Fundamentos de Sistemas de Tiempo Real, Latencia y Calidad de Voz en Redes

Sistemas de Tiempo Real (STR)

¿Qué es un Sistema de Tiempo Real y cuál es su característica principal?

Un sistema en tiempo real (STR) es aquel sistema digital que interactúa activamente con un entorno con dinámica conocida en relación con sus entradas, salidas y restricciones temporales. Su objetivo es garantizar un correcto funcionamiento basado en los conceptos de predictibilidad, estabilidad, controlabilidad y alcanzabilidad.

Su característica principal es el tiempo de interacción o sincronización requerido con un fenómeno físico.

¿Cuáles son las condiciones básicas de un sistema de tiempo real?

• Interactúa con el mundo real (proceso físico).
• Emite respuestas correctas (no admite errores).
• Cumple estrictas restricciones temporales.

¿Qué tipos de sistemas no son necesariamente Sistemas de Tiempo Real?

Es importante diferenciar un STR de otros conceptos:

• Un STR no es necesariamente un Sistema Rápido. La velocidad es relativa; lo crucial es cumplir los plazos temporales definidos.
• Un STR no es necesariamente un Sistema en Línea. Aunque muchos STR operan en línea, un sistema en línea no siempre tiene restricciones temporales estrictas.

Ejemplos de Sistemas de Tiempo Real

Algunos ejemplos de sistemas digitales de tiempo real incluyen:

• VoIP (Voz sobre IP)
• Videoconferencia
• Sistemas de Airbags en vehículos

Redes de Comunicaciones y Calidad de Voz

Tipos de Redes de Comunicaciones

Existen principalmente dos tipos de redes según su naturaleza (el documento original no detalla diferencias, señales de origen ni ejemplos específicos para cada una):

• Redes de Datos
• Redes de Telecomunicaciones

Factores de Sensibilidad del Oído Humano en Comunicaciones

El oído humano es sensible a:

• Retardos (latencia).
• Irregularidades del ritmo verbal (por ejemplo, eco).
• Pérdidas de información.

Factores que Afectan el Tránsito de Voz en Redes de Datos

El rendimiento de la voz sobre redes de datos se ve afectado por:

• Latencia (retardo total).
• Jitter (variación del retardo).
• Pérdidas de paquetes.
• Ancho de Banda disponible.

Latencia y Jitter en Detalle

Principales Causas de la Latencia

Los procesos que más contribuyen a la latencia son:

• Paquetización: El tiempo necesario para ensamblar los paquetes de voz.
• Propagación: El tiempo que tarda la señal en viajar por el medio físico.
• Colas en búferes: El tiempo que los paquetes esperan en los dispositivos de red (routers, switches) antes de ser transmitidos.

Fenómenos Originados por Variaciones de Retardo

Las variaciones en el retardo dan lugar a:

• Jitter: Variación rápida (alta frecuencia) del retardo entre paquetes.
• Wander: Variación lenta (baja frecuencia) del retardo.

Latencia de Propagación según ITU-T G.114

La norma ITU-T G.114 establece una medida referencial para la latencia de propagación de aproximadamente 6 microsegundos por kilómetro (µs/Km).

Latencia Aceptable para Voz de Alta Calidad

Internacionalmente, se considera que una latencia de extremo a extremo inferior a 150 milisegundos (ms) permite una alta calidad en la conversación de voz.

Valores Típicos de Latencia en Diferentes Comunicaciones

• Comunicaciones satelitales: 160 ~ 500 ms
• Banda ciudadana (CB): 400 ~ 700 ms
• Servicios de fax y transmisores broadcast: 450 ~ 800 ms

Parámetros Temporales y Corrección de Jitter

¿Qué es el tiempo TEMS?

Es el tiempo utilizado o la duración de una muestra de voz procesada por un códec particular.

¿Qué es el tiempo R?

Es el intervalo de tiempo entre la generación de datagramas (paquetes) de voz consecutivos por un códec específico.

¿Qué es el Jitter?

Son las variaciones rápidas del retardo (variaciones de alta frecuencia) en la llegada de paquetes.

¿Qué retardo introduce normalmente un corrector de jitter?

Un corrector de jitter (buffer de jitter) introduce típicamente un retardo adicional equivalente a dos veces el tiempo R (2 * R) para poder reordenar los paquetes que llegan fuera de secuencia.