. la transmisión se difiere por un tiempo de retroceso “B” (Backoff). Si el medio se encuentra libre en un tiempo específico llamado espacio entre trama DCF (DIFS. Si el medio se encuentra en uso. 1. Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). donde una estación que desea transmitir sensa el medio. Contention-free Periods) y periodos de contienda (CP. Además de DCF y PCF.11 y permite un servicio basado en conexión. Cuando las condiciones del canal se deterioran. de forma que el medio inalámbrico es dividido en periodos sin contienda (CFP. Los dispositivos adaptan su tasa de transmisión de acuerdo a las condiciones del canal.1 Mecanismos de acceso al medio DCF es el acceso por detección de portadora múltiple con prevención de colisiones (CSMA/CA. HCF) que es retro compatible con las MACs de los estándares anteriores [13].2.11e introduce el soporte de calidad de servicio con una función de coordinación hibrida (Hybrid Coordination Function. La función de coordinación distribuida (DCF. que es aleatorio y se escoge de entre un intervalo que comprende entre (donde CW es la ventana de contienda. El acceso al canal de RF durante los periodos sin contienda se realiza por medio de un nodo maestro (típicamente un punto de acceso. Contention Window) que indica el límite de intentos de transmisión. la corrección 802. La recepción del ACK indica al transmisor que no hubo colisiones. Distributed Coordination Function) y la función de coordinación puntual (PCF. La entrega de datos de EDCA se basa en diferenciación por prioridad de usuario (UPs.11e mapea las UPs a cuatro categorías de acceso (AC.2 Acceso de canal distribuido mejorado El acceso de canal distribuido mejorado (EDCA.2. 1. En caso contrario. Tabla 1. espacio intertrama corto) después de la trama guía y envía una trama de sondeo-CF al primer dispositivo. La priorización se logra a través de diversos parámetros de función de coordinación. el dispositivo envía un CF-ACK y datos. Para ello. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH PCF fue introducido para proveer soporte a la entrega de tramas con límite de tiempo. 802. y de forma simultánea. Point Coordinator) se ejecuta en una AP y envía tramas de guía de forma periódica. Las UPs se encuentran asignadas con valores enteros del 0 al 7. El PC espera un SIFS (Short Interframe Space. Enhanced Distributed Channel Access) es una mejora de DCF. Categorías de acceso de 802. Access Categories). User Priorities). un coordinador de punto (PC. 6. Estas categorías de acceso se muestran en la tabla 1. adaptado de [13]. sondea al siguiente dispositivo de la lista mientras confirma la recepción de datos del dispositivo anterior. El dispositivo responde con un ACK si no tiene tramas que enviar. que es respondido a su vez por el PC con un CF-ACK y una trama de sondeo-CF. el tamaño de las ventanas de contienda y la cantidad de tiempo que el dispositivo puede transmitir después de adquirir el canal. CW CW Categoría de Prioridad UP AC mínimo máximo tráfico Menor 1 AC_BK 31 1023 Segundo plano AC_BK 31 1023 2 Segundo plano AC_BE 31 1023 0 BE AC_BE 31 1023 3 BE AC_VI 15 31 4 Video AC_VI 15 31 5 Video AC_VO 7 15 6 Voz Mayor 7 AC_VO 7 15 Voz 16 . Esos parámetros controlan el periodo de senso del dispositivo.6. Esto divide el canal en una secuencia de súper tramas que consisten de un CFP seguido de un CP. El PC cuenta con una lista de dispositivos que pueden transmitir durante el CFP y otorga acceso sondeando los dispositivos en su lista.4. al proveer una entrega de datos con priorización sobre el medio inalámbrico.11e. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 1. Distintas compañías formaron la alianza Wi-Fi para realizar pruebas con los equipos y de esta forma estuvieran conformes al estándar 802.11 cuentan con el logo Wi-Fi. se considera como sinónimo estos dos términos [13].11. 17 .3 Alianza Wi-Fi Los dispositivos del estándar 802.4. La alianza Wi-Fi (Wi-Fi Alliance) fue creada para evitar problemas con la interoperabilidad de los dispositivos. Como la mayoría de dispositivos 802. que es una marca registrada de la alianza Wi-Fi. Los equipos que cumplen las pruebas de conformidad llevan un logo de certificación Wi-Fi.11 sufrían problemas de interoperabilidad entre diferentes fabricantes cuando aparecieron inicialmente en el mercado. Calidad de Servicio .Capítulo 2 . como lo es la consulta de correo electrónico y la transferencia de archivos. Existen diferentes organismos de estandarización de telecomunicaciones. Para el desarrollo de este trabajo se consideran las recomendaciones de la ITU al ser el organismo internacional de estandarización por parte de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) que concierne a las tecnologías de la información y comunicación (TIC). La ITU en su grupo de estandarización de Telecomunicaciones se ha encargado de elaborar diversas recomendaciones que permiten establecer e indicar las características de desempeño de las redes y cuáles son las características de QoS que se deben cumplir. Quality of Service). que permite mejorar el grado de satisfacción de los usuarios con los servicios que reciben y es un factor determinante para la adopción de las tecnologías y los servicios que prestan. 3rd Generation Partnership Project) y la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU. 19 . las redes basadas en IP deben implementar mecanismos capaces de proveer confiablemente una QoS a las diferentes aplicaciones que utilicen los usuarios. El uso de BE para la entrega de servicios resulta útil para aplicaciones de datos en tiempo diferido. En este capítulo se presenta una revisión a diversas recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones relacionadas con la calidad de servicio que pueden ser aplicadas a la tecnología WiMAX y Wi-Fi.1 Introducción El uso de la redes de conmutación de paquetes genera una gran interés por el escenario de convergencia que plantea. Finalmente se indican las cualidades que presentan estas tecnologías en relación a la calidad de servicio que pueden ofrecer para diferentes tipos de aplicaciones. Sin embargo. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH La calidad de servicio es un elemento importante para las tecnologías de comunicación. Sin embargo. Best Effort) de manera que los costos para los usuarios del servicio son menores. International Telecommunications Union). sin embargo. Para lograr la convergencia. European Telecommunications Standard Institute). su función es mantener un marco de referencia común en las telecomunicaciones que permita la interconexión de los sistemas de comunicaciones para quienes las implementen [15]. Posteriormente se señala cual es la relación entre las recomendaciones así como su rango de aplicación dentro de una red de telecomunicaciones. Estas recomendaciones no son obligatorias en su implementación. la convergencia es un proceso lento con un bloque que impide su rápido despliegue: la calidad de servicio (QoS. no provee de forma confiable la calidad que los usuarios esperan en aplicaciones interactivas como voz sobre IP (VoIP) y otras aplicaciones en tiempo real con altas demandas de ancho de banda que incrementan el retardo o la pérdida de paquetes. 2. ofreciendo crecimiento económico y empresarial al consolidar tecnologías y permitir la oferta de nuevos servicios. como el Instituto de Estándares de Telecomunicaciones Europeo (ETSI. Las redes IP tradicionales se basan en un esquema de entrega de servicios en base al mejor esfuerzo (BE. el Proyecto de Alianza de Tercera generación (3GPP y 3GPP2. pero no aseguran que se cumpla algún nivel de desempeño en particular. 1010. Para el desarrollo de este trabajo se han considerado principalmente las recomendaciones G.1010: Guía de referencia para métodos de evaluación de la calidad percibida (2001). satelitales y móviles. Existen muchas recomendaciones relacionadas con la QoS pero cada una cuenta con diferentes tipos de enfoques. 20 . o ITU-T G. IMT-2000) como la tercera generación (3G) de sistemas de comunicación móviles. WiMAX es una tecnología inalámbrica basada en IP que forma parte de las IMT-2000 [8]. que se encarga de la normalización del sector de Radio.1 se muestra cual es el alcance de estas recomendaciones. IMT-2000 es un estándar que permite el cambio de zonas de cobertura de forma global. y que provee un tasa de transmisión mínima de 2 Mbps para usuarios estacionarios y de 384 kbps para vehículos en movimiento. que se encarga de la normalización del sector de Telecomunicaciones.  Recomendaciones ITU-T de la serie Y: Infraestructura mundial de la información.1541 y M. La forma en la que se encuentran organizadas las recomendaciones de la ITU revisadas es la siguiente:  Recomendaciones ITU-T de la serie G: Sistemas y medios de transmisión. la entrega de servicios sobre medios fijos. sistemas y redes digitales.1079-2 que indican diferentes características de los parámetros de calidad con los que deben contar los diferentes servicios multimedia a través de los sistemas de comunicaciones. Fue hasta 2007 cuando fue incorporada la tecnología TDD WMAN como parte de las interfaces de radio de las IMT-2000. Asegurar la QoS implica asegurar los requisitos de calidad desde un equipo terminal de usuario hasta otro equipo terminal de usuario que se puede encontrar en un dominio de red distinto. resultado de la colaboración de diferentes entidades dentro de la ITU. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 2. Inicialmente fueron aprobadas cinco interfaces de radio como miembros de las IMT-2000: Universal Mobile Telecommunication System (UMTS). y dentro de la ITU-R.2 Recomendaciones de la ITU relacionadas con QoS El sector de la ITU que se encuentra relacionada con los aspectos de QoS se encuentra dentro de la ITU-T. En el año 2000 se aprobaron las especificaciones técnicas de los sistemas de tercera generación que forman parte de las IMT-2000. Time Division-Synchronous CDMA y Digital Enhanced Cordless Telecommunications.1. CDMA2000.1000: Calidad de servicio de las comunicaciones: Marco y definiciones (2001). En la figura 2. Y. 2. EDGE.1 WiMAX dentro de las IMT-2000 A mediados de 1980 surge en la ITU la iniciativa de las Comunicaciones Móviles Internacionales-2000 (International Mobile Telecommunications-2000. aspectos del protocolo Internet y Redes de la próxima generación. lo que permite lograr interoperabilidad entre diferentes sistemas de comunicación móviles. Time- Division CDMA. así como entidades externas (3GPP). o ITU-T G. 1541 también cuenta con un enfoque de extremo a extremo y está relacionada con características de calidad requeridas por los servicios proporcionados en redes IP.2. a fin de tener un marco uniforme dentro de la ITU-T.1079-2 define características de calidad para la sección de radio inalámbrico de la red para tecnologías pertenecientes a las IMT-2000 (como WiMAX).1 Recomendación ITU-T G. Así.1010 es de extremo a extremo y define los requerimientos técnicos de QoS para proveer servicios multimedia. o ITU-T Y. amateur y servicios relacionados a satélites.  Recomendaciones ITU-R de la serie M: Móviles.1540: Servicio de comunicación de datos con protocolo Internet – Parámetros de calidad de funcionamiento relativos a la disponibilidad y la transferencia de paquetes del protocolo Internet (2011). o ITU-R M. La recomendación M. Enfoque y alcance de las recomendaciones consideradas para este trabajo.1010 y M.Calidad de servicio en las comunicaciones: Marco y definiciones. la cual permite la comunicación entre los equipos terminales y la red dorsal. radio determinación.1000 . 1. en la recomendación G. indicando clases de QoS con valores de calidad que deben conseguirse en dichas redes. La recomendación Y. mientras que la recomendación Y. El enfoque de la recomendación G.1079-2 se indica las características técnicas que presentan los servicios multimedia.1541: Objetivos de calidad de funcionamiento de redes para servicios basados en el protocolo Internet (2012).1541 presenta cuales son los parámetros de desempeño que se esperan en la totalidad de la red. no hay alguna recomendación que indique la totalidad de características de QoS en las redes de acceso. Figura 2. Por esa razón es que se hace uso de las diferentes recomendaciones mencionadas con anterioridad. Esta recomendación indica un marco y definiciones para la QoS en el área de comunicaciones. Se define la calidad como “todas las características de una entidad que inciden en su capacidad de satisfacer las necesidades indicadas e implícitas” y la QoS queda definida como el “efecto global de la calidad de 21 . Esta recomendación no está asociada con una tecnología o arquitectura especifica de red.1079-2: Requisitos de desempeño y calidad de servicio para las comunicaciones móviles internacionales 2000 (2003). EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH o ITU-T Y. 2. Como se aprecia. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH funcionamiento de un servicio, que determina el grado de satisfacción de los usuarios” *16]. La QoS debe contener las siguientes perspectivas, que se muestran en la figura 2.2:  Las necesidades de QoS del cliente: definen el nivel de calidad que exige un determinado servicio, y se puede expresar en lenguaje no técnico. Al usuario final no le interesa saber cómo se presta el servicio ni los aspectos internos del diseño de la red, pero le importa la calidad del servicio que recibe en su extremo. La QoS se expresa en parámetros que se centran en los efectos percibidos por el usuario, no depende del diseño interno de la red y puede garantizarse dentro de un contrato. La Recomendación UIT-T G.1010 presenta de forma explícita el punto de vista de las “necesidades del cliente”.  Las ofertas de QoS del proveedor del servicio: es una declaración del nivel de calidad que el proveedor espera ofertar al cliente y tiene parámetros definidos. Estos parámetros se documentan para establecer las bases de los acuerdos de nivel de servicio.  La QoS conseguida u ofrecida: Indica la calidad real entregada al cliente y se especifica con valores asignados a los parámetros, que deberán ser idénticos a los especificados para la QoS ofrecida, de forma que se pueda comparar para evaluar la calidad lograda. Estos valores se reportan para periodos específicos, por ejemplo, de forma semanal, mensual o anual.  La calificación de la QoS en las encuestas del cliente: Es una declaración que indica el nivel de calidad que el usuario “cree” haber experimentado y que generalmente se expresa en función del grado de satisfacción y no en términos técnicos. Esta QoS se mide mediante encuestas a los clientes y sus comentarios sobre el servicio que recibieron. Esta información puede ser utilizada por el proveedor de servicio para determinar la satisfacción del cliente. Figura 2. 2. Cuatro puntos de vista sobre QoS. Fuente: [17] Esta recomendación también indica cuales son algunos retos que enfrenta la entrega de QoS en redes IP, entre los cuales se encuentran la atribución dinámica de recursos (como pérdida y retardo de los paquetes) entre segmentos de red, asegurar que se alcancen los objetivos de calidad de extremo a extremo y el cómo supervisar la calidad en las redes basadas en IP. 22 EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 2.2.2 Recomendación ITU-T G.1010 - Categorías de calidad de servicio para los usuarios de extremo de servicios multimedios. Esta recomendación hace indicaciones para la QoS desde el punto de vista de usuario de extremo y define una clasificación de categorías de QoS para diversas aplicaciones de voz, video, imagen y texto. Se indican cuáles son los parámetros clave que afectan al usuario: 1- Tiempo de transmisión o retardo, 2- Variación de retardo o jitter, 3- Pérdida de información Las aplicaciones pueden ser agrupadas en ocho grupos, según toleren o no la pérdida de información. La figura 2.3 muestra la relación entra la tolerancia a errores y el retardo. Figura 2. 3. Modelo de categorías de QoS centradas en el usuario. Fuente: [18] La tabla 2.1 muestra algunos objetivos de calidad de funcionamiento para aplicaciones de audio, video y datos. Los requisitos para los servicios de audio y video son más estrictos en cuanto al retardo y la variación del retardo. Esto se debe a que el oído y la vista son capaces de percibir diferencias ante tales requisitos que pueden llegar a causar efectos no aceptables para el usuario de los servicios. Los requisitos para los servicios de datos, en cuanto al retardo, son menores, aunque resulta de gran importancia que los datos lleguen de forma íntegra, sin errores. En [18] se puede encontrar una relación de la totalidad de servicios y objetivos de calidad correspondientes. Tabla 2. 1. Objetivos de calidad de funcionamiento para algunas aplicaciones de audio, video y datos. Fuente: [18] Parámetros clave y valores de objetivo para calidad de Velocidad funcionamiento Cantidad Grado de es de Medio Aplicación de datos Tiempo de Pérdida simetría datos Variación típicos transmisión de típicas de en un informaci retardo ón sentido Voz en 4 – 64 Preferido < Relación Audio Dos sentidos < 1 ms conversación kbps 150 ms de 23 EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Limite < 400 pérdida ms de paquete (PLR) < 3% < 1 s para Mensajería Principalmente 4 – 32 reproducción (PLR) < Audio < 1 ms vocal en un sentido kbps < 2 s para 3% grabación Audio en Principalmente 16 – 128 (PLR) < Audio tiempo real de < 10 s << 1 ms en un sentido kbps 1% gran calidad Preferido < 16 – 384 150 ms (PLR) < Video Videoteléfono Dos sentidos kbps Limite < 400 1% ms 16 – 384 (PLR) < Video Un sentido Un sentido < 10 s kbps 1% Preferido < Navegación en Principalmente 2 s/pagina Datos ~ 10 KB No Aplica Nula Web: HTML en un sentido Aceptable < 4 s/pagina Transferencia Preferido < de grandes Principalmente 10 KB - 10 15 s Datos No Aplica Nula volúmenes de en un sentido MB Aceptable < datos 60 s Preferido < Transferencia 15 s Datos de imágenes Un sentido < 100 KB No Aplica Nula Aceptable < fijas 60 s Correo electrónico Pueden ser Principalmente Datos (transferencia < 10 KB varios No Aplica Nula en un sentido entre minutos servidores) 2.2.3 Recomendación ITU-T Y.1540 - Servicio de comunicación de datos con protocolo Internet – Parámetros de calidad de funcionamiento relativos a la disponibilidad y la transferencia de paquetes del protocolo Internet Esta recomendación define los parámetros de desempeño para ser usados al especificar y evaluar la rapidez, precisión y disponibilidad de la transferencia de paquetes IP en comunicaciones de datos internacionales. Estos parámetros son utilizados en la caracterización extremo a extremo de los flujos IP y las porciones individuales de la red que soportan estos flujos. La intención de esta recomendación es que sirva como guía para los proveedores de servicios, fabricantes de equipo y usuarios en relación a las características de desempeño de la red. La recomendación define cinco parámetros de desempeño en la transferencia de paquetes IP: 24 se considera esa porción de red como no disponible.1540. IP Packet Error Ratio): Es la relación entre el total de paquetes IP en error y el total de paquetes IP exitosos junto a los paquetes en error de la población de interés.Tasa de pérdida de paquetes IP (IPLR. También se define como parámetro único de disponibilidad la IPLR. 2. duplicados o por una mala ruta de la red.Variación del retardo de paquetes IP (IPDV. Estos parámetros en su conjunto son indicativos del nivel de interés de los usuarios de la red. una porción de la red se define como disponible en un periodo de observación si el IPLR observado es menor a un umbral .2. 2.Objetivos de calidad de funcionamiento de redes para servicios basados en el protocolo Internet Esta recomendación especifica los valores numéricos que deben ser alcanzados en trayectorias internacionales de redes IP entre usuarios terminales.Retardo en la trasferencia de paquetes IP (IPTD.75 y se indica que el desempeño de IPLR debe excluir todos los periodos de tiempo de no disponibilidad. El valor de umbral se recomienda de 0. ya que este parámetro tendrá una fuerte influencia en la aceptación del usuario del servicio. El periodo mínimo de observación para determinar disponibilidad debe ser de 5 minutos [19]. Meassurement Points) 3.1541 . El IPLR expresa la probabilidad de que un paquete que sea transmitido por la red no sea entregado en el punto de egreso correspondiente. La disponibilidad aplica a un flujo de paquetes unidireccional entre un par de MPs. 4. que se encuentra especificado en la recomendación Y. El IPDV caracteriza al jitter en la precisión de la transferencia de paquetes. Es necesario el establecer límites del IPTD para el uso de aplicaciones de VoIP. es el promedio aritmético de los retardos de transferencia de paquetes IP de la población de interés. IP Packet Delay Variation): Es definido en base a la observación de los correspondientes tiempos de ingreso y egreso de los paquetes IP en los puntos de medición (MP.1541. Estos valores se encuentran agrupados en diferentes 25 . Este valor debe limitarse para asegurar la inteligibilidad y calidad aceptable en aplicaciones de voz y video en tiempo real. Este parámetro se limita para evitar la saturación de los buffers en los enrutadores. IPER expresa la probabilidad de que un paquete que sea entregado difiera al del punto de egreso como resultado de datos en error.Tasa de error de paquetes IP (IPER. IP Packet Transfer Delay): Es el tiempo ( ) entre dos eventos de transferencia de paquetes IP. sean exitosas o en error. de otra manera.4 Recomendación Y. Para un flujo específico. videoconferencia y aplicaciones en tiempo real. IPTD está definida para todas las transferencias de paquetes. IPTD describe el tiempo promedio que le toma a la red para trasferir paquetes entre los MP de ingreso y egreso. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 1. para los parámetros definidos en la recomendación Y. El valor medio del retardo de la transferencia de paquetes IP. IP Packet Loss Ratio): Es la relación entre el total de paquetes IP perdidos y el total de paquetes IP transmitidos en una población de interés. Fuente: [20] Naturaleza Clases de QoS Parámetro del objetivo de Clase 5 de desempeño Clase 0 Clase 1 Clase 2 Clase 3 Clase 4 Sin desempeño de la red especificación de la red Límite No especificado IPTD superior de la 100 ms 400 ms 100 ms 400 ms 1s (NE) media de 26 . Trayectoria de referencia UNI-to-UNI para los objetivos de QoS de una red. 2.1541 Los objetivos de desempeño IP de extremo a extremo se obtienen en la interfaz de red de usuario a interfaz de red de usuario (UNI-to-UNI. como se muestra en la figura 2.2. 2.2.4.2 Objetivos de desempeño y clases de QoS Los objetivos de desempeño y clases de QoS se indican en la tabla 2. Definiciones de clases de QoS de redes IP y objetivos de sus parámetros de desempeño. Fuente [20] 2.1 La trayectoria de referencia Y. 4. como enrutadores (routers) y otro equipo en redes LAN. Cada clase de QoS consta de una combinación específica de límites de los valores de desempeño. una clase de servicio y un identificador de sesión.4. Tabla 2.2. Esta trayectoria de extremo a extremo incluye los segmentos y enlaces que transportan los paquetes IP de la fuente al destino. un destino. Las clases y sus parámetros de desempeño asociados se aplican a los flujos de paquete IP entre los MP que delimitan la red IP de extremo a extremo. Los protocolos inferiores y los que incluyen la capa IP de la fuente y destino también pueden ser considerados parte de la red IP. La instalación del cliente incluye todo el equipo terminal. User Network Interface). Figura 2.4. Un flujo de paquetes IP es el tráfico asociado a una conexión que tiene una fuente. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH categorías de QoS para establecer una base entre los usuarios y los proveedores de redes sobre la calidad que debe ser soportada en las trayectorias extremo a extremo. También puede incluir arquitecturas de red de acceso IP. 1079-2 . transmisión de datos de 4 gran tamaño. 2.2. de alta interactividad (como VoIP y 0 videoteleconferencia) Aplicaciones en tiempo real. de baja interactividad (como VoIP y 1 videoteleconferencia) 2 Datos de transacción. También limita la variación del retardo.Requisitos de desempeño y calidad de servicio para las comunicaciones móviles internacionales-2000 Esta recomendación define los requisitos de calidad y de desempeño que deben ser logrados para las redes de acceso de los sistemas pertenecientes a las IMT-2000. y transmisión de video en un sentido) Aplicaciones tradicionales de las redes IP (como envió de imágenes pequeñas y correo 5 electrónico) En adición a los objetivos de desempeño y las clases de QoS. sensibles al jitter. sensibles al jitter. Fuente: [20] Clase de QoS Ejemplos de aplicaciones Aplicaciones en tiempo real. La tabla 2. 3.5 Recomendación ITU-R M. El intervalo de evaluación recomendado para IPLR. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH IPTD Límite IPDV 50 ms 50 ms NE NE NE NE superior Límite superior de la -3 -3 -3 -3 -3 IPLR probabilidad 1x10 1x10 1x10 1x10 1x10 NE de pérdida de paquetes Límite -4 IPER 1x10 NE superior La clase 0 y 1 establecen límites superiores para el retardo y la pérdida de paquetes.3 indica las aplicaciones que pueden ser asociadas con cada clase de QoS. Guía de aplicaciones para las clases de QoS de redes IP. Esto toma en consideración los siguientes elementos: 27 . de muy alta interactividad (como datos de señalización) 3 Datos de transacción. de baja interactividad Solo aplicaciones de baja pérdida (como transacciones cortas. la recomendación establece periodos mínimos de observación. La clase 2 y 3 establecen límites superiores en el retardo y pérdida de paquetes. Aquí está definida la QoS como “el esfuerzo colectivo de desempeño que determina el grado de satisfacción de un usuario del servicio”. pero no limitan la variación del retardo. La clase 0 y 2 difieren de la clase 1 y 3 en sus objetivos de retardo. La clase 4 limita la pérdida de paquetes y provee un límite superior menos estricto para el retardo. Por ejemplo: un intervalo de 10 a 20 segundos es recomendado para hacer evaluación de VoIP con una tasa de transmisión de 50 a 100 paquetes por segundo. Esta recomendación reconoce que los objetivos de IPTD no siempre podrán conseguirse para trayectorias largas. IPTD e IPDV es de 1 minuto. Tabla 2. La clase 5 define una clase no especificada que no provee parámetros de desempeño específicos.  Desempeño de conservación de servicio: Es la probabilidad de que un servicio. esta clase tiene los requisitos de QoS más estrictos de retardo y variación de retardo.Clase conversacional: Que abarca aplicaciones como VoIP y videoconferencia. en lugar de sus causas internas dentro de la red. Estos servicios deben ser entregados con una baja pérdida de paquetes y cuentan con un tiempo de entrega amplio.Clase de transmisión en un sentido (streaming): Es cuando el usuario se encuentra observando un video o escuchando audio en tiempo real. Se trata de transporte en un solo sentido cuyo destino es un usuario humano. como la entrega de correo electrónico.Clase interactiva: Es cuando un usuario. Debido a la naturaleza de la percepción humana. En la ubicación de destino hay una entidad esperando una respuesta en un tiempo determinado. con las negociaciones apropiadas para IMT-2000 o con una señalización predefinida de QoS. Para las IMT-2000 se definen cuatro clases de QoS: 1. Incluye la trayectoria completa de comunicación y es dependiente del equipo utilizado y del medio de transmisión.  Desempeño de la conexión: Consiste en el retardo de la señalización de la llamada y liberación de la llamada.Clase de fondo: Cuando los usuarios. Gateway) de la red dorsal (CN-GW. 3. Core Network Gateway) de la red externa. Para este servicio influye más el tener una baja variación del retardo que el tener un bajo retardo extremo a extremo. acceso a base de datos. envían o reciben datos en segundo plano. Las aplicaciones pueden ser navegación por la red. Core Network Radio Access Network Node) con la pasarela (GW. etc. solicitudes automáticas de expedientes y solicitudes automáticas en bases de datos. Un portador IMT-2000 consiste de dos partes:  Servicio portador de radio acceso: Provee confiabilidad en el transporte de la señalización y los datos del usuario entre la terminal móvil y la interfaz de la red de acceso a la red dorsal. ya sea humano o máquina.  Servicio portador de red dorsal: Conecta el nodo de red dorsal de la red acceso de radio (CN-RAN. la probabilidad de bloqueo extremo a extremo. los portadores (bearers) externos están fuera de esta recomendación. por lo que solo se indican los portadores IMT-2000 para proveer QoS dentro de las redes de acceso IMT- 2000. Sin embargo. Este portador controla y utiliza la red de transporte principal (backbone) para proveer los servicios portadores IMT-2000 contratados Las clases de QoS definidas en esta recomendación se enfocan en los efectos que los usuarios perciben. acceso a servidores. Se realiza entre un grupo de usuarios. la descarga de archivos y la recepción de reportes. 2. Los parámetros clave en esta aplicación son el retardo y una baja pérdida de paquetes. 28 . EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH  Calidad de voz: Usada para expresar el grado de satisfacción del usuario de extremo con la transmisión de voz conversacional. continuará activo para la comunicación bajo ciertas condiciones dadas. generalmente computadoras. una vez establecido. 4. solicitan datos del equipo remoto (como puede ser un servidor). SMS. Si no se cumplen con los requisitos de retardo en la transferencia de los datos se tendrá una calidad inaceptable del servicio. Tabla 2.1010. Expectativas de desempeño del usuario final para servicios en tiempo real-conversacionales. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH La clase conversacional se utiliza para dar servicio a aplicaciones muy sensibles al retardo. 4.64 < 400 limite < 150 Ambos Video Videoteléfono 32 . interactiva y de streaming ya que los servicios de fondo no se entregan con alguna garantía de retardo. variación de retardo o pérdida de paquetes.5 muestra los requisitos para la clase de servicio conversacional dentro de las IMT-2000. La tabla 2.8 < 250 0% sentidos sentidos Juegos Ambos Datos <1 < 250 No aplica 0% interactivos sentidos Ambos Datos Telnet <1 < 250 No aplica 0% sentidos 29 . En la tabla 2. la recomendación indica cuales son los límites de QoS que deben ser cumplidas para el usuario de extremo. 5. mientras que la clase de fondo se utiliza para aplicaciones tolerantes al retardo. Aunque no se indique un servicio portador de extremo a extremo. Esto incluye el retardo de extremo a extremo y el máximo retardo preferido para el servicio. Los parámetros de QoS se encuentran definidos para la clase conversacional. Clases de QoS desde una perspectiva de usuario de las IMT-2000.4 se muestra el resumen de las características de las clases de servicio. Estos valores están alineados con aquellos de la recomendación ITU-T G. Fuente: [21] Clase de servicio Clase de servicio Clase de servicio Clase de servicio de servicios en interactiva de transmisión conversacional segundo plano Clase de servicio en un sentido QoS Conversación en Mejor esfuerzo Mejor esfuerzo Transmisión en tiempo real en segundo interactivo tiempo real plano -Preserva la -Requiere -El destinatario no variación de solicitudes de Características espera los datos tiempo respuesta -Preserva la fundamentales de forma -Patrón de -Preserva el variación de desde el punto de inmediata conversación: contenido útil tiempo vista del usuario -Preserva el estricto y con bajo (datos sin contenido útil retardo errores) Descarga de Ejemplo de Navegación en la Transmisión de Voz sobre IP correo electrónico aplicaciones red video en segundo plano Tabla 2.384 preferido <1 <1% sentidos < 400 limite Control en Ambos Datos ambos < 28. Fuente: [21] Parámetros de desempeño clave y Tasa de valores objetivo Grado de Categoría Aplicación datos Retardo en simetría Variación de Pérdida de (kbps) un solo retardo (ms) información sentido (ms) < 150 Ambos 4 – 13 Audio Conversación preferido <1 <3% sentidos 10 . Unsolicited grant service): Está diseñado para dar soporte a aplicaciones que generan paquetes de tamaño fijo a una tasa de bits constante (CBR. Figura 2.6 muestra la asignación de recursos para rtPS. por ejemplo.5 muestra la asignación de recursos para UGS. Sin embargo. 5. Estas peticiones involucran encabezado MAC adicional que puede causar retardos adicionales. la BS asigna una tasa de transferencia fija. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 2.Servicio de sondeo en tiempo real (rtPS. 30 . service flow identifier). El algoritmo de UGS minimiza el encabezado MAC y el retardo en el acceso de UL causado por el proceso de petición de transmisión del MS. como video MPEG. para aplicaciones de VoIP sin supresión de silencio. Planificador de la clase de servicio UGS de WiMAX Fuente: [22] 2.Servicio garantizado no solicitado (UGS. La BS es la responsable de emitir y asignar SFIDs únicos. Para establecer los parámetros de QoS. y cuenta con un indicador de flujo de servicio (SFID. WiMAX utiliza flujos de servicio (service flow).3 Calidad de Servicio en WiMAX Desde sus orígenes. Un flujo de servicio se define como el envió de paquetes en un sentido de transmisión con un conjunto particular de características de QoS. que de no usarse provoca un mal uso de recursos. Hay que destacar que los flujos de servicio también pueden ser transferidos a puntos de código de servicios diferenciados (DSCP. WiMAX define cinco clases de servicios que deben ser soportados por el planificador (scheduler) MAC de la BS para transportar los datos durante la conexión: 1. La figura 2. DiffServ code points) para lograr una QoS basada en IP de extremo a extremo. La figura 2. La BS asigna recursos exactos para el UL por medio de peticiones del usuario. WiMAX fue diseñado con la idea de contar con QoS. Constant Bit Rate). Real-time polling service): Este servicio está diseñado para dar soporte a servicios en tiempo real que generan paquetes de datos de tamaño variable en base periódica. como transferencia de archivos FTP. La BS ofrece solicitudes de petición de ancho de banda a intervalos regulares aun cuando hay una alta carga de tráfico en la red de forma que el usuario tiene posibilidad de transmisión de datos. que requieren tasas de datos variables con una tasa de transmisión mínima garantizada. Extended real-time polling service): Este servicio está diseñado para soportar aplicaciones en tiempo real que tienen tasas de transmisión variables pero requieren de una tasa de datos y un retardo garantizado. 6. Fuente: [22] 4. La BS mantiene el ancho de banda solicitado hasta el momento en que el usuario solicita un nuevo ancho de banda. Planificador de la clase de servicio ertPS de WiMAX. non-real-time polling service): Este servicio está diseñado para dar soporte a flujos de datos tolerantes al retardo. De esta forma los recursos no utilizados pueden ser compartidos.7 muestra la asignación de recursos para ertPS. Figura 2. 31 . Planificador de la clase de servicio rtPS de WiMAX. 7. Este servicio solo está definido para la versión móvil de WiMAX. Fuente: [22] 3.Servicio de sondeo en tiempo real ampliado (ertPS.Servicio de sondeo en tiempo diferido (nrtPS. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 2. La figura 2. Esto ocasiona problemas de imparcialidad e incluso puede causar que varias estaciones no puedan transmitir datos por largos periodos de tiempo. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 5. tipo de mecanismo para hacer solicitud de ancho de banda. Además. como lo es la navegación Web. Solo se transmiten los datos mientras existan recursos disponibles para transmisión que puedan ser asignados al usuario. los estándares IEEE 802. tipo de ARQ. jitter tolerado. Fuente: [12] Parámetros característicos de Tipo de flujo de servicio Ejemplo de aplicaciones QoS Máxima tasa sostenida UGS Tolerancia a un jitter máximo VoIP sin supresión de silencio Recursos siempre asignados Tasa mínima reservada rtPS Máxima tasa sostenida Transmisión de audio y video Tolerancia a un jitter máximo Mínima tasa reservada Máxima tasa sostenida ertPS Tolerancia a un jitter máximo VoIP con supresión de silencio Los recursos no usados pueden compartirse Mínima tasa reservada nrtPS FTP Máxima tasa sostenida Navegación en la red. Tabla 2. Caracteristicas de QoS de WiMAX. Cabe mencionar que otros parámetros de QoS que se pueden especificar en WIMAX incluyen priorización de tráfico. tasas de transmisión máximas y mínimas. BE Máxima tasa sostenida transferencia de correo electrónico 2. video y datos fueran entregados por medio de conexiones inalámbricas [23]. máximo retardo. entre otros. Best-effort service): Este servicio está diseñado para soportar flujos de datos que no requieren un nivel mínimo de garantía en su entrega. otorga acceso al medio a los primeros paquetes que solicitan transmisión.6 se muestra la relación de características de QoS asociadas con las diferentes clases de servicio de WiMAX. 6. Sin embargo. los servicios de datos de tipo BE lograron pasar de uso empresarial a un entorno de uso residencial. Esto se debe a que la tecnología Wi-Fi parte del punto de brindar acceso inalámbrico para servicios de datos básicos en entornos empresariales. La función de coordinación DFC al estar basado en contienda.4 Calidad de Servicio en WiFi Los mecanismos de acceso convencionales para Wi-Fi no cuentan con alguna funcionalidad de QoS. La correcta asignación de los tipos de servicio de WiMAX es crítica en el desempeño global de un sistema WiMAX. donde los usuarios comenzaron a solicitar que los servicios de voz. provee solo el tipo de servicio de BE que trata a todo el tráfico de la misma 32 . Con el paso del tiempo. máxima tasa sostenida. máxima tasa de ráfaga.11 a/b/g no fueron diseñados para proveer la QoS que dichos servicios requieren. tipo de planificador.Servicio de mejor esfuerzo (BE. En la tabla 2. Esto se debe a que la ventana de contienda de las diferentes AC se traslapa y todas comienzan desde 0. WMM) como un subconjunto del estándar 802.11 a/b/g son [23]:  No hay soporte para diferentes clases de servicio. En la tabla 2. BE y servicios de segundo plano). WMM no garantiza que el flujo de máxima prioridad sea transmitido primero. pero no asegura que siempre sea así [17]. Para mejorar la QoS a nivel de capa MAC. pero no distingue entre diferentes tipos de tráfico.  Mejor esfuerzo: Para aplicaciones que no requieren de características de QoS específicas.  Segundo Plano: Para el uso en aplicaciones de transferencia de archivos y tráfico que no puede tolerar cierta latencia. las limitaciones de QoS de 802.7 se muestran las cuatro categorías de acceso (AC. Arbitrary Inter Frame Space Number) y valores de CW máximos y mínimos en lugar de tratar todo el tráfico con una sola DIFS. Por otra parte la función de coordinación PCF elimina las colisiones. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH forma. Las categorías son:  Voz: Ofrece la característica de menor retardo en la transmisión de los paquetes. 7. Por lo tanto. Categorías de acceso WMM para diferentes tipos de tráfico [25]. WMM solo incrementa la probabilidad de que los flujos de mayor prioridad sean transmitidos primero. video. Tabla 2. Sin embargo. En resumen. Access Categories) WMM para los diferentes tipos de tráfico (voz. Tampoco cuenta con algún mecanismo que indique la prioridad en el acceso al medio inalámbrico ni con algún método para que las estaciones de usuario puedan comunicar sus requisitos de QoS al punto de acceso.  No hay soporte para el control de admisión. la Wi-Fi Alliance propuso el uso de multimedia inalámbrica (Wireless multimedia.11e para mejorar las capacidades de transmisión multimedia del estándar original.  Video: Para aplicaciones de transmisión de video. Esto provoca problemas de pérdida de paquetes que afectan la transmisión de audio y video.  No hay soporte para las estaciones de los usuarios para comunicar las necesidades de QoS al punto de acceso. La mayor prioridad corresponde a la AC con los valores de CW y AIFSN más pequeños. Numero de AC Nombre Descripción 0 AC_BE Mejor esfuerzo (BE) 1 AC_BK Segundo plano 2 AC_VI Video 3 AC_VO Voz 33 . con cada estación y tipo de tráfico teniendo la misma prioridad. ideal para aplicaciones como VoIP. Cada AC utiliza diferentes números de espacio de trama arbitrarios (AIFSN. De esta forma. La clase de servicio UGS. de manera que pueden asignarse recursos de forma exclusiva para aplicaciones que requieren de tasas de transmisión estrictas. pero no garantiza que siempre sea de esta manera. donde las categorías de mayor prioridad cuentan con tiempos menores de ventana de contienda. El resto de las clases de servicio ofrecen diferentes características de retardo y asignación de tasas de transmisión. No es hasta que se realiza la corrección 802. como lo es la voz sobre IP. El uso de las categorías de acceso incrementa la probabilidad de transmisión. o pueden configurarse una variación entre clases de manera que determinadas aplicaciones tengan reserva de recursos mientras otras aplicaciones podrán compartirlos.2. Para ello. de forma que se pueden emplear diferentes clases de servicio para diferentes usuarios considerando las necesidades de las aplicaciones que se van a emplear. los mecanismos de calidad de servicio surgen a partir de la necesidad de ofrecer servicios en residencias y hogares debido a la penetración con la que cuenta la tecnología. por otra parte. aunque no siempre sea el caso. permitiendo que las aplicaciones con categorías de acceso mayores puedan ser transmitidas antes que las aplicaciones con categorías de acceso menores.11e en donde se consideran diferentes categorías de acceso que cuentan con diferentes ventanas de contienda (CW). lo que significa que los recursos que se asignan bajo esta clase de servicio no podrán ser compartidos para asignar recursos para otras aplicaciones. requiere de una reserva de recursos desde la BS. las categorías de acceso de la tecnología Wi-Fi ayudan a que las aplicaciones de alta prioridad puedan transmitirse antes que las aplicaciones de menor prioridad. por lo que se debe realizar una asignación adecuada de prioridad para los diferentes servicios que se ocupen en la red. Las clases de calidad de servicio de WiMAX ofrecen una mayor flexibilidad para la asignación de recursos para las diferentes aplicaciones que pueden utilizarse. WiMAX define 5 clases de servicio. ya que las categorías de acceso no garantizan que las aplicaciones de mayor prioridad siempre sean transmitidas antes que las demás aplicaciones multimedia de menor prioridad.5 Comparativa entre aspectos de calidad de servicio de WiMAX y Wi-Fi En el caso de la tecnología Wi-Fi. Este es un aspecto importante al considerar el uso de la tecnología Wi-Fi. . cada una pensada para su uso para diferentes aplicaciones dependiendo de las características de tasa de transmisión y retardos que requieran las aplicaciones. WiMAX. fue diseñado desde sus orígenes para proporcionar aspectos de calidad de servicio para diferentes aplicaciones multimedia [12]. que es utilizada para servicios de alta prioridad que requieren de un bajo retardo y una tasa de transmisión garantizada. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Capítulo 3 .eHealth 35 . Esos fueron los días de la “telemedicina”. Finalmente se describe cual es la relación entre los servicios de eHealth con las tecnologías de acceso inalámbrico Wi-Fi y WiMAX. entre otras cosas. y es un componente mayor de eHealth. 3. gracias al rápido desarrollo de Internet. También se indican cuáles son los servicios ofrecidos en eHealth y cuáles son las características de QoS requeridas por dichos servicios. fue usado para referirse al procesamiento de la información médica por medio de equipos computacionales. tanto para el paciente como para los centros de salud. 36 .1 Breve historia y definición de eHealth El término eHealth (en español eSalud o Salud Electrónica) fue adoptado a finales del siglo XX. el intercambio de datos de la salud del paciente así como datos administrativos. y que sean amigables con el paciente. o salud electrónica). EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH En este capítulo se presenta una breve introducción a eHealth (acrónimo de electronic Health. el término “informática médica”. el auge en la digitalización de los datos. pusieron un freno a la expansión de esas técnicas analógicas. Desde entonces. Las mejoras de estos procesos van de la mano con el progreso de la tecnología. la importancia del “procesamiento de la información” fue rápidamente reemplazada por la “comunicación de la información”. o cuidado de la salud a larga distancia [24]. y en las consecuentes bajas tasas de transmisión sobre las líneas de cobre. La tecnología permitió no solo a los pacientes comunicarse con los doctores a distancia. Sin embargo. considerado en su momento como el estado del arte de la tecnología. o para buscar fácilmente un tratamiento para alguna enfermedad. a las altas capacidades de almacenamiento y de procesamiento de los equipos computacionales. La telemedicina de forma digital ha experimentado un crecimiento enorme con el tiempo. sino que también permitió a los hospitales el poder transmitir electrocardiogramas a través de las líneas telefónicas. Esto permite que los servicios de salud que se brinden resulten en costos menores. Existen diferentes definiciones para designar a las aplicaciones de las TICs en los servicios de la salud. En esta época surgieron las primeras aplicaciones médicas que se vieron beneficiadas con los avances de la telefonía analógica. a la miniaturización de los componentes y al nivel de seguridad de los sistemas [26]. la computación y las redes de conmutación de paquetes permitieron el avance de la telemedicina y llevaron una multiplicidad de aplicaciones. Sin embargo. permitiendo la transferencia de archivos grandes gracias a las altas tasas de transmisión de los sistemas de comunicación. Permite. un área del sector salud que permite brindar servicios sanitarios a distancia. la transferencia de imágenes médicas y resultados de laboratorio. Cerca de 1970. En un futuro se espera que los pacientes cuenten. con la capacidad de acceder a la información médica necesaria para mantener el cuidado de su salud. las limitaciones en el ancho de banda. además de la interferencia y el ruido. desde cualquier ubicación y en cualquier momento. hasta el cuidado personalizado de pacientes con diferentes síntomas. se propuso un enfoque en que las aplicaciones se unieran bajo el término de “eHealth”. señales fisiológicas e imágenes médicas. El término está cambiando de forma gradual para referirse a la estructura base de las funciones de los sistemas de salud. haciendo menores las diferencias del idioma. El término “Health” (salud) es usado de forma amplia. como sistemas para operación asistidas por computadora. responsabilidad del estado y se orienta hacia la prevención y respuesta de las enfermedades en la población. y  Servicios. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Las aplicaciones de salud fueron entonces conocidas como “telemática de la salud” o “telemedicina”. Se vuelve claro que el valor de estas aplicaciones no solo cae en la tecnología por sí sola. que representa “electrónico”. El prefijo “e”. la escuela o el lugar de trabajo. impresiones de electrocardiograma y la película de rayos X). además de mejorar la estructura de a información médica y las reglas de seguridad. sino que permite la formación y desarrollo de expertos en el área de la salud rompiendo con las barreras de la distancia. Sin la digitalización no habría procesamiento automático y no habría intercambio de datos de forma instantánea por medio de los sistemas de comunicación electrónicos. o en el intercambio de a información. El incremento en las tasas de transferencia sobre las redes de computadoras interconectadas han removido las barreras para el intercambio de información médica. El factor común de las tecnologías de comunicación actuales es la digitalización de los datos. y ahora son conocidas como “eHealth”. El enfoque de eHealth es la salud en general. que está orientado al tratamiento de pacientes y enfermedades de forma individual. y el cuidado de la salud (healthcare). hace posible para los profesionales de la salud en diferentes ubicaciones el poder entenderse y trabajar en conjunto. como el protocolo de Internet. La estandarización de los protocolos de intercambio de información entre computadoras. que son la salud pública. a las enfermedades o al cuidado de la salud. El término eHealth llega a cubrir [26]:  Productos. sino también de brindar de cambios necesarios en los sistemas de salud para obtener una mejora de la salud a escala global. Algunos ejemplos pueden ser cuidados de la salud adaptados de forma individual para entornos como el hogar. tales como instrumentos para asegurar el monitoreo de presión sanguínea en pacientes dentro de una ambulancia  Sistemas. y denota el uso de datos de forma digital (opuesto a los datos convencionales analógicos como los reporte médicos en papel. que permite el procesamiento y el intercambio de la información. La idea de eHealth cubre todos los aspectos del área de la salud. como 37 . también se utiliza en otras aplicaciones tales como “eLearning” (aprendizaje electrónico) o “eGovernance” (gobierno electrónico). No solo se trata de mejorar la forma en que se intercambia la información. con sus dos facetas. y no solo se refiere a los hospitales. a la medicina. Es por eso que en lugar de proponer una serie de definiciones restrictivas para el uso de las TICs para el cuidado de la salud. 1 Impacto de eHealth eHealth tiene un impacto en los usuarios de forma individual o de forma grupal permitiendo realizar una toma de decisiones de forma colaborativa y compartiendo experiencias con otros usuarios. 3.1. o se pueden usar de forma remota. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH o Operaciones quirúrgicas y unidades de cuidados intensivos. entre otros. telecirugía. beneficios y limitantes de los sistemas empleados para eHealth. Los productos. donde el programa informático hace una revisión de medicamentos no compatibles. en sentido de que se pueden usar localmente en hospitales o consultorios clínicos. incluyendo expedientes médicos electrónicos. Por ejemplo. contraindicaciones y administración de dosis. Figura 3. telediagnósticos. Soluciones eHealth. Personal Data Assistant) que actúa tanto como teléfono celular y como dispositivo para la conexión a Internet con la capacidad de 38 . 1. pero se encuentra equipado con un asistente personal de datos (PDA. Fuente: [24] Cabe destacar que no hay metodologías universales o reconocidas para evaluar las soluciones eHealth. con instrumentos interconectados y servicios de vigilancia para asegurar el monitoreo continuo de los pacientes. un usuario se encuentra en un país extranjero.1 muestra algunas de las soluciones que ofrecen los sistemas eHealth. o Servicios de información para pacientes y clientes. por lo que diferentes pruebas y formas de evaluación se realizan para informar a los pacientes y expertos de la salud sobre las capacidades. La figura 3. sistemas y servicios eHealth son independientes de la ubicación. como en teledermatología. o Servicios de prescripción asistida por computadora.  Disminuye el tiempo de espera de los servicios de salud no críticos. gestión y sistemas de cuidado de tal manera que se identifiquen procedimientos inapropiados o innecesarios que puedan dificultar los servicios de salud. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH acceder a correos electrónicos y sitios Web. con enfoques a las medidas de prevención y un mayor énfasis en el cuidado personal y la el cuidado de la salud en entornos rurales. mHealth es un componente de eHealth que promueve e involucra la 39 . 3. expedientes clínicos electrónicos.  Mejora el uso de los servicios de salud en situaciones no críticas. profesionales de la salud e inexpertos. monitoreo de salud y manejo del estilo de vida. Existe una amplia variedad de servicios de eHealth. de manera que puede consultar al especialista de salud mediante el uso de alguna de las diferentes aplicaciones.2 Servicios sanitarios basados en eHealth Con los recientes avances en la tecnología. entre otras herramientas basadas en las TICs para asistir en la prevención de enfermedades. se ha incrementado el potencial de entrega de servicios de salud de forma electrónica a los usuarios finales bajo el esquema “en cualquier momento y lugar”. servicios de telemedicina.  Crea una mayor conciencia de los servicios de salud en entornos rurales en los usuarios y el personal médico remoto.  Disponibilidad y acceso oportuno de información crítica en caso de emergencias. los sistemas de comunicaciones de banda ancha y la variedad de servicios multimedia. especialmente para usuarios con difícil acceso a los servicios de salud. con diferentes especialidades y ubicaciones geográficas. diagnóstico.  Disponibilidad de servicios clínicos en diferentes horarios. que se refiere al uso de servicios de eHealth en entornos de movilidad. Los métodos y estrategias utilizadas en eHealth fomentan el desarrollo de innovaciones e intervenciones médicas no intrusivas. incluyendo redes de información de salud. tratamiento. Algunos de los beneficios de los servicios de eHealth son [27]:  Disponibilidad y acceso a consejos médicos. El desarrollo de la tecnología móvil abre nuevas oportunidades para mejorar el acceso al cuidado de la salud.  Ahorros para los paciente.  Servicios educativos para residentes.  Disponibilidad y acceso a servicios de salud de una forma más equitativa para zonas rurales y urbanas. páginas Web especializadas en salud. caracterizados por una disponibilidad de recursos limitada y condiciones de red cambiantes [34]. Además. administración. al reducir tiempos de espera y gastos de transporte  Disponibilidad de servicios médicos que no resultan invasivos. sistemas portátiles de monitoreo. o puede buscar información relativa a algún problema de salud que presente. Un elemento perteneciente a eHealth es mHealth. eHealth puede ayudar a realizar cambios en la infraestructura. financiamiento. como la comunicación por voz y los servicios de mensajes cortos (SMS. El doctor se puede enfocar en diferentes tareas. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH utilidad de los dispositivos de comunicación móvil. Combinado con sistemas de sensores de monitoreo. 40 . temperatura. 5.El paciente también puede tener acceso a su información personal y hacer revisiones y consultas adicionales por medio de un dispositivo móvil o un equipo de cómputo. personas de edad avanzada y pacientes con enfermedades crónicas. así como de otras funciones y aplicaciones para la captura.La plataforma mHealth es responsable de procesar la información o de proveer la gestión efectiva de las funciones del dispositivo (como autenticación y control de tráfico) 4.2 muestra un caso típico de uso de mHealth [28]: 1. especialmente si residen en ubicaciones muy alejadas del hospital.Un usuario puede obtener sus señales biológicas (como electrocardiograma. por medio de una conexión cableada o inalámbrica a las GW entre el entorno de usuario y el centro de salud.Otras personas relacionadas con el paciente (como la familia o un asistente de cuidado de la salud) pueden tener acceso a la información personal del paciente monitoreado por medio de un dispositivo móvil o de un equipo de cómputo conectado a Internet. los dispositivos móviles de monitoreo de salud juegan un papel importante en la vida del paciente. particularmente en los sectores de la población que cuentan con discapacidades. 3. almacenamiento y envío de señales biomédicas del usuario [34].La información recolectada es enviada a una plataforma mHealth. 2. sin tener que realizar visitas regulares al doctor en el hospital o clínica. corriendo o si se ha caído) y la información contextual (como la posición y el tiempo de monitoreo) también pueden ser recolectados por los dispositivos. y pueden realizar comentarios y consultas sobre la situación de salud del paciente. Otro tipo de datos. presión sanguínea) a través de dispositivos sensores colocados en su cuerpo o dispositivos sensores a su alrededor. Short Message Service). glucosa en la sangre. Tanto el paciente como el médico obtienen beneficios con el uso de la tecnología. caminando. como la información de actividad del paciente (si se encuentra en una posición fija. De esta forma el paciente puede determinar en qué momento y lugar puede ser monitoreado. y los pacientes pueden permanecer en su entorno sin tener que realizar viajes costosos para visitar al médico. La figura 3. Esos dispositivos de monitoreo móvil potencialmente ofrecen una gran ayuda para los pacientes que pueden contar con un buen plan de salud. presión sanguínea. sensores físicos (monitoreo de la actividad del paciente) y sensores del entorno (temperatura. Red típica para aplicaciones eHealth/mHealth. Estos servicios se enfocan principalmente al tratamiento de pacientes con enfermedades crónicas o para cuidado en el hogar posterior a una hospitalización. teleconsulta. y pueden involucrar el monitoreo de múltiples parámetros incluyendo las señales vitales del paciente (Electrocardiogramas-ECGs.3. 41 . telemonitoreo. telegestión y teleeducación. nivel de glucosa). 2. humedad y presión del aire). De entre las numerosas clasificaciones que pueden ser encontradas en la literatura. los servicios de eHealth suelen ser clasificados de acuerdo a objetivos específicos: tele diagnóstico. como en el caso de servicios de telemedicina para el cuidado de la salud en el hogar. como se muestra en la figura 3. En general. Los servicios de telediagnóstico se describen como comunicaciones punto a punto de forma diferida (un especialista en un sitio remoto revisando la información transmitida de un paciente y retornando un reporte de diagnóstico). EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 3. una amplia variedad de servicios pueden realizarse con el uso de las herramientas y aplicaciones que proveen las comunicaciones necesarias y el soporte asistido por computadora (como análisis de imágenes y herramientas de visualización o entornos de colaboración). mientras que teleconsulta se describe como la visualización y manipulación de forma simultánea de la información médica multimedia. El telemonitoreo se refiere a la transmisión de las señales biomédicas del paciente y otra información relevante. etc. como lo es una intervención quirúrgica involucrando operaciones asistidas por computadora (telecirugía). Entorno de servicios eHealth [29]. información multimedia (audio. Las aplicaciones también pueden ser clasificadas en aplicaciones en tiempo real y aplicaciones en tiempo diferido (tiempo no real) [30. Real Time): Se basan en la adquisición y transmisión en tiempo real de señales biomédicas. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 3. imágenes en alta resolución). parámetros vitales. y el término de tele gestión hace referencia a una combinación de servicios de telemonitoreo y teleconsulta. 3. video.31]:  Aplicaciones en tiempo real (RT. La información que se va registrando 42 . La tele educación se refiere a la educación llevada a cabo de forma remota en una situación no crítica. 1. Tabla 3. El tráfico que generan las aplicaciones de SF no suelen requerir de anchos de banda o retardos específicos. Esta transmisión resulta crítica en pacientes de riego y asistencia domiciliaria. la transmisión de información de un paciente durante una tele operación requiere de requisitos más estrictos que los que convencionalmente requiere [29]. pero requieren de una tasa de pérdida de paquetes muy estricta. pueden involucrar conferencia multimedia. Store and Forward): Se tratan de prácticas clínicas o médicas que no necesitan llevarse a cabo en tiempo real.3 Requerimientos típicos para las aplicaciones eHealth Las aplicaciones tipicas de eHealth pueden involucrar la transmisión de diferentes servicios al mismo tiempo. etc. transmisión de los parametros fisiológicos del paciente. Por ejemplo. 43 . por ejemplo. Tasa de Tipo de Sensible al transmisión Bajo retardo Bajo Jitter aplicación contexto requerida Telediagnóstico Alta Si No Si Teleconsulta Alta Si Si Si Telemonitoreo Baja No No Si Teleeducación Alta No No No Acceso al historial médico Alta-baja No No Si electrónico 3. Es importante notar que pueden existir diferentes casos en que una aplicación en un instante dado pueda tener diferentes requerimientos de QoS. Esta información se almacena en algún servidor para transmitirse posteriormente mediante una conexión apropiada (o se almacena) para poder ser visualizada por algún experto con el fin de terminar un informe. aunque se pueden sufrir ciertas pérdidas de paquetes. como son tasas de transmisión diferentes. primero se registra la totalidad de la señal que se desea transmitir. La tabla 3. transferencia en alta resolución de imagenes médicas. El rango y complejidad de los requisitos de calidad varía de acuerdo a la aplicación de salud o a las especificaciones médicas. la mayoría de señales requieren tasas de transmisión relativamente bajas.1 muestra los requisitos básicos de calidad de servicio de diferentes aplicaciones de eHealth.  Aplicaciones de guardado y reenvió (SF. Requerimientos de QoS de algunas aplicaciones eHealth incluyendo el contexto [29]. acceder a una base de datos. interactividad ya sea en tiempo real o en tiempo diferido y tolerancia a la pérdida de paquetes. Se requiere de la garantía en el retardo y el ancho de banda. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH al mismo tiempo se está transmitiendo. Para ello. Tales aplicaciones generan tráfico con varios requistos diferentes en la red. Exceptuando las imágenes médicas y la transmisión de video de alta interactividad. y esto depende del contexto actual en el que es usado el servicio. transmisión de información administrativa y el acceso al historial clinico electrónico. Es importante hacer una distinción entre los requisitos para transmisión de video en tiempo real. La transmisión de video en tiempo diferido se limita por el tipo de interacción entre el médico y el paciente. por ejemplo. 1 s No (ECG) Transferencia de No disponible No disponible No archivos (FTP) 3. Requisitos de QoS para la transmisión de algunos datos médicos.3. 2. Incluso. transmisión de video en tiempo diferido. ya sea entre paciente- doctor o entre doctor-doctor (como puede ser un especialista en una clínica y practicantes generales). y audio y video fuera de diagnóstico. Los requisitos particulares para una conferencia multimedia dependen del contexto del servicio. Respecto a la pérdida de paquetes.1 Conferencia multimedia Las aplicaciones de conferencia multimedia son una parte importante de los servicios eHealth y se pueden usar para establecer varios escenarios de comunicación. imágenes médicas como una sola radiografía de pecho pueden ser de 40 a 50 MB de tamaño. mientras que un servicio de conferencia de audio o video en una situación de accidente crítico 44 . aunque transmitir las imágenes a una baja tasa implica un tiempo de transmisión mayor. Las aplicaciones en tiempo real de audio para diagnóstico incluyen la transmisión de audio de estetoscopio. En general. de manera que se eviten sesiones posteriores no necesarias. Tabla 3.2 muestra los requisitos básicos de QoS para la transmisión de distintos datos médicos. el comité de Imágenes Digitales y Comunicaciones en Medicina (DICOM. Respecto al video. es deseable transmitir imágenes médicas durante la sesión con el paciente. Pérdida de Servicios Tasa de datos Máximo retardo paquetes Audio 4 – 25 kbps 150 – 400 ms 3% Video 32 – 384 kbps 150 – 400 ms 1% Electrocardiograma 1 . esencialmente no cuentan con un requisito de tasa de transmisión teórica. aplicaciones de audio y video para diagnóstico. Las aplicaciones pueden hacer uso de diferentes tipos de servicio. La tabla 3. un servicio involucrando conferencia de audio o video entre un paciente y un médico para una revisión de rutina puede ser considerada “menos crítica” con respecto a las garantías de QoS (el retardo podría ser cercano a los límites de aceptación del servicio). o la transmisión de un flujo de audio que acompaña al diagnóstico de video. En la práctica. se puede requerir video y audio en tiempo real de diagnóstico además de un flujo de videoconferencia. La transmisión de video en tiempo real resulta el servicio con características más demandantes. las aplicaciones de transmisión de audio y video toleran cierta pérdida de paquetes para consegir interactividad en tiempo real de bajo retardo. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Respecto a la transmisión de imágenes médicas.20 kbps Aprox. las tasas de error aceptables se encuentran especificadas como menores a 3% para voz y menores a 1% para video [29]. Digital Imaging and Communications in Medicine) no ha adoptado algún estándar para la compresión y transmisión de video. Por ejemplo. La transmisión de imágenes en alta definición suelen ser parte de los servicios de teleconsulta. cardiología y 512 x 512 8 256 kB radiología Rayos-X 1024 x 12 1. En el caso de telecirugía. imágenes de ultrasonido o tomografía computarizada. Respecto a la tasa de transmisión requerida. Las imágenes pueden ser imágenes dermatológicas. no se cuenta con requisitos específicos. Pueden involucrar la transmisión tanto de imágenes fijas como en movimiento.2 Imágenes fijas y transmisión de imágenes médicas. rayos-X. 3. el reto más importante en la transferencia de información médica es la entrega confiable de la información. Los servicios robóticos invasivos (telecirugía) críticos para el paciente tienen requisitos más estrictos que los servicios robóticos no invasivos (teleultrasonografía). 120 10000 12 audio digital kbps Electrocardiograma Aprox. La tabla 3. Los requisitos de QoS generalmente son muy estrictos en términos de retardo y no son tolerantes a la pérdida de paquetes.3 muestra características de tasa de datos de algunos instrumentos médicos y de transmisión de imágenes Tabla 3. - compresión 1. 3. 15 1250 12 (ECG) kbps Ultrasonido.3. . EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH donde la comunicación visual con el especialista médico remoto es imperativa requiere garantías de QoS más estrictas. pero hay que considerar que una menor tasa de transmisión conlleva a tiempos de transmisión más grandes. un requisito clave es el tiempo mínimo de retardo desde que el movimiento de la mano del operador inicia. Tamaño Tasa de Tamaño Número de del Bits por Dispositivo datos de muestras /s archivo muestra requerida imagen (bits) Monitor digital de 1 16 < 10 kbps presión sanguínea Estetoscopio de Aprox.8 MB escaneados 1250 4096 x Mamografía 12 24 MB 4096 Video con o sin 384 kbps – . La pérdida de paquetes tiene el potencial de ocasionar consecuencias desastrosas en términos de diagnósticos incorrectos que pueden poner en riesgo a salud y la vida del paciente. Son utilizados para telecirugías y teleultrasonografía. Un resumen de tamaños de imagen y tasas de datos típicas se muestra en la tabla 3. imágenes de resonancia magnética.3 Sistemas telerobóticos.544 Mbps 3. el 45 . Tasas de datos para dispositivos típicos de eHealth[29]. En general.3. 3. Un EHR está diseñado para contener toda la información relevante en cuanto a salud de una persona. y las imágenes se muestren en el monitor del operador. 46 . pérdida de datos e indisponibilidad. hacia un hospital o centro médico. otros pacientes pueden requerir la transmisión durante varios minutos. tales como la enseñanza a distancia para profesionales de salud ubicados en zonas rurales o de difícil acceso. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH manipulador remoto se mueve.4 Transmisión de señales vitales del paciente. El acceso y el manejo de los EHR pueden ser tanto en tiempo real como en tiempo no real. En el caso de manipulación de instrumentos con propósitos de investigación se requieren bajos retardos debido a la posición de las muestras o a los ajustes del instrumento. Se busca que los EHR sean la base para el intercambio transparente de la información de los pacientes. transmisión de audio y/o video.5%. Aún más. Para el caso de simulaciones quirúrgicas de alta interacción. Esto resulta en la necesidad de la transmisión en tiempo real de los parámetros fisiológicos del paciente accidentado. Los requisitos de QoS para un sistema de ultrasonografía requieren de una tasa de pérdida de paquete menor al 0. 3. ya sea desde el lugar del accidente o una ambulancia.3. media (12 a 24 kbps) y alta (mayor a 24 kbps). siendo como requisito clave la transmisión confiable de la información con pérdida de paquetes nula. La cantidad y frecuencia de la información relacionada al monitoreo de señales vitales del paciente depende de las necesidades del paciente.6 Acceso al expediente médico electrónico Los hospitales existentes y en desarrollo y los sistemas de información del cuidado de la salud hacen uso de expedientes médicos electrónicos (EHR).3.5 Servicios de emergencia de eHealth. Estas aplicaciones no suelen considerarse como críticas y pueden tolerar retardos. 3.3. donde los paramédicos que atienden los accidentes no tienen la experiencia suficiente para manejar la situación. Algunas de las aplicaciones más importantes que recaen en los servicios de banda ancha han sido reconocidas como la teleconsulta y telediagnóstico en situaciones de accidentes y urgencias. la investigación biomédica puede involucrar la transmisión de imágenes de alta resolución desde bases de datos remotas. Se ha mostrado en [30] que el tiempo de retardo aceptable para una operación segura es de 330 ms. Mientras que para algunos pacientes solo es necesaria la transmisión de las señales vitales durante algunos segundos.7 Investigación y educación Una amplia variedad de aplicaciones ofrecen soporte en relación a la educación en salud. salones de clase virtual y simulaciones quirúrgicas interactivas.3. estas se verían afectadas por altos retardos. Algunas aplicaciones son teleconferencia. Las señales biomédicas tienen diferentes tasas de transmisión: baja (menor a 12 kbps). y el valor de retardo de viaje completo para la trasmisión de imágenes de ultrasonido tiene un límite de 300 ms como aceptable manteniendo una interacción de alta calidad del sistema. 3. Tabla 3. 1 canal digital de voz Audio digital . Videoconferencia Video .4 muestra una clasificación de diferentes servicios de RT y SF de eHealth. 15 320·280·24b y tasas entre Teleneurología 5−30fps. Transmisión de ficheros Web . (ECG) vitales. Audio-video. 32 ó 16 comprimido Transmisión de Teleradiología Imagen Digital (Radiología) B/N 1 MB 46 imágenes Telepatología Imagen Escaneada (fotografía Color 9 MB 285 Corporal) Acceso a bases Administración ó Acceso Web para consulta Web (HTTP) de datos actualización del HCE remota de información (audio. y se indican sus tamaños típicos y tasas de transmisión típicas. 534 conferencia analógico. RADIO 96 MB 512 Pre adquiridas 16b/20:1 Mamografía 1280·1024pixeles/24b/15:1 MAMO 267 MB Tomografía Axial 256·256-512·512 pixeles /8. Clasificación de los servicios de eHealth [30]. video) FTP on-line Monitorización Presión sanguínea Adquisición y envío de BP/PsO2 400B 3 de pacientes Electrocardiografía señales biomédicas con ECG 12ch-250B 24 (ECG) dispositivos digitales ó Test Holter analógicos (con posterior Holter 3ch-8B 8 (ambulatorio) digitalización). . 4. Seguimiento de Conexión Telefónica Audio analógico .263 Teledermatología se asume tamaño de Video dig-30fps . . Video dig-H. Para vídeo digital. MB sustracción Imagen digitalizada Según tamaño PDF ó WORD Digital - Señales Electrocardiografía Adquisición de señales ECG 40 MB 256 Biomédicas Pre. 64 Emergencia Teleconsulta remota. ambulancia 1 canal digital comprimido Audio Digital . 15 conferencia. TAC 14 MB Computarizada 16b/2:1 Resonancia Magnética 512·512 pixeles /16b/4:1 RNM 28 MB Nuclear Gammagrafía y 512·512 pixeles /8b/2:1 GAMMA 28MB Cartografía Angiografía digital por 1024·1024 pixeles /8b/2:1 DIVAS 3. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH La tabla 3. 32 ó 16 telediagnóstico comprimido Urgencias. 87 Ambulancias Sesiones de Atención domiciliaria. 64 conferencia Pacientes Líneas Fijas de Canales digitales de voz Audio digital . sin la necesidad de 47 . Anotaciones en pizarra interactiva. 10 Transmisión datos Audio. médicas Información médica datos. Canales digitales Audio . Urgencias. 64 telediagnóstico Asistencia rural. Telepsiquiatría Puede usar vídeo digital y Video analógico . 1250 El vídeo analógico usa 1 canal TV. Electroencefalografía EEG 32ch-2B 80 (EEG) Electroecografía ECO 2c-8B 384 (ECO) SF Imágenes Fijas Radiografía 2048·2048pixeles/12. Tipo de Servicio de Características Técnicas Tipo de Tamaño Ancho de Servicio telemedicina Información (bytes) Banda (kbps) RT Video. 4 Wi-Fi y WiMAX en eHealth Actualmente existe en el mundo un impulso general al despliegue de redes de banda ancha que permitan conectar al mayor número posible de personas. salud y gobierno. aunque se trate de una de las tecnologías inalámbricas de mayor penetración a nivel mundial. clínicos.16b) 3. no se utilizaba en el ámbito de salud para ofrecer servicios de tipo sensorial debido a cuestiones de potencia. junto con los gobiernos estatales están desplegando redes de banda ancha que operan en la banda de frecuencia de 3. ubicados en entornos urbanos. diferentes instancias de gobierno. y en particular se busca brindar estos servicios a comunidades rurales o que se encuentren en zonas de difícil acceso. Los suscriptores de estas redes incluyen escuelas de educación primaria y secundaria. 64 Relativa al Electrónico (HCE) historial en papel del paciente Paciente con datos administrativos. En el caso de la tecnología WiMAX se está usando ampliamente en el despliegue de redes que permitan conectar clínicas rurales o en entornos suburbanos con hospitales de mayor nivel. 128 (latido del corazón) (44. Adicionalmente. Estas redes se basan principalmente en sistemas de la tecnología WiMAX debido a la interoperabilidad que ofrece y a la disponibilidad de equipamiento que opera en la banda de frecuencia asignada. se encuentran en desarrollo diferentes dispositivos y sistemas basados en la tecnología Wi-Fi que permiten la comunicación entre sensores de salud para operaciones de baja potencia manteniendo un periodo de vida de los sensores de hasta 5 años [32]. Salud y Gobierno” (REESG) cuyo objetivo es brindar servicios de comunicaciones de banda ancha a diferentes instituciones de los sectores de educación. PDF . Sin embargo Wi-Fi es ampliamente utilizado en aplicaciones de salud en medios portátiles que requieren de la comunicación con los puntos de acceso Wi-Fi. las tecnologías de 3G pueden hacer uso de los AP Wi-Fi para distribuir el ancho de banda a múltiples usuarios que se encuentre bajo un área de corto alcance. el gobierno federal. donde existan médicos de 48 . Actualmente. Para esto.3 a 3. Sonidos Corporales Adquisición de 20s Audio-Datos .1kHz. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH adquiridas Test Holter (ECG envío instantáneo.35GHz asignada por la Secretaría de Comunicaciones y Trasportes para su uso en este proyecto. que se basan en diversas tecnologías se busca atender necesidades de la población e impulsar su desarrollo económico y social. diferentes centros comunitarios. A través de estas redes. En México se encuentra en desarrollo el proyecto del gobierno federal denominado “Redes Estatales de Educación. etc. Holter 692 MB continuo) Electroencefalograma EEG 2 MB (EEG) Estudio del sueño EEG 664 MB Electroecografía ECO 384 MB (ECO) Información Historial Clínico Digitalización electrónica del Word. En el caso de Wi-Fi. Para el caso de México las tecnologías WiMAX y WiFi son muy importantes para el despliegue de servicios de eHealth. en edificios y en los hogares que están generando el desarrollo de muchas aplicaciones que hacen uso de estos servicios de conectividad incluidas muchas aplicaciones de eHealth. 49 . Para el caso de WiFi como ya se mencionó existe una gran cantidad de puntos de acceso en espacios públicos. Debido a lo anterior será muy importante evaluar la calidad de servicio de estas tecnologías. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH diferentes especialidades. para generar recomendaciones de su uso en aplicaciones eHealth. de acuerdo a las recomendaciones de la ITU. Pruebas de calidad de servicio .Capítulo 4 . variación de retardo (jitter) y pérdida de paquetes para distintos tipos de aplicaciones. Este protocolo es utilizado para este tipo de aplicaciones debido a que la información debe ser entregada libre de errores aunque la retransmisión de la información implique que exista un retardo más grande al transmitir la información. De no ser así. Finalmente se muestra el análisis de resultados. Se describe cual es el objetivo de las pruebas realizadas para tecnología WiMAX y Wi-Fi. los requisitos de retardo para las aplicaciones en tiempo diferido no se encuentran definidos. Los parámetros de referencia utilizados en este trabajo son las recomendaciones ITU.2. Las aplicaciones de eHealth en tiempo real como VoIP y video suelen ser entregadas mediante el protocolo UDP (User datagram protocol). EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH En este capítulo se presentan las pruebas de calidad de servicio realizadas sobre una maqueta de la tecnología WiMAX y una maqueta de la tecnología Wi-Fi. así como las características de los equipos utilizados y el tipo de pruebas que se realizaron. 51 . en sentido de que la recepción de los datos puede contar con tiempos de espera grandes. Las pruebas se realizaron con el fin de determinar si estas tecnologías son capaces de cumplir con los requisitos de calidad de servicio para las aplicaciones de eHealth de voz. UDP es un protocolo no orientado a conexión. suelen ser entregados mediante el protocolo TCP (Transmission Control Protocol). de tal forma que los equipos realizan un establecimiento de conexión para enviar los datos. Como se observa de la tabla 3. video y datos teniendo como base las recomendaciones de la ITU. Este protocolo es utilizado debido a que la retransmisión de paquetes de video y voz causaría una baja experiencia al escuchar del audio o en la visualización de video. 4. se realiza la retransmisión de los paquetes que hayan sido perdidos o se encuentren en error. Posteriormente se indica cual es el escenario de pruebas para WiMAX. y estos son entregados en su destino sin errores y en el mismo orden en que se transmitieron. El realizar pruebas que permitan evaluar la QoS para las aplicaciones de eHealth permite poner dentro de un contexto cuales son los parámetros de calidad necesarios para garantizar la satisfacción de los usuarios e indicar cuál es el desempeño de las tecnologías utilizadas para brindar los servicios. que definen valores objetivo para el retardo. TCP es un protocolo orientado a conexión. Las aplicaciones de eHealth se dividen en aplicaciones en tiempo real y aplicaciones en tiempo diferido. Las aplicaciones de eHealth en tiempo diferido. y los equipos no realizan un reconocimiento (Acknowledgment. como la transferencia de imágenes y expedientes médicos electrónicos. lo que implica que los equipos no realizan una negociación previa para indicar la transmisión de los datos.1 Objetivos de las pruebas Actualmente dentro del área de salud no existe algún estándar que indique cuales son los parámetros de desempeño de QoS que son requeridos por las diferentes aplicaciones y servicios de eHealth. pero se debe asegurar que la información sea entregada sin errores. ACK) de que la información se ha recibido de forma correcta. 2. así como del equipo suscriptor que son usados en las pruebas se presentan en la tabla 4. y permite registrar los resultados en una computadora que funciona como servidor de pruebas. 52 . Otra herramienta utilizada es Wireshark. ya que no importa si se trata de un servicio de voz. La maqueta consiste en una radio base del estándar IEEE802. de retardo en la transmisión y de variación de retardo. son tecnologías “todo IP”. Con esta herramienta se envían paquetes de un tamaño determinado a la computadora que funciona como servidor para poder obtener el valor de retardo de tiempo redondo (round time trip). así que se asume que los resultados de estas pruebas sobre enlaces de datos pueden tomarse como referencia para el despliegue de servicios reales de eHealth. se establecen límites de pérdida de paquetes. Como ya se ha mencionado las tecnologías usadas en esta evaluación. Iperf es un programa basado en línea de comandos que funciona tanto para el sistema operativo Windows como para Linux.2 Pruebas en WiMAX 4. la evaluación de las tecnologías se realizará con base a las pruebas de enlaces de datos generados a partir de herramientas de generación y monitoreo de tráfico. 4. datos o video.16e (WiMAX móvil) con tres antenas sectoriales de 120° y diferentes estaciones suscriptoras (SS). Las características de la BS. variación del retardo y tasa de pérdida de paquetes. Dado que no se dispone de equipo médico para realizar pruebas directamente sobre un servicio eHealth “real”. estos servicios finalmente son tratados como un flujo de datos.1. El objetivo principal de estas pruebas es evaluar los parámetros de calidad de servicio de las tecnologías WiMAX y WiFi: retardo. que es un analizador de flujos de datos sobre enlaces de red. Esta herramienta es utilizada para observar el comportamiento de la tasa de transmisión de flujos de audio y datos. Lo que más afecta a estos servicios es el retardo y la variación del retardo Para la realización de las pruebas se han utilizado tres herramientas de uso libre.1 Escenario de pruebas Para las pruebas de la tecnología WiMAX se ha realizado una campaña de medición en campo usando una maqueta que se instaló en el Departamento de Telecomunicaciones de la ESIME Zacatenco. WiMAX y WiFi. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Para el caso de las aplicaciones en tiempo real. Con los resultados obtenidos se realizará un análisis en referencia a las demandas de los servicios de eHealth para generar recomendaciones de la aplicación de estas tecnologías en esta área de los servicios de salud. Esta herramienta permite obtener los parámetros de variación de retardo y pérdida de paquetes para el protocolo UDP de un enlace al enviar un flujo de datos de tamaño seleccionable. Esta herramienta envía paquetes de protocolo ICMP (internet Control Management Protocol) de tamaño seleccionable. Una de ellas es Iperf. Esto se debe a que los servicios de voz y video pueden tolerar una determinada pérdida de paquetes (especificados por la ITU) y aun así poder satisfacer su propósito. La otra herramienta utilizada es el comando Ping. 1. y cuenta con la presencia de árboles de aproximadamente 10m de altura.3. 1. Con una línea azul se indica el recorrido realizado para cada una de las pruebas que se realizaron para cada clase de servicio de la tecnología WiMAX.3 . EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Tabla 4. Esta zona cuenta con edificaciones de altura media y alta.5 m móviles Tipo y ganancia de antena Omnidireccional. Equipo utilizado en la maqueta WiMAX y sus características Parámetros Descripción Valor Número de BS 1 Número total de sectores 3 Configuración de la red Banda de frecuencia de 3. 53 .35 GHz operación Esquema de duplexado TDD Potencia del amplificador 26 dBm Ganancia de antena 16 dBi Estación base Apertura de antena 120° Tasa de transmisión máxima 25 Mbps por sector Potencia del amplificador 25 dBm Altura de los suscriptores Equipo suscriptor 1. El escenario de pruebas se muestra en la figura 4. 0 dBi Un sector de la radiobase fue orientado hacia la zona de la colonia Lindavista. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 4. 1. Lugar del escenario de pruebas de calidad de servicio de la tecnología WiMAX en la ESIME Zacatenco y la colonia Lindavista en la Ciudad de México. 4.2.2 Configuración del equipo La configuración de la radiobase WiMAX consiste en ajustar los parámetros de calidad para cada flujo y clase de servicio. Se requiere realizar las siguientes tres configuraciones:  Configuración de la radiobase (BS) y del suscriptor (SS). Se realizaron ajustes comunes entre la BS y los SS. La banda de operación de la BS WIMAX es de 3.3 a 3.35 GHz, con 4 canales de 10 MHz y 10 MHz de banda de guarda. El equipo suscriptor se configuró a una frecuencia central de operación de 3315 MHz.  Creación y asignación de perfil de cliente en la red: Se configuran los perfiles de usuario, donde se indican los flujos de servicio a utilizar para cada SS. Aquí se indica la relación del flujo del cliente con las clases de QoS del estándar WiMAX. El perfil de cliente es un conjunto de flujos de servicio que corresponden a un nivel específico de servicio brindado a un SS en particular. Se define la dirección del flujo, un perfil de QoS y la prioridad del flujo. Los perfiles de cliente pueden tener hasta 16 flujos de servicio.  Creación y asignación de perfiles de QoS. Aquí se especifican las características de QoS para cada una de las clases de servicio. Se elaboraron cinco perfiles de QoS, uno para cada clase de QoS del estándar WiMAX. y se configuró el máximo retardo soportado, la máxima tasa de datos sostenida, la mínima tasa de datos reservada y el jitter tolerado. 54 EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH La tabla 4.2 muestra las características de los parámetros asignados para los flujos de QoS de WiMAX que se configuraron en la radio base. Tabla 4. 2. Configuración de parámetros de QoS en WiMAX ID de Nombre Máxima Retardo Tipo de Prioridad Mínima Jitter Tasa perfil asignado tasa de máximo servicio de tráfico tasa de tolerado garantizada QoS datos datos no sostenida (ms) QoS reservada (ms) solicitada (bps) (bps) (bps) 1 UGS_4M 4000000 150 UGS 1 4000000 10 4000000 2 ertPS_4M 4000000 150 ertPS 2 125000 10 - 3 rtPS_4M 4000000 150 rtPS 3 125000 10 - 4 nrtPS_4M 4000000 150 nrtPS 4 125000 10 - 5 BE_4M 4000000 - BE 5 0 - - 4.2.4 Pruebas realizadas Se realizó una campaña de adquisición de datos de calidad de servicio en enlaces WiMAX establecidos entre la BS instalada en ESIME Zacatenco y una SS móvil. Para ello se realizaron recorridos a pie con una unidad suscriptora conectada a una laptop. Como parte de la prueba también se conectó una computadora a la radiobase y en ella se configuró el software Iperf para operar como servidor. Este servidor es el encargado de registrar los parámetros de jitter y pérdida de paquetes de los enlaces WiMAX establecidos con la unidad suscriptora. En la laptop conectada a la SS se configuró el software Iperf como cliente para enviar flujos de datos utilizando el protocolo UDP hacia el servidor Iperf conectado a la BS. La figura 4.2 ilustra el escenario de pruebas. Figura 4. 2. Escenario de prueba entre equipo suscriptor y radio base WIMAX. Se realizó un recorrido individual sobre el área indicada para probar cada una de las clases de servicio definidas en WiMAX y se almacenaron los resultados obtenidos en el servidor. La 55 EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH duración de cada recorrido fue de aproximadamente 1 hora. El tamaño de los paquetes de prueba utilizados para esta prueba es de 1470 bytes, que es un tamaño estándar de paquetes utilizado para servicios de video. Los paquetes de datos se transmitieron mediante el protocolo UDP. Estos paquetes son enviados sin el establecimiento previo de una conexión entre el equipo transmisor y receptor, de manera que si ocurren errores en la transmisión de paquetes, no se hace un reenvío de estos. El protocolo UDP se utiliza cuando se debe garantizar una tasa de transmisión y los paquetes de datos pueden sufrir de ciertas pérdidas, o cuando no es posible realizar retransmisiones por los requisitos de retardo. Para obtener el desempeño de retardo, se utilizó el comando Ping desde el equipo suscriptor a la radiobase durante un periodo de 1 hora para cada una de las clases de QoS. 4.2.5 Resultados de las pruebas de QoS de WiMAX 4.2.5.1 Resultados de retardo El retardo es el tiempo que le toma a un paquete de datos llegar de la fuente al destino, y se mide en milisegundos. El resultado de la prueba de retardo se muestra en la figura 4.3 Figura 4. 3. Resultados de retardo para las cinco clases de QoS de WiMAX. La tabla 4.3 muestra estadísticas que describen el comportamiento del retardo para cada una de las cinco clases de QoS de WiMAX Tabla 4. 3. Valores estadísticos del retardo para las cinco clases de servicio de WiMAX Valor Mínimo Valor Máximo Desviación Clase de servicio Promedio (ms) (ms) (ms) estándar (ms) UGS 31.32 86.26 45.48 6.79 ertPS 31.56 98.02 52.84 8.14 56 08 BE 1.17 19.01 3.43 7.44 BE 41.77 22 5. Bajo el escenario de pruebas propuesto.51 0.71 26.70 nrtPS 3. Resultados de Jitter para las cinco clases de QoS de WiMAX.84 Este parámetro está definido en la recomendación ITU-T Y.09 1.57 6.40 De acuerdo a la recomendación ITU-T G.2 Resultados de Jitter El jitter es la variación en el arribo de los paquetes al destino.1010. 4. mientras que las clases de menor prioridad tienen un retardo más variado. 4.01 3.5.40 162.4 muestra el resultado de la prueba de Jitter.54 0.4 muestra estadísticas que describen el comportamiento de la variación del retardo para cada una de las cinco clases de QoS de WiMAX Tabla 4.64 rtPS 1. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH rtPS 36.56 41.2. todas las clases de QoS de WiMAX presentan un retardo promedio menor a 150 ms. Figura 4.15 1.48 3. La tabla 4.31 12.02 201.1541 con un valor máximo de 50 ms para las aplicaciones en tiempo real para que sean consideradas como satisfactorias para el usuario. Se observa que para el servicio UGS se tiene un retardo más estable. La figura 4.57 ertPS 1. el retardo preferido para las aplicaciones de audio y video debe ser menor a 150 ms con un límite de 400 ms.86 0.69 nrtPS 10 99 73. Los resultados muestran que los valores promedio de Jitter para las cinco clases de 57 . 4.68 6.91 4.14 81.Valores estadísticos de la variación del retardo para las cinco clases de servicio de WiMAX Clase de servicio Valor Mínimo Valor Máximo (ms) Promedio Desviación estándar (ms) (ms) (ms) UGS 1.16 85. Cabe recordar que el protocolo de transporte utilizado fue UDP. como BE. La tabla 4. Figura 4.1010 se indica que las aplicaciones en tiempo real deben contar con una PLR de 1% para los servicios de video. que cuenta con una mayor variación de jitter. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH QoS se encuentran dentro de 3.00 5 ertPS 0 20 4.3 Resultados de PLR La tasa de pérdida de paquetes (PLR. que retransmite los paquetes cuando detecta que se han perdido o se encuentran en error. y de 3% como máximo para las aplicaciones de voz.14 En la recomendación ITU-T G. 5. 4.69 11. Valores estadísticos de la pérdida de paquetes para las cinco clases de servicio de WiMAX.88 rtPS 0 20 6.5 muestra el resultado de la prueba de PLR.17 6.14 10.5. Tabla 4. teniendo el servicio UGS valores más estables que aquellos servicios de menor prioridad. Resultados de PLR para las cinco clases de QoS de WiMAX.88 4. Packet Loss Rate) es la relación entre el número de paquetes perdidos y el número total de paquetes enviados en el flujo de datos.17 nrtPS 0 75 11. en el cual al haber pérdida de paquetes no se realiza una retransmisión de los paquetes. Generalmente los servicios en tiempo real como transmisión de voz y video utilizan este protocolo de transporte pudiendo tolerar ciertos niveles de error. Se 58 . La figura 4.5 a 5 ms. Valor Mínimo Valor Máximo Desviación Clase de servicio Promedio (%) (%) (%) estándar (%) UGS 0 20 5.69 BE 0 75 10. Otro protocolo de transporte que se usa es TCP.2. 5.5 muestra estadísticas que describen el comportamiento de la relación de pérdida de paquetes para cada una de las cinco clases de QoS de WiMAX. 1 Escenario de prueba de calidad de servicio con Iperf El equipo Wi-Fi utilizado en estas pruebas fue de tipo “outdoor” (para exteriores) bajo el estándar 802. Debido a cuestiones de disponibilidad de la maqueta WiMAX no se realizaron pruebas adicionales con paquetes de menor tamaño.8 metros sobre el nivel del suelo. Como los parámetros de calidad se obtuvieron en un entorno de movilidad. 6.6. y el equipo APO2 se instaló en una ubicación cercana a una altura promedio de 1.3.5 m Omnidireccional. Parámetros 3 Descripción Valor Número de APs utilizados 2 Configuración de la red Banda de frecuencia de operación 2.3 Pruebas en Wi-Fi 4. El equipo seleccionado para la prueba cuenta con capacidad de manejo de QoS. La figura 4. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH observa que para todas las clases de servicio se tienen con valores de PLR mayores a los marcados por la recomendación.1. Equipo utilizado en la maqueta Wi-Fi y sus características. integrada al Equipo suscriptor Tipo de antena equipo Soporte de WMM Si 59 .4 GHz Potencia del AP 23 dBm Puntos de Acceso Ganancia de antena 6 dBi Soporte de WMM Si Altura del suscriptor móvil 1. 4. mientras que las aplicaciones en tiempo real no realizan retransmisiones ante la pérdida de datos. La maqueta instalada consta de dos puntos de acceso (AP) Wi-Fi denominados como APO1 y APO2. 4. La segunda prueba consiste en la realización de una llamada de voz sobre IP sobre un enlace Wi- Fi utilizando la categoría de acceso de tipo voz y compararla con una llamada de voz sobre IP sin priorización por medio de categorías de acceso. Las características de los equipos utilizados se indican en la tabla 4. Tabla 4. los valores de PLR obtenidos en esta prueba se puede deber a condiciones de cobertura de la radiobase. Una de ellas está enfocada en obtener parámetros de calidad de servicio utilizando el protocolo UDP en un enlace Wi-Fi de tipo Outdoor (en exteriores) mediante el uso de la herramienta Iperf.11n.1 Escenarios de pruebas Para el caso de las pruebas de Wi-Fi se realizaron dos pruebas de calidad de servicio. teniendo la función de repetidor del APO1.6 muestra el AP y el equipo utilizado en las pruebas. El equipo APO1 se instaló de forma externa. Cabe recordar los servicios en tiempo diferido utilizan retransmisión de paquetes para asegurar la integridad de los datos.3. en el tercer piso de la Sección de Telecomunicaciones del Instituto Politécnico Nacional. La circunferencia azul delimita la zona de cobertura del APO2. 6.Fi. Ubicación de los dos AP utilizados para pruebas de QoS en Wi. y la distancia aproximada del equipo portátil al APO2 es de 40 metros. 60 .7 muestra la ubicación de los AP. La distancia aproximada entre el APO1 y el APO2 es de 40 metros. Figura 4. La figura 4. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 4. 7. La circunferencia de color azul indica la zona donde se realizaron las pruebas de calidad. APO2 y equipo utilizado para las pruebas de calidad de servicio. y tiene un radio aproximado de 30 metros. 9 muestra la pantalla de configuración de una tarjeta de red que cuenta con soporte 802. 9.8 muestra la pantalla de configuración de una tarjeta de red que cuenta con soporte 802.11n. La figura 4. Tarjeta de red con soporte 802. Figura 4. 8. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH El equipo portátil utilizado para la prueba cuenta con una tarjeta Wi-Fi del estándar 802.11n pero no con soporte WMM. La figura 4.11n y soporte WMM. el que un equipo cuente con esta tarjeta no significa que puede utilizar las funciones de WMM que permiten la QoS para el enlace inalámbrico. Sin embargo.11n.11n sin soporte WMM.11n y soporte de WMM. Tarjeta de red con soporte 802. Dependiendo del modelo del AP que se utilice. también será necesario realizar la configuración pertinente para indicar las características de WMM. así como la opción correspondiente de WMM para hacer uso de la capacidad de QoS de Wi-Fi. Figura 4. Los APs utilizados en estas 61 . Se debe habilitar tanto la opción para emplear el estándar 802. 48-55 Voz 10 ms) 7 – Controld de red 0xe0-0xff 56-63 Voz Los valores de DSCP para las diferentes aplicaciones normalmente son modificados o insertados en los routers o son generados por las aplicaciones de origen. Esta herramienta tiene la función de firewall y permite hacer el cambio de valor de DSCP de los paquetes por medio de puertos de origen o destino. es el que se utiliza de forma convencional en Internet. la cual se ejecuta en el equipo servidor. mientras que la computadora con iptables envia paquetes con la aplicación Iperf a la direccion IP del servidor. como una central telefónica. La tercera instrucción es la que indica el cambio de valor de DSCP de los paquetes por el valor X.Esfuerzo Excelente 0x60-0x7f 24-25. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH pruebas realizan de forma automática el mapeo de los valores de DSCP (Diffentiated Services Code Point) de los paquetes IP que se transmiten a los valores correspondientes de WMM. Este tipo de tráfico. 0xc0-0xdf 26-27. Los comandos utilizados para hacer el cambio de valor de DSCP son: 1) iptables -t mangle -N marca-de-dscp-X 2) iptables -t mangle -A POSTROUTING -j marca-de-dscp-X 3) iptables -t mangle –A marca-de-dscp-X -j DSCP --set-dscp X La instrucción 1 crea una nueva cadena en el firewall de nombre “marca-de-dscp-X”.Video (latencia < 0xa0-0xbf 40-45 Video 100 ms) 6 .7 muestra el mapeo de valores DSCP a las categorías WMM. 62 . Para este trabajo. La instrucción 2 añade la regla de “POSTROUTING”. son asignadas estas reglas a todo le tráfico que sea transmitido por el equipo. Fuente:[33] Clase de servicio de Rango de Tipo de Rango de DSCP Categoria WMM 802.1p servicio (TOS) 0 – BE 0x00-0x1f 0-7 BE 1 – BK 0x20-0x3f 8-15 BK 2 – Libre (spare) 0x40-0x5f 16-23 BK 3. Para verificar que se esta realziando el cambio de los valores de DSCP de los paquetes se utilizó una herramienta de analisis de paquetes. 28-31 BE 4 – Carga controlada 0x80-0x9f 32-39 Video 5 . 0xb8. X es un número decimal del rango 0 al 63. La herramienta utilizada es “Microsoft Network Monitor 3. que hace que los paquetes entren a la cadena “marca-de-dscp-X” antes de ser transmitidos por el equipo. La tabla 4.10 muestra paquetes con el valor por defecto de DSCP al utilizar Iperf sin la configuración de iptables. La figura 4. la modificación de los valores de DSCP se realizó mediante la herramienta “iptables” del sistema operativo Ubuntu. La figura 4. sin marca de prioridad. Mapeo de valores DSCP/TOS a categorias WMM. 46-47. Tabla 4.4”. 7.11 muestra el cambio de valor de DSCP de los paquetes tansmitidos por Iperf en el equipo donde se utiliza iptables. Como no se especificó un puerto en particular.Video (latencia < 0x68. 4.3. Paquetes sin marca de DSCP.2 Escenario de prueba de calidad de servicio con Voz sobre IP Para las pruebas de calidad de servicio con Voz sobre IP se utilizó un AP de tipo “Indoor” (para interior).1. tomando los valores correspondientes de la tabla 4. 10. que se ubicó en el tercer piso de la Sección de Telecomunicaciones del Instituto Politécnico Nacional. 11. que es un tamaño de paquete utilizado para aplicaciones de voz. y la otra prueba fue realizada para tamaños de paquete de 1280 bytes. Para esta prueba se utilizó la aplicación de inspección de paquetes “Wireshark”.7. Figura 4. Para cada una de las categorias de acceso se realizaron las pruebas con dos tipos de tamaño de paquetes. Una prueba fue realizada con paquetes de tamaño de 160 bytes. y se realizaron 2 repeticiones de 2 minutos para cada una de las pruebas. que es un tamaño de paquete utilizado para aplicaciones de video. cuyas características se muestran en la tabla 4. Las pruebas se realizaron en movimiento dentro del área de cobertura del APO2. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 4. Se realizaron cuatro pruebas de calidad de servicio en Wi-FI. Esta prueba consta de tres usuarios que se encuentran ubicados dentro de la zona de cobertura del equipo 63 . Paquetes con marca de DSCP. una prueba para cada categoría de acceso. Para hacer cada prueba se configuró iptables con el valor correspondiente a la categoría de acceso que se evaluó. la cual permite mostrar el comportamiento de la tasa de transmisión de una conversación de voz sobre IP.6. otro equipo basado en Linux. Las características de los equipos empleados se muestran en la tabla 4. es empleado en diferentes instantes de tiempo para introducir tráfico adicional a la red. es decir.11b/g/n -Software: Linphone. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH AP a una distancia de 10 metros de separación del AP. El equipo Rasp1 genera tráfico de datos mediante el uso de Iperf.11b/g/n .Access Point indoor con soporte de WMM 64 . 8. denominado como Lap2. iperf .Tarjeta de red WiFi etiquetado de calidad 802. Un tercer usuario.11b/g/n -Software: Linphone. Wireshark -SO Windows 7 -Transmisor de voz sin . genera una conversación de VoIP con asignación de categoría de acceso de tipo “Voz”. denominado como Lap3. Wireshark -SO Linux Ubuntu -Transmisor de voz con .Tarjeta de red WiFi etiquetado de calidad 802.11b/g/n -Software: MiniSIPserver -SO: Raspbian -Generador de tráfico UDP . su comportamiento es del tipo “mejor esfuerzo”. Wireshark.11b/g/n -Analizador de protocolos (receptor de llamada con y -Software: Linphone.11b/g/n -Software: iptables. Equipos utilizados en la prueba de Voz sobre IP Equipo Características Uso -SO: Linux Mint -Receptor de transmisión -Tarjeta de red WiFi VoIP 802. denominado como Lap1 realiza la escucha de las conversaciones de forma simultánea de la llamada con categoría de acceso y de la llamada sin categoría de acceso. sin calidad) Iptables. Un usuario. iptables -SO Windows 7 -Servidor PBX instalado -Tarjeta de red WiFi sobre Windows 802. denominado Rasp1.WiFi 802. El software empleado para la conversación VoIP es el cliente softphone de código abierto “Linphone” que además de funcionar para diferentes sistemas operativos. permite múltiples conversaciones de VoIP de forma simultánea.8: Tabla 4. Otro usuario.Tarjeta de red WiFi 802. genera una conversación de VoIP sin contar con alguna clasificación de categoría de acceso. Además. hasta el valor 5. 5 Mbps y 1 Mbps. El equipo Rasp1 es utilizado para enviar flujos de datos de tipo UDP mediante la herramienta Iperf con el fin de mostrar el comportamiento de una conversación con categoría de acceso y una conversación sin categoría de acceso cuando se presenta tráfico adicional en la red. Valor de opinión media) basado en la recomendación ITU-T P. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH La configuración de la maqueta se muestra en la figura 4. la tasa de transmisión promedio es de 80 kbps. Las tasas de transmisión empleadas con Iperf son 10 Mbps. Todos los equipos se encuentran conectados de forma inalámbrica con tarjetas de red compatibles con 802. Para esta prueba. El tamaño promedio de los paquetes utilizados en las pruebas es de 214 bytes. Esto significa que cada muestra de voz se codifica a 8 bits. indicando que se va a tener una calidad de escucha muy mala. Se utilizó codificación PCM ley A en cada uno de los softphones empleados para las pruebas. El softphone utiliza una escala que va del valor 0. El periodo de prueba se divide en 4 partes y permite observar el comportamiento en la tasa de transmisión de la conversación VoIP. la evaluación se realiza con base en la escala de MOS que presenta el softphone con el fin de mostrar la diferencia en la calidad de un servicio cuando hay fuentes adicionales de tráfico en la red. que indica que se tiene una calidad de escucha excelente. teniendo una tasa de transmisión (throughput) promedio de 64 kbps. En conjunto con las cabeceras de la capa de enlace de datos y de red.800 y es un indicativo de la aceptación por el usuario de la calidad de la conversación. Cabe mencionar que el softphone utilizado cuenta con una escala de calidad similar al “MOS” (Mean Opinion Score.11n al Access Point Indoor Unifi. 12 Maqueta de pruebas utilizada para la prueba de calidad en una conversación de Voz sobre IP El equipo Lap4 es un servidor PBX donde se registran los equipos para realizar las llamadas VoIP. 65 .12: Figura 4. 3. Figura 4.51 107 18.14 muestra los resultados del comportamiento del retardo para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 1280 bytes. 9.21 142 22.16 BK 5. 13.01 32. Tipo de Valor mínimo Valor Máximo Promedio Desviación categoría de (ms) (ms) (ms) estándar (ms) acceso BE 5.03 La figura 4. La tabla 4.93 142 35. Tabla 4.3.2 Resultados de las pruebas de calidad de servicio con Iperf 4.2.13 muestra los resultados del comportamiento del retardo para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 160 bytes.9 muestra estadísticas que describen el comportamiento del retardo para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 160 bytes. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH 4.71 74. 66 .86 20.79 13.6 22. Resultados de Retardo para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi utilizando paquetes de 160 bytes.39 VO 6. Valores estadísticos del retardo para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 160 bytes.1 Resultados de retardo La figura 4.61 VI 7.40 15. Bajo el escenario de pruebas propuesto. Tabla 4. teniendo mayor variación de los valores de retardo. Tipo de Desviación Valor mínimo Valor Máximo Promedio categoría de estándar (ms) (ms) (ms) acceso (ms) BE 8.2. 4. 10.45 164. siendo 400 ms el valor máximo para asegurar la calidad. todas las clases de QoS de Wi-Fi presentan un retardo promedio menor a 150 ms. el retardo promedio preferido para las aplicaciones de audio y video debe ser menor a 150 ms.76 VI 10. Resultados de Retardo para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi utilizando paquetes de 1280 bytes. mientras que las clases de mayor prioridad tienen una variación menor de valor.26 24.07 VO 11.2 Resultados de Jitter La figura 4. La tabla 4.3. 67 .72 45.5 117 33.66 54. También se puede observar que los paquetes de mayor tamaño presentan un mayor retardo que los paquetes de menor tamaño. Se puede observar una diferencia entre el desempeño de la clase sin prioridad o BE. Valores estadísticos del retardo para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 1280 bytes.15 muestra los resultados del comportamiento del jitter para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 160 bytes.1010. 14.46 904 106.8 213 56.10 muestra valores estadísticos que describen el comportamiento del retardo para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 1280 bytes. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 4.60 BK 10 241 55.27 De acuerdo a la recomendación ITU-T G. Valores estadísticos del jitter para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 160 bytes.99 11. 68 .15 13.25 VO 1. Resultados de jitter para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para paquetes de 160 bytes.66 4. 11.51 1.71 3.16 muestra los resultados del comportamiento del jitter para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 160 bytes.87 La figura 4. La tabla 4.31 8.44 69.07 3.73 3. 15. Tipo de Valor mínimo Valor Máximo Promedio Desviación categoría de (ms) (ms) (ms) estándar (ms) acceso BE 0.97 22. Tabla 4.48 17.2 4.11 muestra estadísticas que describen el comportamiento del jitter para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 160 bytes.20 VI 1. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 4.02 BK 1. La tabla 4.09 71.35 70. 12.9 4.81 11. y pueden ser diferentes para pruebas en redes de extremo a extremo. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 4.15 8.26 16. 16.3 Resultados de PLR La pérdida de paquetes es la relación entre el número de paquetes perdidos y el número total de paquetes enviados.3.53 El parámetro de jitter está definido en la recomendación ITU-T Y. Resultados de jitter para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para paquetes de 1280 bytes.27 3.65 13.78 33.17 muestra el resultado de la prueba de PLR para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 160 bytes.2. 4.85 9. Los valores promedio para la prueba de paquetes de tamaño de 160 bytes presentan valores más estables de jitter.63 VO 2. La figura 4. Estos valores cumplen con la recomendación.7 26.1541 con un valor máximo de 50 ms para las aplicaciones en tiempo real para que sean consideradas como satisfactorias para el usuario. 69 . Los resultados muestran que los valores promedio de Jitter para las cuatro clases de QoS se encuentran en un rango de 3 a 16 ms.12 muestra estadísticas que describen el comportamiento del jitter para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 1280 bytes Tabla 4. Tipo de Valor mínimo Valor máximo Desviación categoría de Promedio (ms) (ms) (ms) estándar (ms) acceso BE 4. Valores estadísticos del jitter para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 1280 bytes. Para la prueba de paquetes de tamaño de 1280 bytes se tienen valores más dispersos de jitter.62 19.12 BK 5. hay que considerar que estos valores se obtuvieron para la red de acceso. sin embargo.85 VI 4. 18.18 muestra el resultado de la prueba de PLR para para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 160 bytes. 13. Tabla 4.38 2.16 9.04 La figura 4. La tabla 4.86 BK 0 40.14 1.32 9. Figura 4.95 6. Resultado de Tasa de Paquetes Perdidos para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para paquetes de 160 bytes.05 VO 0 28. 70 .78 VI 0 35.13 muestra valores estadísticos que describen el comportamiento de la relación de perdida de paquetes para cada una de las cuatro categorías de acceso de Wi-Fi. 17.87 3.45 4. Resultados de PLR para las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para paquetes de 1280 bytes. Valores estadísticos del PLR para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 160 bytes.6 5. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Figura 4. Tipo de Valor Valor Desviación Promedio categoría de Mínimo Máximo estándar (%) acceso (%) (%) (%) BE 0 19. Tipo de Valor máximo Valor mínimo Desviación categoría de Promedio (%) (%) (%) estándar (%) acceso BE 0 14. 4. y de 3% como máximo para las aplicaciones de voz.14 muestra valores estadísticos que describen el comportamiento de la relación de pérdida de paquetes para cada una de las cuatro clases de QoS de Wi-Fi para la prueba de paquetes de tamaño de 1280 bytes.36 0. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH La tabla 4.02 3.1010 se indica que las aplicaciones en tiempo real deben contar con una PLR de 1% para los servicios de video. 14.72 2.3 Resultados de las pruebas de calidad de servicio de Voz sobre IP La primera parte de la prueba consiste en registrar únicamente la conversación de VoIP que cuenta con prioridad de tipo “voz” al mismo tiempo que se registra la conversación de VoIP que no cuenta con prioridad. La tasa de transmisión promedio cuando no se inyecta tráfico adicional en la red de 86 kbps en promedio.28 0. Resultado de tasa de transmisión en el periodo de tiempo de 20 segundos a 80 segundos. Figura 4.84 0.3.28 4.98 0. Solo la categoría de BE presento un promedio de PLR mayor que el recomendado. La figura 4. Valores estadísticos del PLR para las cuatro clases de servicio de Wi-Fi para un tamaño de paquetes de 1280 bytes. 71 .81 En la recomendación ITU-T G. En este tiempo.26 1. no se inyecta tráfico adicional en la red.7 VI 0 14.02 VO 0 3. 19. que consta del segundo 20 al segundo 80. En esta prueba se obtuvieron tasas de error para los servicios con mayor prioridad en cumplimiento con la recomendación.23 BK 0 16.19 muestra el comportamiento de las dos conversaciones registradas durante el periodo de tiempo indicado. Tabla 4. Calidad de conversación obtenida para la conversación con calidad de tipo “voz” y la conversación sin calidad cuando no existe tráfico adicional en la red. 72 . En la red se transmite de forma simultánea un flujo UDP de 10 Mbps. La segunda parte consiste en el registro de las conversaciones con y sin calidad de forma simultánea. como se muestra en la figura 4.20. Figura 4. Para ambas conversaciones existen fluctuaciones en la tasa de transmisión. 21. además de incorporar tráfico UDP a una tasa de 10 Mbps mediante el dispositivo Rasp1 con la herramienta Iperf durante el periodo de tiempo comprendido del segundo 80 al segundo 260.21 muestra el comportamiento de las conversaciones VoIP registradas durante el periodo de prueba indicado.4 o “bueno”. los softphones utilizados muestran una indicación de la calidad de la conversación. 20. teniendo una tasa de transmisión promedio de 70 kbps. La figura 4. Resultado de tasa de transmisión en el periodo de tiempo del segundo 80 al segundo 260. Figura 4. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH En esta parte de la prueba. En esta prueba ambas conversaciones muestran un indicador de calidad con un valor de 4. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Para este periodo de tiempo la conversación con y sin calidad cuentan con un incremento en el retardo de la conversación. Figura 4. Figura 4. además de incorporar trafico UDP a una tasa de 5 Mbps mediante el 73 . 23. Calidad de conversación obtenida para la conversación sin calidad cuando se inyecta tráfico de 10 Mbps adicionales en la red.22 representado por el softphone con un valor de 0. Calidad de conversación obtenida para la conversación con calidad cuando se inyecta tráfico de 10 Mbps adicionales en la red. como se muestra en la figura 4. Para el caso de la conversación sin calidad. 22. Para el caso de la conversación con calidad. también se tiene un retardo (cercano a 1 segundo). En este caso era imposible reconocer la voz de la conversación. La tercera parte de la prueba consiste en el registro de la conversación con y sin calidad de forma simultánea.23. se experimenta un retardo mayor (cercano a 2 segundos) y la calidad de la voz es muy mala. pero la conversación puede identificarse sin problemas aun cuando el softphone indique que se tiene una conversación “pobre” como se muestra en la figura 4. Calidad de conversación obtenida para la conversación sin calidad cuando se inyecta tráfico de 5 Mbps adicionales en la red. En la red se transmite de forma simultánea un flujo UDP de 5 Mbps. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH dispositivo Rasp1 con la herramienta Iperf durante el periodo de tiempo comprendido del segundo 260 al segundo 480. En este caso es imposible reconocer la voz de la conversación. 25. se experimenta un retardo mayor (cercano a 2 segundos) y la calidad de la voz es muy mala. se tiene una tasa de transmisión promedio de 70 kbps para ambas conversaciones. La figura 4. Figura 4.25 representado por el softphone con un valor de 0. 74 . Resultado de tasa de transmisión en el periodo de tiempo del segundo 260 al segundo 480. Para el caso de la conversación sin calidad.5.24 muestra el comportamiento de las conversaciones VoIP registradas durante el periodo de prueba indicado. 24. En este caso. Para este periodo de tiempo la conversación con y sin calidad cuentan con un incremento en el retardo de la conversación. como se muestra en la figura 4. Figura 4. 75 . 26. La cuarta y última parte de la prueba consiste en el registro de la conversación con y sin calidad. La figura 4. Figura 4. La conversación de VoIP que cuenta con categoría de calidad cuenta con una tasa de transmisión promedio de 86 kbps.27 muestra el comportamiento de las conversaciones VoIP registradas durante el periodo de prueba indicado. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Para el caso de la conversación con calidad. 27. En la red se transmite de forma simultánea un flujo UDP de 1 Mbps.26. pero la conversación puede identificarse sin problemas aun cuando el softphone indique que se tiene una conversación “promedio” como se muestra en la figura 4. mientras que la conversación de VoIP que no cuenta con categoría de calidad tiene una tasa de transmisión promedio de 70 kbps. también se tiene un retardo (cercano a 1 segundo). Figura 4. Calidad de conversación obtenida para la conversación con calidad cuando se inyecta tráfico de 5 Mbps adicionales en la red. Resultado de tasa de transmisión en el periodo de tiempo del segundo 480 al segundo 620. además de incorporar trafico UDP a una tasa de 1 Mbps mediante el dispositivo Rasp1 con la herramienta Iperf durante el periodo de tiempo comprendido del segundo 480 al segundo 620. también se tiene un retardo (menor a 1 segundo). Para el caso de la conversación sin calidad.6. aun cuando se tienen breves cortes de la misma. 76 . En este caso es posible entender la conversación. Figura 4.29. con un valor indicado por el softphone de tipo “promedio” como se muestra en la figura 4. 28. Calidad de conversación obtenida para la conversación sin calidad cuando se inyecta tráfico de 1 Mbps adicionales en la red. pero la conversación puede identificarse sin problemas. Para el caso de la conversación con calidad. Figura 4. Calidad de conversación obtenida para la conversación con calidad cuando se inyecta tráfico de 1 Mbps adicionales en la red. se experimenta un retardo mayor (cercano a 1 segundo) y la calidad de la voz es “pobre” al tener ciertos tiempos donde la voz se escucha un poco cortada. 29. pero no presenta dificultad en su escucha. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Para este periodo de tiempo la conversación con y sin calidad cuentan con un incremento en el retardo de la conversación. como se muestra en la figura 4.28 representado por el softphone con un valor de 2. 73 9. Sin embargo hay que recordar que los mecanismos propios de Wi-Fi no siempre van a poder asegurar que esto se cumpla. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH La prueba realizada muestra que cuando existen fuentes adicionales de tráfico en la red.69 BE 81.48 3.869 5 Resultados de ertPS 52. podemos obtener la tabla 4.17 WiMAX Móvil nrtPs 73.15 10.17 3.88 pruebas de rtPS 85. Tabla 4.45 pruebas de Wi-Fi VI 22. Tipos de servicio Latencia (ms) Jitter (ms) PLR (%) Línea de Preferido < 150 < 50 <3 emergencia Teleconsulta Valores típicos Preferido < 150 < 50 <3 remota de calidad para Telediagnóstico Preferido < 150 < 50 <3 algunos servicios de Urgencias Preferido < 150 < 50 <3 eHealth Mensajes de audio <1s < 50 <3 Telecirugía < 400 < 50 <1 Sesión remota al Preferido < 150 < 50 <1 hogar UGS 45.54 6. la experiencia con la llamada en general es desagradable cuando se presentan tasas de tráfico adicionales.4 Análisis de resultados De los resultados obtenidos de las pruebas realizadas para las diferentes maquetas.32 77 . 15. 4.86 3. Los resultados marcados en amarillo indican que los resultados cumplen con el límite inferior de los valores recomendados por la ITU. resultando en una conversación que no puede entenderse.14 Resultados de VO 22. el servicio de VoIP que cuenta con característica de calidad de servicio puede ser capaz de mantener la calidad en la conversación. Resumen de resultados obtenidos. Los resultados marcados en rojo indican que no se han cumplido con los valores recomendados por la ITU.51 1. que muestra el resumen de los resultados obtenidos de la prueba de calidad de servicio de WiMAX y de la prueba de calidad de servicio con Iperf en Wi-Fi. Los resultados en color verde indican que se cumplen satisfactoriamente los requerimientos establecidos por la recomendación de la ITU.15.09 11. En el caso del servicio sin calidad.56 4. Se han colocado algunos servicios de eHealth de aplicación en tiempo real y se han marcado los resultados para las diferentes pruebas realizadas. El uso de calidad de servicio en lo servicios Wi-FI puede ayudar a que los servicios deseados puedan tener un mejor desempeño ante congestión en la red.86 3.51 4.79 4.31 5. Wi-Fi y las clases de la recomendación ITU-T Y. Mapeo propuesto entre clases de servicio de WiMAX. Tabla 4. utilizados en aplicaciones de video.1541 para algunos servicios de eHealth.99 6.02 Para cada clase de servicio. 16. Para la tasa de pérdida de paquetes se tienen valores que no cumplen con las recomendaciones de la ITU.26 19.72 11.01 8.45 16.6 bytes) BE 35. se observa que en general.16 se propone el siguiente mapeo entre clases de calidad de servicio de WiMAX. Categoría de QoS Servicio eHealth acceso Clase de QoS de ITU-T recomendada recomendada en Y.1541 recomendada en WiMAX Wi-Fi* Seguimiento de pacientes Líneas de emergencia Diagnóstico remoto Alarma de emergencia UGS Voz (VO) Clase 0 Monitoreo de pacientes Presión sanguínea Electrocardiograma Videoconferencia ertPS Tele dermatología Video (VI) Clase 1 Diagnóstico remoto rtPS Atención al Hogar 78 .9 0.65 0. en el parámetro de retardo y variación de retardo se tienen valores que cumplen con los valores establecidos por las recomendaciones de la ITU. que se encuentran más allá del alcance de este trabajo.72 (paquete de BK 55. En base a los resultados obtenidos. Este mapeo es una sugerencia para el uso de diferentes aplicaciones de eHealth cuando son empleados en redes Wi-Fi y WiMAX.27 0. los paquetes de menor tamaño. Esto se puede deber a características de propagación y cobertura.4 4. tienen un menor valor de retardo en su transmisión. en la tabla 4. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH (paquete de 160 BK 18. usados para servicios de VoIP. mientras que los paquetes de mayor tamaño.71 2.85 4.26 1280 bytes) BE 106.87 Resultados de VO 56.36 pruebas de Wi-Fi VI 33. Para el caso de paquetes de diferente tamaño.1541. Wi-Fi y la recomendación ITU-T Y.72 8. presentan un mayo retardo en su transmisión. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Acceso a bases de datos médicas Señales médicas pre adquiridas nrtPS Segundo plano (BK) Clase 2 . 3 y 4 Transferencia de imágenes Teleradiología Imágenes fijas per adquiridas Información relativa al paciente BE BE Clase 5 79 . EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Capítulo 5 .Conclusiones y trabajos futuros 80 . el parámetro de calidad que resulta más complicado de asegurar al ofrecer servicios con calidad de servicio en un entorno de movilidad es el parámetro de tasa de pérdida de paquetes. Las tecnologías de comunicaciones evaluadas presentan diferentes características de manejo de calidad de servicio. Bajo las condiciones en las que se realizaron las pruebas. Esto muestra que se está llevando a cabo la priorización de servicios. En el caso de WiMAX. Las pruebas realizadas confirman que las tecnologías de acceso WiMAX y Wi-Fi pueden ser usadas en diversas aplicaciones eHealth. WiMAX presenta mejores capacidades para asegurar la calidad de servicio y puede ser muy importante en el despliegue de servicios eHealth para clínicas rurales o en entornos suburbanos. Wi-Fi presenta un mejor desempeño cuando se opera con calidad de servicio. Como no existen valores normalizados de calidad para aplicaciones de eHealth. y bajo el escenario de pruebas realizado. En el trabajo presentado se realizó la evaluación de calidad de servicio en redes de acceso de la tecnología WiMAX y de tecnología Wi-Fi para identificar si tienen la capacidad de dar soporte a servicios de eHealth. la clase de servicio de mayor prioridad (UGS) presenta valores de desempeño promedio con menores variaciones. ofrecen un buen desempeño para los servicios en tiempo real que pueden ocuparse para ofrecer servicios de eHealth. no se recomienda su uso para aplicaciones de tipo crítico y de tiempo real por que la calidad de servicio no puede ser asegurada. 81 . Ambas tecnologías serán fundamentales para el despliegue de este nuevo tipo de servicios sanitarios soportados por las comunicaciones inalámbricas de banda ancha. También resulta importante utilizar las clasificaciones correctas de las categorías de acceso de Wi-Fi para indicar cuales son los servicios que requieren de una mayor priorización. Estos valores pueden satisfacerse ya que han sido evaluados dentro del dominio de una red de acceso. aunque. comparándolo con las clases de servicio de menor prioridad (BE). Sin embargo esta tecnología tiene mucho potencial para el monitoreo remoto de pacientes y algunos otros servicio que no demandan operación en tiempo real. La evaluación se realizó con maquetas para la red de acceso de cada tecnología. También se requiere hacer un uso correcto de las diferentes clasificaciones de calidad de servicio que ofrecen las diferentes tecnologías. El uso de estas categorías de acceso ayuda a que los servicios de voz y video puedan transmitirse antes que el resto del tráfico de la red manteniendo un nivel de calidad. se hizo una asignación de valores para diferentes aplicaciones basados en recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones Se ha mostrado que las clases de servicio de la tecnología WiMAX y las categorías de acceso de la tecnología Wi-Fi pueden satisfacer los valores objetivo de retardo y variación de retardo establecidos en las recomendaciones de la ITU cuando son empleadas en una red de acceso. derivado de los resultados. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH El uso de las tecnologías de la información y comunicación han permitido la generación de diferentes soluciones hacia las comunidades y poblaciones que requieren de diversos servicios que permitan mejorar su calidad de vida. ya que una alta calidad de servicio no implica que se tenga una alta calidad de experiencia de parte del usuario del servicio. Este puede ser un parámetro interesante.  Además de la calidad de servicio. Sin embargo. y la información pude haber cursado diferentes redes de diferentes tecnologías. 82 . Una evaluación de calidad de servicio de extremo a extremo es requerida para indicar los retos y características a las que se enfrenta el uso de servicios de eHealth bajo tales condiciones. que indica cual es el grado de satisfacción del usuario en base a la percepción que tiene del servicio brindado. para identificar las cualidades de la calidad de servicio que ofrecen las tecnologías WiMAX y Wi-Fi. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Trabajos Futuros  La realización de este trabajo fue dentro de una red de acceso. Se requiere hacer una evaluación de servicio bajo condiciones de saturación de la red para mostrar las cualidades y posibles desventajas de los mecanismos de calidad de servicio de las tecnologías empleadas. los servicios deben transmitirse a través de la red de acceso a la red dorsal para poder ser recibidas por los especialistas de salud. Entre ellos se encuentra la calidad de experiencia. que es cuando múltiples usuarios realizan múltiples demandas de servicio de forma simultánea. han surgido otros parámetros que permiten realizar la evaluación de los sistemas de comunicaciones.  La calidad de servicio es un elemento importante en las redes de acceso cuando se presentan condiciones de saturación en la red. Fiedler. Wac “On the Ambiguity of Quality of Service and Quality of Experience Requirements for eHealth Services” International Symposium on Medical Information and Communication Technology.1. Prasad. MC Graw Hill [11] S. Schelén “Evaluation of Quality of Service Schemes for IEEE 802. L. 2010 [9] Estadísticas de desarrollo global de las TICs Disponible: http://www. Ghosh.itu. Shen “Secure and Quality of Service Assurance Scheduling Scheme for WBAN with Application to eHealth” IEEE Wireless Communications and Networking Conference.16 Wireless Networks”. 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Mihaylova. A. Wang. security and analysis“ Springer. 2011 [4]M. Alinejad. C. Chorbev. 2011 [5]A. Holt. Huang “802. Techno-Economic Vision and Challenges”. M.O. Lingdren. J. Yen. and R.16 No. Barua. Springer. 2009. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Bibliografía y Referencias *1+A. A. Ullah. 2012 *7+M. Mihajlov “Building a Wireless Telemedicine Network within a WiMAX based Networking Infrastructure” IEEE Multimedia Signal Processing. G.11 Wireless LANs”.16m” Elsevier. H. Y. Velez “WiMAX Networks. itu. Tan (Editor)“E-Health Care Information Systems.org/pdf/WMM_Specification_1-1. [17] Recomendación ITU-T G.1541/es [21] Recomendación ITU-R M.int/rec/R-REC- M.itu.1541 . 2008 [24] Y. Zhang “WiMAX Network Planning and optimization” Aurebach publications. An introduction for Students and Professionals”.pdf *26+ “Implementing e-Health in Developing countries. X. 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XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS. Miguel Sánchez. México. Miguel Sánchez Quality of Service in a WiMAX Network for Telemedicine Services. XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS. 2013. EVALUACIÓN DE CALIDAD DE SERVICIO EN REDES DE ACCESO WIFI Y WIMAX PARA APLICACIONES DE eHEALTH Publicaciones  Alfonso Leyva.F. Sergio González Ambriz.F. México. Miguel Sánchez Capacity Evaluation of WiMAX Technology for Telemedicine Services with QoS Support. 2012. D. México. Sergio González Ambriz. Sostenida Transferencia Prioridad de Tráfico Alfonso Leyva Alvarado y Sergio González ambríz son alumnos de la BE de datos. la telemedicina. Las VoIP (con Máxima Tolerancia de ertPS detección de Latencia aplicaciones multimedia como Voz sobre IP (VoIP) y (Extended Real actividad) Máxima Tasa Time Polling Service) videoconferencia se vuelven más y más populares. Estas Reservada aplicaciones demandan un tráfico de tasa de bits variable y Máxima Tasa Sostenida gran ancho de banda. MÉXICO.. NOVIEMBRE 2012 1 .. zurdo_shaolin@hotmail. Actualmente los servicios de internet Prioridad de Tráfico no se limitan únicamente a conectividad y navegación de la Tolerancia de Jitter red. González Ambriz S.WiMAX. QoS . best effort(BE). WiMAX tiene el potencial de entregar Prioridad de Tráfico esas aplicaciones en tiempo real con una alta calidad de Máxima Tolerancia de servicio (QoS). enfocándolos a un área en particular: asociadas a ella.16-2004 entorno real. real-time polling service (rtPS). INTRODUCCIÓN TIPOS DE FLUJOS DE SERVICIO EN WIMAX Clase de Aplicaciones Especificaciones W iMAX es un sistema de comunicaciones inalámbrico de banda ancha desarrollado por la IEEE y definido en el estándar IEEE 802. XIII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIII CNIES) Evaluación de desempeño de QoS para aplicaciones de Telemedicina en redes WiMAX Leyva Alvarado A.Regresar ARTÍCULO NO. (e-mail: mmeraz@ipn. La QoS en los países en desarrollo.F. [email protected]. Esta área de la salud ha ido creciendo y su uso se pérdida de paquetes y throughput.16. rtPS Streaming/ Latencia (Real Time Polling Máxima Tasa Audio Video Service) Reservada Máxima Tasa Sostenida Prioridad de Tráfico Tolerancia de Jitter Este trabajo fue realizado con apoyo del Instituto Politécnico Nacional nrtPS Máxima Tasa bajo el proyecto SIP 20120555: Investigación de técnicas para mejorar el (Non-Real Time FTP Reservada desempeño de sistemas de comunicación con canal directo y con canal de Polling Service) Máxima Tasa retorno. multimedia: UGS (Unsolicited Grant Interval). TABLA I I. A. Sánchez Meraz M. Sus características de Un factor importante para las tecnologías inalámbricas es la manejo de calidad de servicio (QoS) la convierten en una de las capacidad de cumplir con una QoS. ha convertido en parte fundamental en los sistemas de salud de los países. La tecnología inalámbrica Servicio QoS Tolerancia de Jitter UGS Máxima Tolerancia de continúa en crecimiento y WiMAX ha emergido como uno de (Unsolicited Grant VoIP Latencia Service) Máxima Tasa los competidores más fuertes como tecnología para acceso de Sostenida banda ancha inalámbrica.. y que son principalmente el retardo. Se realiza una evaluación técnica de los parámetros de El estándar IEEE 802.mx ). Tolerancia de Jitter Maestría en ciencias en Ingeniería de Teleomunicaciones de la SEPI ESIME (Best Effort) navegación en la Máxima Tasa (email: al. jitter. non-real time polling service (nrtPS) y Palabras Clave— Telemedicina. MÉXICO.com. Se refiere a los tecnologías candidatas para afrontar los retos de la brecha digital mecanismos de control de reservación de recursos. Definición de QoS Resumen — WiMAX es una de las tecnologías inalámbricas más modernas y sólidas en el mundo. Se presentan los resultados obtenidos y un análisis para cumplir con los requerimientos de QoS para aplicaciones de los mismos.com ) red Sostenida Miguel Sánchez Meraz es profesor titular del Departamento de Telecomunicaciones de la SEPI ESIME IPN.16 ha definido cuatro mecanismos de QoS para aplicaciones de telemedicina en una red WiMAX en un programación de servicios para el estándar IEEE 802. En el presente documento se han está definida como la garantía del desempeño que un sistema realizado mediciones de los parámetros de QoS para evaluar la puede lograr en cuanto a un número de características técnicas calidad real de los servicios. también se trata del uso de aplicaciones multimedia. NOVIEMBRE 2012 2 .16e define un servicio adicional las comunidades en que viven. Audio UGS 256 Kbps datos variable. con el fin de intercambiar adquiridas Datos BE 512 Kbps datos para hacer diagnósticos. telemedicina como el suministro de servicios de atención Acceso a bases de Datos BE 2 Mbps sanitaria a distancia por medio de tecnologías de la datos médicas. inalámbrica. solicitar ancho de banda incluso durante congestión de la red. Video ertPS 256 Kbps trhoughput. y formar permanentemente a profesionales de al paciente. y que puedan ser entregadas en una base de mejor telediagnóstico. Al mismo tiempo. como el video MPEG. En pacientes en zonas apartadas donde no existen médicos la tabla I se muestran los cinco tipos de flujos de servicio [1]. Solo se asigna el ancho de banda a la BS si y solo asistencia rural. Imágenes fijas pre- información y la comunicación. Video ertPS 1. XIII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIII CNIES) El estándar IEEE 802. alarmas.5 Mbps emergencias. que asegura que los SS puedan Video-conferencia. dinámica. Este servicio no garantiza retardo ni domiciliaria. Por medio de la telemedicina. MÉXICO. lo que implica (WiMAX móvil) tiene como objetivo proporcionar que el sistema envía los paquetes nrtPS y BE solo después de conectividad de banda ancha a usuarios móviles en la red que ha terminado de transmitir los paquetes UGS. ertPS hace peticiones de ancho de Monitorización de banda cuando ocurren cambios en el ancho de banda pacientes. especialistas pueden tener acceso a distintos servicios médicos tales como telecardiología. ertPS: El servicio ertPS genera paquetes de tamaño Teleradiología. teledermatología. Sonidos corporales Datos nrtPS 512 Kbps II. Varios escenarios de telemedicina variable de forma periódica. es posible presentar una banda ancha que proporciona características mejoradas de baja pérdida de paquetes.. solicitado.Regresar ARTÍCULO NO. que mejoren la salud de las personas y de MÉXICO. entre otros.F. de Transferencia de Archivos (File Transfer Protocol . en los que alcanzar una latencia baja y un jitter Es bien sabido que WiMAX es un sistema inalámbrico de bajo es importante. WiMAX se considera una opción adecuada para brindar servicios de banda ancha de telemedicina tanto en rtPS: Esta clase de servicio está diseñada para soportar entornos fijos como móviles con una aceptable calidad de aplicaciones en tiempo real que generan una tasa de paquetes diagnóstico clínico remoto.CBR) como VoIP. el estándar IEEE 802. asignado Transmisión Seguimiento de nrtPS: Esta clase de servicio está diseñada para soportar pacientes. banda no solicitadas. y una tasa de datos mínima. En particular. Telepsiquiatria. servicios con tasa de bit constante (Constant Bit Rate . Presión sanguínea. WIMAX Y LA TELEMEDICINA Ultrasonido. D. datos que no requieren una tasa de transmisión mínima Sesiones remota de garantizada. video-conferencia) Transmisión de imágenes médicas. Esto se logra realizando sondeos en una base regular para urgencias. asignar anchos de banda. Señales biomédicas Datos nrtPS 256 Kbps La Organización Mundial de la Salud (OMS) define la pre-adquiridas.16e-2005. Los requisitos de ancho de banda TABLA II CLASIFICACION DE SERVICIOS DE TELEMEDICINA pueden variar por lo que la BS monitorea regularmente a los Aplicación Servicio QoS Tasa de SS para determinar el ancho de banda que se va a reservar. Datos ertPS 512 Kbps variable en una base periódica y ofrece peticiones de ancho de telepatología. UGS envía paquetes de tamaño fijo QoS. El servicio que han utilizado WiMAX se han definido en obras recientes permite que la estación base (BS) ofrezca oportunidades de [2]. teleginecología. El flujo UGS se almacena en buffers estándar IEEE 802. y tiene una respectivamente. La reservación de ancho de banda en UGS es fija Datos rtPS 1 Mbps electrocardiografía. aplicaciones tolerantes a retardos que requieren una tasa de Líneas fijas de emergencia. de forma separada de los demás flujos de servicio. pero en el caso de ertPS la reservación es test Holter. UGS: Esta clase de servicio está diseñada para uso en telerradiología. en tamaño. petición a las estaciones suscriptoras (SS) para especificar el ancho de banda requerido. Telediagnóstico. Incluye estándares WiMAX fijo y móvil basado en el a intervalos periódicos.16-2004 y IEEE 802. como el Protocolo Teleconsulta remota.FTP). audio- si sobra ancho de banda de las demás clases. electroencefalografía. atención de salud. conocido como extended real-time polling service (ertPS).16e mayor prioridad que los servicios nrtPS y BE. UVI BE: El servicio BE está diseñado para soportar flujos de móvil. (Atención disponibilidad. prevenir enfermedades y Información relativa Datos BE 64 Kbps accidentes. teledermatología. instalada en el 71 ms.F. En A. requieren velocidades de datos específicos e paquetes ICMP desde una computadora conectada al CPE. MÉXICO. 2 muestra los resultados obtenidos de la prueba de latencia. rtPS presentó una latencia promedio de 85 ms y BE Instituto Politécnico Nacional. Estos se resume en la Tabla ubicado en diferentes puntos de la calle. resultado del desempeño de cada flujo de servicio se muestra cada uno cubriendo 120º y equipos CPE con antena directiva. D. la cada prueba. de salud en los países en desarrollo. Throughput Esta es una medida de la cantidad real de bits de entrega al destinatario en un tiempo dado. datos médicos. Latencia particular. RTT) que es el tiempo que le toma al paquete en llegar de la fuente al destino y de vuelta a la fuente. milisegundos. en la figura 3. ertPS presentó una latencia promedio de equipamiento del estándar WiMAX móvil. siendo BE y rtPS los donde se instaló la maqueta y se realizaron las pruebas. Las pruebas que se llevaron a esperado. METODOLOGÍA La Fig. documentar el retardo experimentado para cada flujo de teleconsultas. mantiene en todo momento una de alturas bajas y medias y otra zona con vegetación y árboles altos. soporte QoS y seguridad [3]. jitter. esta tecnología puede beneficiar a los servicios de La latencia es la medida del tiempo de retardo y también se salud en las regiones con deficiencia de cobertura de servicios le denomina como tiempo de viaje redondo (round trip time. XIII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIII CNIES) Las ventajas de utilizar la tecnología WiMAX. cada tipo de aplicación. La duración de cada prueba fue en promedio de 1 hora. RESULTADOS Y ANÁLISIS especialmente para los servicios de telemedicina son las siguientes: ancho de banda.Regresar ARTÍCULO NO. medido en Diferentes aplicaciones como llamadas de emergencia. conectado a la radiobase. El flujo de servicio UGS presentó una latencia La investigación se realizó usando una maqueta basada en promedio de 45 ms. 2. Este programa se utilizó para medir los parámetros de QoS en el enlace de de 3. de paquetes. 1 muestra el lugar presentó una latencia promedio de 81 ms. El throughput en ocasiones se ha usado indistintamente con el ancho de banda que es la medida del número de bits que pueden ser transferidas a un destinatario en un tiempo dado. Fig. La Fig. IV.1. MÉXICO. El que presentan variaciones más amplias del retardo (entre 50 y entorno de la zona de pruebas presenta una zona con edificios 200 ms) y UGS por otra parte. NOVIEMBRE 2012 3 . latencia y el throughput (ancho de banda). hacia un servidor II y los detalles de estas aplicaciones se describen en [4]. latencia y pérdida variante. latencia baja (en promedio de 50 ms). En la evaluación. Técnicamente. indicadores de calidad de servicio.5 Mbps. B. El peor caso en througput es rtPS con un promedio cabo fueron utilizando el software iPerf. que es un promedio aceptable aunque muy bajada y estos son: Ancho de banda. ertPS y UGS se apegan en promedio a lo WiMAX se ha realizado en [5]. se definió en la BS enlaces de 4 Mbps (valor esperado) y el El equipamiento consta de una radiobase de tres sectores. los cuales se configuraron con diferentes QoS definidos para La medición fue realizada con el uso de la aplicación iperf. Para ello se usó el comando ping para el envío de información. servicios médicos y de gestión de la servicio. III. Zona de ubicación del equipo WiMAX y recorrido realizado para un enlace es un resultado de la estabilidad del enlace.. Una evaluación similar de QoS Se observa que BE. la velocidad de Fig. Resultado de Latencia obtenida por medio de ping. La prueba realizada tiene el propósito de monitorización móvil de pacientes. El efecto que tienen los diferentes flujos de servicios sobre los parámetros QoS fue analizado." Hindawi Publishing enviar paquetes ICMP. Throughput registrado para cada flujo de servicio. NOVIEMBRE 2012 4 . Para esta La calidad de servicio es considerado el criterio más prueba se usó iperf enviando flujos de datos desde la radiobase importante para llevar a cabo aplicaciones sensibles al retardo. "Mapping of Multiple Parameter M-health Scenarios to Mobile WiMAX QoS Variables. throughput. "Contribuciones a modelos de tráfico y control de QoS en los nuevos servicios sanitarios basados en telemedicina". Sin embargo este flujo de servicio reserva completamente su ancho de banda especificado. 19-27. Adhikari. 12 pags. [3] Chakchai So-In. Para su evaluación. D. S.F. Tanzania. [2] R. 37-56. Este documento ha presentado prueba de Jitter. WiMAX. nrtPS (latencia. y pérdida de paquetes desde la BS hacia los CPE’s a lo largo Comunicaciones Volumen 2010. Philip. Depto. Jornada de sistemas de Cómputo. Los presentó un jitter promedio de 5. se ha observado que el flujo de servicio UGS tiene la mayor estabilidad para cada parámetro QoS. Pérdida de Paquetes Applications". Martinez. MÉXICO. Notándose que los flujos de BE. C. y Abdel-Karim Tamimi.1 ms y BE presentó un jitter resultados obtenidos indican que los flujos de servicio de promedio de 3. doctoral. Istepanian y N.49 ms. 4. "Evaluation of WiMAX QoS hallan por debajo del 5% de pérdidas.85 ms. rtPS presentó un jitter promedio de 3. rtPS con un promedio de 20-25%. por lo que su uso debe aplicarse con ciertos compromisos para no saturar rápidamente los enlaces WiMAX. De Ingeniería Electrónica y Comunicaciones." El Instituto de halla en el 10% de pérdidas y el flujo con mayor pérdida es el Administración de Finanzas (IFM) Dar es Salaam. jitter y pérdida de paquetes). Lambert. 3. Fig. se [4] I.54 ms. Articulo ID 279807. Redes.. WiMAX móvil pueden dar soporte a los requerimientos de los servicios de telemedicina expuestos en la tabla II. hacia el CPE. 2011. pp. Jitter V. 2010. MÉXICO. del recorrido mostrado en la figura 1. Julio 2006. "Capacity acuerdo a los resultados entregados por el comando ping al Evaluation for IEEE 802. El flujo de servicio UGS presento un jitter en una evaluación de la calidad de servicio de una red WiMAX promedio de 3. figura 5. nrtPS en promedio se in a Developing Country’s Environment. de Massachusetts USA. Raj Jain. CONCLUSIONES El jitter es la variación en el arribo de paquetes.Septiembre 3. REFERENCIAS [1] K. H. Los promedios de pérdida de paquetes se muestran en la Universidad Zaragoza. En la figura 4 se muestran los resultados de la tal como el servicio de VoIP. Agosto 30 . "WiMAX Performance for Multimedia D. servicio.96 ms.Regresar ARTÍCULO NO." presentado en Para hacer la evaluación de la tasa de error en la red la 33 Conferencia Annual Internacional de la IEEE EMBS Boston. Jitter obtenido para cada flujo de servicio usando iperf VI. ertPS y UGS se [5] Ziad Hunaiti y Eliamani Sedoyeka. 5. Ed. Tesis enviaron paquetes y se estimó su porcentaje de pérdida. XIII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIII CNIES) Fig. ertPS presentó un jitter promedio de móvil analizando cada uno de sus parámetros técnicos 3. Los demás flujos de servicio permiten una mayor compartición de recursos de ancho de banda. En general. La evaluación consistió en evaluar la Corporation. pp.16e Mobile WiMAX. Registro del porcentaje de pérdida de paquetes para cada flujo de Fig. se midió el porcentaje de la pérdida de paquetes. Nació en Tlalnepantla. Actualmente se encuentra estudiando la maestría en Telecomunicaciones en la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación del IPN. MÉXICO. Sus intereses incluyen comunicaciones móviles e inalámbricas. Se graduó de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional como Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica en 2010. Miguel Sánchez Meraz. se encuentra estudiando la Maestría de Ciencias en Ingeniería de Telecomunicaciones. Actualmente es Profesor Titular del Departamento de Telecomunicaciones de la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación de la ESIME IPN.F. D. Desde el 2010 ha participado en proyectos de planeación de redes de la tecnología WiMAX y configuración de equipos WiMAX. sistemas de radionavegación y procesamiento de señales..). MÉXICO. BIOGRAFIAS Alfonso Leyva Alvarado (1989. Es Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica (1996) y tiene una Maestría en Ingeniería de Sistemas (1998).Regresar ARTÍCULO NO. Estado de México. NOVIEMBRE 2012 5 . el 17 de Enero de 1989. Estado de México el 1 de Enero de 1988. Salud y obierno (REESyG) de México de 2009-2011. Sergio Jesús González Ambriz (1988-) nació en Ecatepec de Morelos. Graduado como Ingeniero en Telecomunicaciones y electrónica del Instituto Politécnico Nacional. Actualmente. ambos grados otorgados por el Instituto Politécnico Nacional. XIII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIII CNIES) VII. tiene conocimientos de software de planeación de redes WiMAX como es el caso de Mentum Planet. Ha tenido participación en proyectos de planeación y evaluación de redes WiMAX tales como la Red Estatal de Educación. Este paper presenta una broadband links and QoS capabilities. Los resultados de estas are several WiMAX networks operated by state governments simulaciones son presentados y se sugieren algunas to offer education and health services [2-3]. Con esta información. QoS. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Section 5 presents the simulation results and suggests some is considered as a communication solution for services in this considerations and recommendations for the deployment of telemedicine networks. prevent diseases and accidents.  specific area.16 standard in its fixed (802.ARTÍCULO No. 302-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) Capacity Evaluation of WiMAX Technology for Telemedicine Services with QoS Support Leyva Alvarado A. Finally. Una preferred wireless technologies to support different demanding clasificación de las principales aplicaciones de telemedicina y sus health services. González Ambriz S.ipn. aleyvaa1100@alumno. This paper presents a review of the In order to ensure the efficient operation of networks with WiMAX technology QoS capabilities. INTRODUCTION presents the bandwidth and QoS requirements for the current main telemedicine services. including they live” [4]. Its characteristics. Section 4 describes the simulation T he fast growth of the broadband networks in the last years makes it possible to offer solutions to a wide range of needs in different areas. Results of these simulations In this paper we present a study to evaluate the traffic capacity are presented and some recommendations for the deployment of that a WiMAX network can deliver in the case when this these networks are suggested. 11 al 15 de Noviembre 2013 1 . to offer broadband connectivity to extensive de tráfico de una red WiMAX para dar soporte a aplicaciones de unserved suburban and rural areas. telemedicine services. WIMAX QOS CHARACTERISTICS Sección de Estudios de Posgrado e Investigación WiMAX is a broadband wireless access technology (BWA) Departamento de Telecomunicaciones defined in the IEEE 802. and form permanently health care professionals. mainly in developing diseñó un escenario de simulación para determinar la capacidad countries.com mobile (802. exchange data to make diagnostic. Additionally because of their deployment demandas de calidad de servicio para asegurar su correcta operación también son presentadas. The paper is organized as follows. Real-time applications ensure a proper operation is also presented. Sánchez Meraz M. to Abstract—The WiMAX QoS capabilities have driven this improve the health of the people and the communities in which broadband wireless communication technology as a main alternative to support different demanding applications. Section 3 I. With this information such as biomedical signal transmission and store and forward it was designed a simulation scenario to determine the traffic applications such as access to EMR (Electronic Medical capacity of a WiMAX network to support telemedicine History) have different requirements [5]. Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica II. J. applications with quality of service. The standard defines the physical Sánchez Meraz M. the ITU IMT-2000 initiative [1]. evaluación de information and communication technologies. capacity evaluation network provides support for telemedicine services with quality of service. turn it as one of the revisión de las capacidades de QoS de la tecnología WiMAX.. recomendaciones para el despliegue de este tipo de redes. Keywords—WiMAX.F. México D. Telemedicine is defined by the World Health Organization as the “provision of health care services at distance through Palabras Clave— WiMAX QoS telemedicina. WiMAX is a WMAN (Wireless Metropolitan Resumen— Las capacidades de QoS de WiMAX han hecho a Area Network) technology and is one of the most modern and esta tecnología de comunicaciones de banda ancha inalámbrica solid wireless broadband technology and accepted as part of una alternativa para dar soporte a aplicaciones demandantes.16d) and Leyva Alvarado A. such as incluyendo servicios de telemedicina. zurdo_shaolin@hotmail. In Mexico currently there telemedicina con calidad de servicio. se characteristics this technology is used. J. This work considers the mobile version of this standard. Section 2 briefly summarizes the WiMAX QoS characteristics.mx (PHY) and the Medium Access Control (MAC) layers [6]. telemedicine. mmeraz@ipn.. Currently scenario used to evaluate the WiMAX traffic capacity in a network designed to support telemedicine services. A classification of the main support for telemedicine services it is necessary to identify the applications of telemedicine and its quality of service demands to requirements for different applications. in order to capacidad.16e) versions.. including telemedicine.mx González Ambriz S. our society. This is the frequency spectrum specialized medical equipment can be accessed directly from allocated by the Ministry of Communications and Transport to the patient´s home [8]. cardiac frequency. This service is service. The use of QoS mechanisms provides the ability to offer These services can be accessed anywhere in real time or differentiated service levels for real-time services such as non-real-time. digital lines. Telemedicine services can be classified schemes (MCS). The use of e-mail. Mobile WiMAX standard (such as radiographies) and mobile images (such as considers five QoS classes or levels: ultrasounds). the case of audio and video services there are well defined latency and jitter requirements. while their BER can be WiMAX allows the use of several QoS profiles in a link somewhat high [9].3 GHz. This service is designed the image size without clinical information loses. Rural populations provided with wireless broadband coverage (for example using WiMAX) could get IV.. In guarantee. each necessity for the patients. With the telemedicine concept this one with 1 to 4 sectors of 90 or 120 degrees. On the other hand the  Best-effort service (BE). [7]. These requirements QoS level. mobile telephony. recommended accordingly to the specific needs of each type of  Non-real-time polling service (nrtPS). (ITU) Table 1 presents a summary of the bandwidth and QoS requirements for the main health care services and their III. TELEMEDICINE SERVICES REQUIREMENTS associated International Telecommunications Union (ITU) Telemedicine services are now becoming a widespread need in recommendations. allows the delivery of  Extended real-time polling service (ertPS). which is important to deliver a wide range of real time to a specialist at the hospital where the ambulance multimedia applications. primary attention center to a specialty center. There are fixed or static images web browsing or file transfer [6]. operate WiMAX networks as support to health care The chronic disease care adds a new complexity due the active applications in Mexico. This service is designed to the treatment in emergency situations. This service is designed to support main requirement for data services is a low BER (Bit Error data streams that do not require a minimum service-level Rate) to ensure the integrity of the transmitted information. adaptive modulation and codification will arrive [5]. jitter. Currently most of the specialized medical diagnoses are to evaluate the traffic capacity of a mobile WiMAX network realized at mid or high level hospitals. which imply a travel consists of 20 base stations located in Puebla Mexico. and non-real-time services such as  Static and mobile images. VoIP and video streaming. and quality of service (QoS)  Audio. These types of hospitals with support for telemedicine services with QoS. Services as teleconsultation. A patient on an ambulance can be remotely monitored and México D. In [10] is presented a review of the current according to the needs of a specific subscriber type. The bandwidth and QoS requirements including jitter. accelerating  Real-time polling service (rtPS). support different applications such as voice. 302-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) Some of the characteristics of this technology are: adjustable information about its condition can be sent in advance and in bandwidth.ARTÍCULO No. SIMULATION SCENARIO immediate benefits from this new perspective to offer health This section describes a study that was conducted in order care. etc. signal data delivery for teleassistance or telemonitoring. delay and subscribers can use simultaneously several flows with different BER for the main health care services. Each of these applications has different bandwidth data base management. several QoS parameters have been data packets on a periodic basis. a subscriber may use a non-real-time service were associated with those QoS related recommendations in IP flow for web navigation and also a real-time service flow for a networks from the International Telecommunications Union VoIP service. support real time applications that generate variable-size In telemedicine. which allows the opportunity to make a better according to the type of information exchanged: use of the network resources. The operating paradigm is changed and now the health expert and its frequency was set to 3. teleassistance and which supports the transmission of different services with telemonitoring require an audio response from the user. video and data  Data. For example the service of data transmission doesn’t designed to support delay tolerant data streams that require require specific values for the delay and jitter.F. therefore these variable-size data grants at a minimum guaranteed rate. Many chronic diseases require monitoring of physical variables and/or patient data. ambulances and health centers. to support fixed-size data packets at a constant bit rate  Biomedical signals. guaranteed performance parameters as delay. These WiMAX characteristics let it to efficiently between hospitals. e. designed to support real time applications with variable data temperature) from an ambulance to a hospital or from a rates such as VoIP with silence suppression. This network are located in urban and suburban areas. vital and QoS requirements. (CBR) such as VoIP without silence suppression. updates on the patient status. Compression techniques are used to reduce  Unsolicited Grant Service (UGS). remote medical services. satellites. modem.g. values are not defined for this service. packet loss This can be achieved using a phone or radio communication rate. 11 al 15 de Noviembre 2013 2 . Includes access to the patients EMR. etc. This service is vital signals (blood pressure. role that in this case the patients play. Figure 2 shows the traffic map generated. rural assistance) Transmission of medical images.1010 images. five types of WiMAX service flows map indicate the received signal strength (RSSI) in the were created for Rural Health Centers and two service flows coverage area. N. N.A. Emergency lines. NULL G. On the last run.A.A. EEG. main global telecom operators for planning and optimization This is achieved by creating several runs. A coverage (UL) bandwidth assigned to each service flow are shown in map was generated which shows the area where downlink Table 3. Blood pressure. NULL G. This data was used in Monte Carlo simulations to México D. NULL G. finally. The first type refers to a throughout the coverage zone. remote In order to evaluate the capacity of the WiMAX network two diagnoses. ECG. 11 al 15 de Noviembre 2013 3 . mobile unit.ARTÍCULO No. derive the network capacity. A traffic map was also derived. G. 302-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) Table 1.A.A. This software is used by the generates information about the subscribers in the network. N. nrtPS and BE are simulation scenario setup in the selected geographic area.  Generation of a Monte Carlo simulation.A.F. Data 2 Mbps N. Audio 256 Kbps <150 ms <50ms <3% G.1010 and uplink coverage exists. Pre-acquired fixed Data 512 Kbps N. A Monte Carlo This study was performed using the wireless networks simulation provides an accurate statistical prediction and planning software Mentum Planet. Data 512 Kbps N. number of users that can be serviced efficiently by the WiMAX network. A weighted traffic fixed subscriber installed in a Rural Health Center and the distribution was assigned for this study using as reference second type is a mobile subscriber installed in an Ambulance. NULL G. steps were performed: ertPS is assigned for video transmission such as telediagnosis sessions or rural assistance. The different colors on the According to Table 3.A. N. NULL G.A.1010 Patient Information Data 64 Kbps N. After the monitoring and send/receive images. N. rtPS is assigned for patient  Generation of a coverage and traffic map. emergency. Patient monitoring. Remote sessions (Home Video 256 Kbps N.1010 Telepathology. Sounds body. NULL G. In the case of the users of the network there were defined only this second map shows the traffic load of the network two types of telemedicine subscribers. Teleradiology.A. UGS is assigned for VoIP emergency services.114 Video-conferencing. ITU (Kbps) G. Pre-acquired biomedical signals Data 256 Kbps N.A. used to transmit information such as medical archives and an adequate frequency allocation was realized to avoid Web navigation respectively. NULL G. Ultrasound.1010 test.1010 Tracking patients. alarms and has the highest priority. G. clinics. Table 2 enumerates the main subscriber. the average number of rural health facilities and In the performed simulation there were generated different ambulances in the geographic area where the network was traffic loads in order to stress the network and identify the located.1010 Acces to medical databases. This information is used to WiMAX network for telemedicine services.5Mbps <150 ms <50 ms <1% emergency. Holter Data 1 Mbps N. N.A. teledermatology. This assignment was above -80 dBm are adequate to set a WiMAX link between a made according to the main health services offered in rural base station and a subscriber. A run consists on of wireless and mobile networks of several technologies the distribution of a random pattern of number of including mobile WiMAX.1010 attention..1010 Video 1. In general it is considered that signal levels for mobile subscribers in Ambulances. operating points and discrete configuration parameters used in the simulation of the information are generated. QoS assignation of telemedicine services Transmission Rate Application Service Delay Jitter PLR(%) Rec. The down link (DL) and up link interference problems in the WiMAX network.A. N.A. Figure 1 shows a portion of the WiMAX network coverage area generated in the simulation.114 Remote diagnosticos. The simulation was performed subscribers throughout the simulation area with a using high resolution databases of the terrain and clutter where respective analysis for downlink and uplink of each the network was located.A. Traffic map. This result shows that UGS service keep its assigned bandwidth even when there is an increment of the number of users. Figure 4 and 5 show the performance for the downlink and uplink respectively for “Rural Health Centers” for the different traffic load considered in the simulation. Bandwidth per sector 25 Mbps Mobile Audio. WiMAX Network configuration parameters. 11 al 15 de Noviembre 2013 4 . ertPS 1500 512 Duplex Scheme TDD Fixed Data Suscriber Amplifier Power 26 dBm (Rural Health Data rtPS 1000 512 Center) Antenna Gain 16 dBi Data nrtPS 512 64 Base Station Number antennas Tx/Rx 2x2 MIMO A Data BE 512 32 Antenna Type 90º.0 Erlang (E) for each flow service. 302-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) Table 2. each sector of the WiMAX network could be Fig 2. México D. ertPS 1500 512 Suscriber Data Amplifier Power 25 dBm (Ambulance) Data rtPS 1000 512 User Fixed Suscriptor Heigth 12m suscriptor equipment Mobile Sucriptor Heigth 3m V.1 E approximately 5 Rural Health Centers and 1 Ambulance were served by each sector in the network. omni The purpose of this test was to find out how many users and/or flow services could be efficiently served by the WiMAX network with the assigned QoS parameters according to the telemedicine services. Because there are not statistics about traffic in real telemedicine networks in this work we assume traffic loads from 0. Different colors indicate the traffic load distribution in serving up to 13 fixed subscribers (Rural Health Centers).3 – 3.5 dBi. In this case the downlink rate remains stable for all the different traffic loads. RESULTS AND DISCUSSION Antenna Gain and type 14. results are presented in the next section.F.. evaluate the network traffic capacity. 120º Video. For the maximum traffic load of 1 Erlang for each flow service in a subscriber.35 GHz Video. Coverage map for the simulation scenario load of 1 E there were served 13 “Rural Health Center” users and 5 “Ambulance” users by each sector. 1. In the case of flow services with traffic Fig. The obtained results from the Monte Carlo simulation are shown in Figure 3. Audio. Table 3. Parameters Description Value DL UL Subscriber Service Assigned Rate Rate Number of BS 20 type Type QoS (Kbps) (Kbps) Network Total Sector Number 42 Audio UGS 64 64 Configuration Frecuency Band 3. Service Assignation According to Health Applications for each Subscriber Type. The number of active services in the network is also indicated for each traffic load. In the other hand figure 5 shows a fast decrement in the uplink rate for all flow services except UGS when the traffic load is incremented. and kilobits per second by square kilometer throughout the coverage area up to 5 mobile subscribers (Ambulances).1 up to 1. In the simulation it was considered that each subscriber could be using simultaneously all their configured service flows For flow services with traffic load of 0.ARTÍCULO No. and up to 5 “Ambulances” for a maximum traffic load of 1 Erlang in each flow service. here are shown the Figure 6 and 7 show the performance for the downlink and variations from traffic levels between 0. due there are Figure 6 shows a decrease in the average throughput as service several criteria for resources assignment.1 and 1 E. Average users per sector versus traffic load per service Fig. The obtained results have shown that WiMAX These obtained results have shown that under the proposed deployments can satisfy QoS demands for data. DL throughput for mobile subscribers (Ambulance) Fig. For a traffic load of 0. audio and configuration of the network and subscribers each sector of the video applications facing different traffic loads.1 E the downlink network will not operate in optimal conditions. UL throughput for fixed subscribers (Rural Health Center). 302-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) Fig. The QoS and WiMAX network could serve up to 13 “Rural Health Centers” bandwidth requirements were defined for the main representative telemedicine services. but the throughput falls to about half for a traffic load of 1. presented.  The traffic load generated by the medical services Fig. uplink throughput respectively for the “Ambulance” users for  An appropriate assignment of suitable QoS levels for the different traffic loads considered in the simulation. 3. UL throughput for mobile subscribers (Ambulance).  The location of fixed users with respect to the base station becomes an important factor in meeting the service requirements in terms of QoS. Fig.ARTÍCULO No. throughputs are 1. medical services must be well-defined. Finally some deployment recommendations to take in consideration for the deployment of networks for health services support are the following:  It is important to consider the relationship between subscriber service traffic load and the number of subscribers that can be satisfied with the QoS minimum requirements. Otherwise the traffic increases. 6. changes from one service to another. CONCLUSIONS respectively. DL throughput for fixed subscribers (Rural Health Centers). 7. 5. A Monte Carlo México D.5Mbps and 1Mbps for rtPS and ertPS VI. 4. Figure 7 shows that when there is an increment A study to determine the capacity of a WiMAX network for in the traffic load per service the throughput drops rapidly to operating telemedicine services with QoS support was its guaranteed minimum reserved data rate.. 11 al 15 de Noviembre 2013 5 .0 E.F. the UGS service level is not affected.. Y.C. [6] J. Ms. 2007.” Universidad de Zaragoza. and the National Polytechnic Institute of Mexico under the SIP Project No. VIII. and is a viable option to satisfy the needs of broadband connectivity for remote or rural telemedicine applications. 2010. R. “Contribuciones a Modelos de Tráfico y Control de QoS en los nuevos Servicios Sanitarios basados en Telemedicina. Wiley. Tecnología e Innovacion under the ICYTDF/325/2011project.int/en/ [5] Ignacio Mart nez Ru z.1089/tmj. [3] os grandes proyectos gubernamentales de conectividad .Mexico 2013.ARTÍCULO No. 20131870. however WiMAX maintain the estimated transmission rates for each QoS level. Tang.itu. 2012. México D. [9] Mark Terry. due emergency services must be transmitted with the best available quality.html [2] Secretaria de Salud de México. Instituto Politecnico Nacional. 2009.int/newsroom/press_releases/2007/30. 2006. Programa de Acción de Salud 2007-2012. Ghosh. 11 al 15 de Noviembre 2013 6 .99 90. 2011. The results show that WiMAX is a technology with solid support of QoS capabilities.liebertpub. Andrews. Thesis. WiMAX: Will Fourth-Generation Broadband Give Telemedicine a Boost? http://online. and R. Muller. Innovaci n Gubernamental. Fundamentals of WiMAX. This is important. ACKNOWLEDGMENTS This work was realized with the support of Secretaría de Ciencia. ITU.F. A. Sharif. Prentice Hall. Nexos. [10] Gonzalez Ambriz S.com/doi/pdf/10. [8] E-health ITU standards and interoperability. [4] World Health Organization http://www. Muhamaed.2009. REFERENCES [1] “ITU defines the future of mobile communications” http://www. The obtained results showed that in the case of an increment of the number of users. VII. G. H.who.. there is a certain decrement in the throughput of the services. ol tica igital. P. "Evaluación de Capacidad en Redes WiMAX". WiMAX Security and Quality of Service. [7] S. 302-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) simulation was generated using the software Mentum Planet and there was considered a scenario with fixed (Rural Health Centers) and mobile users (Ambulances) with services operating with defined QoS parameters. Despite this decrement. and form permanently health care professionals. Con esta información se realizron pruebas para validar las Area Network) technology and is one of the most modern and capacidades de WiMAX para dar soporte a servicios de solid wireless broadband technology and accepted as part of telemedicina con un QoS apropiado. In the first case it is necessary to assign a high priority to the transmission. Departamento de Telecomunicaciones In this paper we present a study to evaluate the traffic capacity Leyva Alvarado A. turn it as one of the preferred wireless technologies to support different demanding Palabras Clave— WiMAX. to offer broadband connectivity to extensive Abstract— The WiMAX QoS capabilities have driven this unserved suburban and rural areas. Its characteristics. In Instituto Politécnico Nacional the second case the QoS requirements for the transmission for Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Sección de Estudios de Posgrado e Investigación delay and jitter are less strict. support for telemedicine services it is necessary to identify the requirements for different applications. With this information there were conducted accidents. QoS. telemedicine services. jitter y tasa de paquetes perdidos. broadband links and QoS capabilities. wireless such as biomedical signal transmission and store and forward broadband. J. in order to ensure a proper operation is also presented. telemedicine services. to some tests to validate the WiMAX capabilities to support improve the health of the people and the communities in which telemedicine services with appropriate QoS support. Section 3 México D. such as probados son retardo.. Real-time applications Keywords— WiMAX.ARTÍCULO No. The paper is organized as follows. Sánchez Meraz M. including to offer education and health services [2-3]. The tested they live” [4]. WiMAX is a WMAN (Wireless Metropolitan UIT..mx service. mmeraz@ipn. González Ambriz S. provides support for telemedicine services with quality of Sánchez Meraz M.. servicios de telemedicina. Currently clasificación de las principales aplicaciones de telemedicina y sus demandas de calidad de servicio para asegurar su correcta WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) operación también son presentadas. health services. including telemedicine.mx that a WiMAX network can deliver when this network González Ambriz S. This classification exchange data to make diagnostic. Los parametros de QoS the ITU IMT-2000 initiative [1]. characteristics this technology is used. In Mexico currently there broadband wireless communication technology as a main are several WiMAX networks operated by state governments alternative to support different demanding applications. prevent diseases and includes references to the incumbent QoS ITU-T recommendations. Section 2 briefly summarizes the WiMAX QoS characteristics. Este paper presenta una revisión de las capacidades de QoS de la tecnología WiMAX. applications such as access to EMR (Electronic Medical History) have different requirements [5]. QoS parameters were delay. QoS. Results In order to ensure the efficient operation of networks with are presented. Una T he fast growth of the broadband networks in the last years makes it possible to offer solutions to a wide range of needs in different areas. This paper presents a review of the Telemedicine is defined by the World Health Organization as WiMAX technology QoS capabilities. Esta clasificación incluye is considered as a communication solution for services in this referencias a las recomendaciones correspondientes de QoS de la specific area.ipn. but also to meet strict parameters of Quality of Service (QoS) such as delay and jitter with a certain tolerance for packet loss rate. mainly in developing countries. 11 al 15 de Noviembre 2013 1 . A classification of the main the “provision of health care services at distance through applications of telemedicine and its quality of service demands to information and communication technologies.F. INTRODUCTION una alternativa para dar soporte a aplicaciones demandantes. J zurdo_shaolin@hotmil. jitter and packet loss rate. incluyendo servicios de telemedicina.com.  Resumen— Las capacidades de QoS de WiMAX han hecho a esta tecnología de comunicaciones de banda ancha inalámbrica I. 303-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) Quality of Service in a WiMAX Network for Telemedicine Services Leyva Alvarado A. aleyvaa1100@alumno. Additionally because of their deployment banda ancha inalámbrica. Los resultados son presentados. 16 standard in its fixed (802. the image size without clinical information loses. recommended accordingly to the specific needs of each type of  Best-effort service (BE). The use of e-mail. allows the delivery of rates such as VoIP with silence suppression. The standard defines the physical specialized medical equipment can be accessed directly from (PHY) and the Medium Access Control (MAC) layers [6]. On the other hand the main requirement for data services is a low BER (Bit Error WiMAX allows the use of several QoS profiles in a link Rate) to ensure the integrity of the transmitted information. etc.16d) and paradigm is changed and now the health expert and its mobile (802. This service is designed to support service.ARTÍCULO No.  Static and mobile images. updates on the patient status. TELEMEDICINE SERVICES REQUIREMENTS main telemedicine services. In according to the needs of a specific subscriber type.g. There are fixed or static images  Unsolicited Grant Service (UGS). accelerating data packets on a periodic basis. Includes access to the patients EMR. values are not defined for this service.F. vital signals (blood pressure.  Non-real-time polling service (nrtPS). services. video and data telemonitoring require an audio response from the user. which is important to deliver a wide range of require monitoring of physical variables and/or patient data. modem. These WiMAX characteristics let it to efficiently  Audio. [7]. 11 al 15 de Noviembre 2013 2 . Section 4 describes test scenario Telemedicine services are now becoming a widespread need in used to evaluate the WiMAX traffic capacity in a network our society. ambulances and health centers. México D. care. Mobile WiMAX standard These services can be accessed anywhere in real time or considers five QoS classes or levels: non-real-time. the patient´s home [8]. Compression techniques are used to reduce (CBR) such as VoIP without silence suppression. several QoS parameters have been variable-size data grants at a minimum guaranteed rate. which allows the opportunity to make a better information about its condition can be sent in advance and in use of the network resources. With the telemedicine concept this defined in the IEEE 802. between hospitals. This service is designed to temperature) from an ambulance to a hospital or from a support real time applications that generate variable-size primary attention center to a specialty center. A multimedia applications. teleassistance and support different applications such as voice. etc. web browsing or file transfer [6]. This service is designed (such as radiographies) and mobile images (such as to support fixed-size data packets at a constant bit rate ultrasounds). e. the treatment in emergency situations. Currently most of the specialized medical diagnoses are realized at mid or high level hospitals. These types of hospitals II. Many chronic diseases bandwidth. For example the service of data transmission doesn’t data streams that do not require a minimum service-level require specific values for the delay and jitter. Services as teleconsultation. packet loss according to the type of information exchanged: rate.16e) versions. Telemedicine services can be classified guaranteed performance parameters as delay. Each of these applications has different bandwidth This can be achieved using a phone or radio communication and QoS requirements. jitter. remote medical differentiated service levels for real-time services such as data base management. satellites. and quality of service (QoS) real time to a specialist at the hospital where the ambulance which supports the transmission of different services with will arrive [5]. The chronic disease care adds a new complexity due the active Some of the characteristics of this technology are: adjustable role that in this case the patients play. services and their associated International Telecommunications Union (ITU) recommendations.  Extended real-time polling service (ertPS). This service is  Biomedical signals. while their BER can be QoS level.  Real-time polling service (rtPS). The use of QoS mechanisms provides the ability to offer  Data. The the case of audio and video services there are well defined subscribers can use simultaneously several flows with different latency and jitter requirements. Finally. adaptive modulation and codification patient on an ambulance can be remotely monitored and schemes (MCS). WIMAX QOS CHARACTERTISTICS are located in urban and suburban areas. Table I presents a summary of the flow for web navigation and also a real-time service flow for a bandwidth and QoS requirements for the main health care VoIP service. 303-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) presents the bandwidth and QoS requirements for the current III. This work considers the mobile version of this standard. designed to support real time applications with variable data digital lines. mobile telephony. which imply a travel WiMAX is a broadband wireless access technology (BWA) necessity for the patients. cardiac frequency. and non-real-time services such as signal data delivery for teleassistance or telemonitoring. vital VoIP and video streaming. therefore these guarantee. a subscriber may use a non-real-time service somewhat high [9]. Rural populations provided with wireless designed to support telemedicine services. This service is designed to support delay tolerant data streams that require In telemedicine.. Section 5 broadband coverage (for example using WiMAX) could get presents the test results and suggests some considerations for immediate benefits from this new perspective to offer health the deployment of telemedicine networks. 1541 emergency. Y . Patient monitoring. Remote diagnostics. The base station was installed on campus Zacatenco In normal operating conditions the access networks are those the IPN and the Subscriber laptop tests were performed on that have the highest level of congestion because when such streets of the Lindavista suburb.114 Video 1. N. but in the remotely monitored from a specialized automatic system reported tests the IP backbone segment was not incorporated. Data 1 Mbps N. QoS assignation of telemedicine services Transmission Rate Application Service Delay Jitter PLR (%) Rec. and the dorsal IP network the access network will be critical to ensure that the required for establishing a link with a hospital or with the caregiver performance in the end-to-end link can be achieved.A.1010 Blood pressure. networks are deployed the service providers assume that users Table 2 enumerates the main configuration parameters used in shall no request network resources simultaneously. ITU (Kbps) Tracking patients. These tests were a laptop and it was used the Iperf software and the ICMP conducted on the link between the user or patient equipment protocol through the Ping command for testing delay.1010 Audio 256 Kbps <150ms <50ms <3% remote diagnoses.114 Video 256 Kbps <150ms <50ms <1% (Home atention.A. alarms. located in a hospital or by caregiver personal working in the But backbone networks are not designed with over field. gateway. 114 emergency. NULL G.1541 assistance. N. jitter and and the gateway that connects the WiMAX access network to PLR in the link from the subscriber unit up to the WiMAX the IP backbone network. Data 512 Kbps N. N. It should application that could serve nomadic users or fixed users. ECG. G.A. Remote Sessions. NULL G.1010 databases. Emergency lines.A.A..A. mobile unity.1010.A. N. installed and a data acquisition campaign in the coverage area In this paper we report the results of QoS performance tests was conducted. Pre-acquired Data 256 Kbps N. Access to medical Data 2 Mbps N.A. WiMAX is one of the leading wireless broadband For the realization of these tests a WiMAX base station technologies that will be used as the access network for the operating on the IEEE 802. NULL G. NULL G.1010 biomedical signals.A. N.1010 Ultrasound. This user could be for example be telemedicine services consider end to end links. 11 al 15 de Noviembre 2013 3 . NULL G. Data 512 Kbps N. TEST SCENARIO factor which typically takes values 10 to 20 times the actual This section describes the test were conducted in order to network capacity. Sounds body. Pre-acquired fixed Data 512 Kbps N.A. Under this the WiMAX network used in the conducted tests. telepathology.16e (mobile WiMAX) was deployment of telemedicine applications. assumption access networks operate with an over subscription IV. In this figure it is possible to identify two main segments subscription and normally have better conditions to drive their of the network: the access network serving the user or patient traffic without congestion. N. for be noted that the performance recommendations for example in rural clinics.5 Mbps teledermatology. NULL G. These conducted tests are intended to ensure evaluate the WiMAX QoS classes performance.F.A.A.G. G. <150ms <50ms <1% G.ARTÍCULO No. G.A. EEG.G. personnel.1010 images Patient Data 64 Kbps N. NULL G. telepsychiatry. audio- video conferencing) Transmission of medical images. Holter test.1010 Teleradiology. rural Y . The WiMAX subscriber unit was connected to conducted on a WiMAX access network. Figure 1 that WiMAX technology can be used in telemedicine shows the typical scenario for a network with telemedicine applications based on their presented performance.1010 Information. all in Mexico City.1010.A. N. México D. 303-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) Table 1. Video- conferencing. For this reason the performance of and based in WiMAX technology. 5 dBi Antenna Type Omni Fig. Table 2. i.ARTÍCULO No. WiMAX network configuration used for the QoS performance tests. as with TCP protocol packets. As it can be observed in the case of Total Sector Number 42 the delay and jitter tests the obtained results comply with both Network the ITU recommendations and the telemedicine applications Configuration requirements defined in Table 1. 2.e.35 GHz However in the case of PLR the obtained results only meet the Duplex Scheme TDD first type of services in the table 1 associated with remote patient monitoring. Delay results for the test conducted for the 5 WiMAX QoS classes. Frecuency Band 3. 303-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) Fig. jitter and packet Number of BS 20 loss rate tests respectively.F.. 1. México D.3 – 3. Additionally it Antenna Gain 16 dBi would be desirable to test with different packet lengths as these Base Station Number antennas Tx/Rx 2x2 MIMO A Antenna Type 90º. the packet delivery was not guaranteed. RESULTS AND DISCUSSION Figures 2 to 4 show the results of the delay. It is important to note that these tests were Amplifier Power 26 dBm performed using the UDP protocol. WiMAX network configuration parameters Parameter Value V. 120º Bandwidth per sector 25 Mbps Amplifier Power 25 dBm Fixed Suscriptor Heigth 12m User suscriptor equipment Mobile Sucriptor Heigth 3m Antenna Gain 14. 11 al 15 de Noviembre 2013 4 . ertPS Video-conferencing. table 3 presents a proposed recommendation to map the telemedicine services to WiMAX QoS classes and ITU-T Y.F. These services are mapped to WiMAX QoS classes preserving their requirements. telepathology. emergency Delay 49ms alarms. ITU-T Y. 3.6% pressure. audio-video Jitter 3.1541 QoS classes as there are classes that cannot satisfy all the requirements of the services.6 ms acquired biomedical signals acquired fixed images. Jitter 3. 11 al 15 de Noviembre 2013 5 . Holter test. Jitter results for the test conducted for the 5 WiMAX QoS class has these characteristics. PLR 4. such as ultrasound in Class 1. 4. patient Jitter 4 ms monitoring.6% México D.6% BE Delay 85 ms Patient Jitter 4.ARTÍCULO No. so services like medical image transmission requiring low packet loss would be mapped to nrtPS service to ensure a minimum transmission rate during network congestion. Fig.1541 Fig. Recommended mapping of the WiMAX QoS classes to telemedicine services. However. emergency lines.2 ms information PLR 2. and have unspecified delay and jitter values. PLR 1..5% emergency mobile unit Remote diagnostics. ECG. EEG. Table 3.6 ms conferencing. Delay 88 ms rural assistance. it is necessary to consider that not all the telemedicine services can be mapped directly into Y. The mapping of these services classes.1541 classes. Delay 55 ms psychiatry. blood PLR 3. (Home atention.). access to medical database requires no packet loss . is made according to the best class that can satisfy the QoS requirements.1541 QoS Classes Average Class 0 Class 1 Class 2 Class 3 Class 4 Class 5 performance Delay 100 ms Delay 400 ms Delay 100 ms Delay 400 ms Delay 1 s Delay U values Jitter 50 ms Jitter 50 ms Jitter U Jitter U Jitter U Jitter U achieved in a PLR 1*10-3 PLR 1*10-3 PLR 1*10-3 PLR 1*10-3 PLR 1*10-3 PLR U real test Tracking patients. used for non-real time services with low packet loss. used for real time services. Delay 79 ms Access to medical database. It is expected that with shorter the PLR could be reduced. pre teleradiology. Remote rtPS Sessions. PLR 1. With the base of the obtained results. and teleradiology and telepathology in class 4. pre- Jitter 4.8 ms teledermatology. PLR results for the test conducted for the 5 WiMAX QoS classes.g. 303-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) tests used long packets of 1470 bytes. remote UGS diagnoses.5% sound body) nrtPS Transference of medical images. and high priority services such as emergency calls and blood pressure monitoring would be mapped to the UGS class ensuring reserved resources for their use. (e. No ITU-T Y. Ultrasound. [4] World Health Organization http://www. H.com/doi/pdf/10. WiMAX Security and Quality of Service. 303-TEL XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA ARTÍCULO ACEPTADO POR REFEREO ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES) VI. were used to obtain the delay. Pol tica igital.F. The obtained results for delay and jitter show that the WiMAX wireless access network can be used to provide telemedicine services according to the performance values required by both the ITU-T Rec. Tecnología e Innovacion under the ICYTDF/325/2011project. Muller.int/newsroom/press_releases/2007/30. (2009) México D. Ne os 2011 .liebertpub.int/en/ [5] Ignacio Mart nez Ru z. CONCLUSIONS A WiMAX QoS evaluation for telemedicine services was presented. REFERENCES [1] ITU defines the future of mobile communications” http://www. The mapping to WiMAX QoS classes retains all of the values required for each telemedicine service. This mapping was conducted by choosing the Y. “Programa de Acción de Salud 2007 – 2012”.1089/tmj.999 0. “Contri uciones a Modelos de Tráfico y Control de QoS en los nuevos Servicios Sanitarios asados en Telemedicina.1541 classes and the telemedicine services recommendations.ARTÍCULO No. jitter and PLR values for each QoS class in a link between a nomadic subscriber and the WiMAX access network gateway. This results show that WiMAX is a technology with solid support of QoS capabilities and is a viable option to satisfy the needs of broadband connectivity for telemedicine applications.G. Iperf and Ping command. R. (2006) [6] J. In the case of the Packet Loss Rate it is necessary to conduct some additional tests because the obtained results only comply with the telemonitoring service requirements.2009. “Fundamentals of WiMAX” Prentiice Hall 2007 [7] S. Wiley (2010) [8] “E-health ITU standards and interopera ility.” TU (2012) [9] Mark Terry. and R. Ghosh. Tang. Y. Andrews. 11 al 15 de Noviembre 2013 6 . http://online. P. two free performance network tools.1541 class that could satisfy most of the service´s requisites. nnovación u ernamental. Y. 20131870. Sharif. and the National Polytechnic Institute under the SIP Project No. ACKNOWLEDGMENTS This work was realized with the support of Secretaria de Ciencia.” Universidad de Zaragoza.html [2] Secretaria de Salud de México.1541 and WiMAX classes due the requirements of some services. [3] “Los grandes proyectos gubernamentales de conectividad". The obtained results show that the telemedicine services can be mapped directly into ITU-T Y. VIII. A.itu. Muhamaed.. “WiMAX: Will Fourth-Generation Broadband Give Telemedicine a Boost?.who. VII.