Dimensionamiento del ancho de banda para plataformas de videoconferencia aplicadas a la educación y otros servicios del Estado
Título
Dimensionamiento del ancho de banda para plataformas de videoconferencia aplicadas a la educación y otros servicios del Estado
Contenido
La importancia de dimensionar correctamente la conectividad
En contextos donde la movilidad de las personas puede verse limitada, los sistemas de teletrabajo, teleeducación, telesalud y comunicación a distancia adquieren una importancia estratégica.
Esta realidad pone nuevamente sobre la mesa uno de los principales desafíos tecnológicos del Perú: el despliegue y dimensionamiento adecuado de la infraestructura de banda ancha.
Las tecnologías que utilizan muchos operadores para brindar servicios residenciales incluyen soluciones como HFC —Híbrido Fibra Coaxial—, mediante las cuales pueden entregarse servicios de televisión, internet y telefonía fija sobre una misma infraestructura.
Sin embargo, cuando hablamos de internet, la velocidad disponible puede encontrarse compartida entre distintos usuarios conectados a una misma red. Por ello, contratar una determinada velocidad de navegación no es suficiente: también es necesario determinar cuánto ancho de banda requiere realmente cada aplicación.
En este análisis desarrollaremos un ejemplo aplicado específicamente a sistemas de videoconferencia utilizados para reuniones virtuales, educación, telesalud y trabajo remoto.
Diferentes infraestructuras para un país diverso
El Perú presenta una geografía especialmente compleja: costa, sierra y selva requieren diferentes soluciones de comunicación.
Entre las principales infraestructuras disponibles encontramos:
- Redes inalámbricas terrestres
- Redes de fibra óptica
- Redes satelitales
- Enlaces de microondas
- Infraestructuras basadas en protocolos IP
Cada una presenta características y limitaciones diferentes.
En zonas alejadas de los centros urbanos, por ejemplo, las comunicaciones satelitales pueden convertirse en una alternativa fundamental. Sin embargo, en este tipo de infraestructura el costo asociado al ancho de banda —y particularmente a cada MHz utilizado— obliga a diseñar cuidadosamente las aplicaciones que funcionarán sobre ella.
Caso práctico: plataforma de videoconferencia
Para comprender cómo dimensionar una plataforma de videoconferencia, plantearemos un escenario utilizando una infraestructura de comunicaciones basada en TCP/IP.
Para el ejercicio se consideran las siguientes condiciones:
- 4 estaciones de trabajo conectadas.
- Un moderador encargado de dirigir la conferencia.
- Cada estación trabaja a una velocidad de 128 Kbps.
- La arquitectura utilizada es cliente-servidor.
El objetivo es calcular cuánto ancho de banda se necesita tanto en la entrada como en la salida del servidor, así como determinar las necesidades de cada estación de trabajo.
En términos prácticos, estamos hablando de las velocidades comúnmente conocidas como velocidad de bajada y velocidad de subida. 
Cálculo del ancho de banda del servidor
Para determinar la velocidad de subida necesaria en el servidor:
Velocidad de subida
128 Kbps × 4 × (4 − 1) = 1536 Kbps
Equivalente a:
1.536 Mbps
Para la velocidad de bajada:
128 Kbps × 4 = 512 Kbps
Por tanto, la velocidad total necesaria en el servidor será:
1536 Kbps + 512 Kbps = 2048 Kbps
Equivalente a:
2.048 Mbps
El servidor debe enviar hacia cada participante los flujos de video y audio correspondientes a los demás integrantes de la sesión.
Al mismo tiempo, debe recibir los flujos generados por cada una de las estaciones conectadas.
Esta distribución explica por qué la capacidad requerida en el servidor aumenta rápidamente conforme crece el número de participantes.
Ancho de banda requerido por cada participante
Desde el lado de cada usuario, la velocidad de bajada corresponde a la suma de los flujos generados por los otros participantes de la videoconferencia.
Por esta razón se utiliza el concepto:
(N − 1) × velocidad asignada
El participante no necesita recibir nuevamente el mismo video que él está generando.
Para la velocidad de subida, se requiere una capacidad mínima suficiente para transmitir correctamente audio y video hacia la plataforma.
En el ejemplo desarrollado se utilizan:
128 Kbps por participante
El documento plantea que, dependiendo de las características del sistema, una videoconferencia puede operar desde aproximadamente 40 Kbps en adelante, aunque para este ejercicio se ha considerado una velocidad superior.
¿Qué sucede cuando utilizamos redes satelitales?
El escenario anterior puede funcionar adecuadamente sobre redes de fibra óptica u otras infraestructuras donde el ancho de banda disponible no representa una limitación crítica.
Sin embargo, el panorama cambia al utilizar redes VSAT o sistemas satelitales.
En estas infraestructuras, cada MHz utilizado representa un costo importante.
Por ello, no resulta eficiente enviar repetidamente el mismo flujo de audio y video hacia cada participante.
Si el número de usuarios aumenta, el consumo del recurso disponible también crece rápidamente.
Para este tipo de escenario se plantea el uso de:
UDP Multicast
En lugar de enviar independientemente el mismo contenido múltiples veces, determinados flujos pueden transmitirse una sola vez hacia varios participantes.
El comportamiento se aproxima así a una transmisión de tipo broadcast, haciendo un uso más eficiente del ancho de banda disponible.
Reducción del ancho de banda mediante multicast
Aplicando esta arquitectura, el cálculo de velocidad de subida cambia:
128 Kbps × 4 = 512 Kbps
Velocidad de subida: 512 Kbps
La diferencia frente al escenario TCP/IP convencional puede resultar considerable.
Este tipo de solución puede implementarse en infraestructuras como:
- Redes LAN
- Redes Intranet
- Redes VPN
- Redes privadas de comunicaciones
Especialmente cuando los recursos de transmisión disponibles son limitados o costosos.
Aplicación a la educación y otros servicios del Estado
A partir de estos ejemplos pueden desarrollarse escenarios con un número mucho mayor de conexiones.
Esto permitiría utilizar plataformas virtuales para apoyar procesos como:
- Educación primaria
- Educación secundaria
- Educación superior
- Teletrabajo
- Telesalud
- Servicios públicos a distancia
Para hacerlo posible será necesario contar con infraestructuras configuradas adecuadamente como redes VPN y redes WAN/Intranet.
El Perú ya dispone de diferentes infraestructuras que pueden ser consideradas dentro de este enfoque, incluyendo redes de fibra óptica, infraestructura satelital y otros sistemas de comunicaciones pertenecientes al Estado.
Aprovechar la infraestructura existente
Entre las infraestructuras mencionadas se encuentra la Red Dorsal Nacional de Fibra Óptica, además de redes satelitales utilizadas por distintas instituciones del Estado.
La posibilidad de integrar estos recursos dentro de una infraestructura nacional permitiría aprovechar plataformas y capacidades tecnológicas existentes para extender servicios digitales hacia más regiones del país.
Si además incorporamos sistemas de distribución de audio y video mediante streaming, es posible desarrollar contenidos educativos grabados utilizando formatos como IPTV y esquemas de transmisión broadcast.
El objetivo consiste en utilizar de manera más eficiente el ancho de banda disponible y ampliar el alcance de estos servicios hacia las diferentes zonas del Perú.
Una infraestructura digital con alcance nacional
El verdadero desafío no consiste únicamente en disponer de plataformas de videoconferencia.
El reto está en desarrollar una infraestructura de telecomunicaciones capaz de soportarlas eficientemente, considerando las enormes diferencias geográficas y tecnológicas existentes entre las distintas regiones del país.
Dimensionar correctamente el ancho de banda, seleccionar los protocolos adecuados y aprovechar la infraestructura existente son elementos fundamentales para construir servicios de educación, comunicación y atención pública con mayor alcance nacional.
Wilfredo Fanola Merino
Ingeniero Electrónico — Consultor de Telecomunicaciones