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TELECOMUNICACIONES INALAMBRICAS PARA EDUCACION A DISTANCIA Y TELEMEDICINA. Ing. Melanio Castillo Dr. Edwin Marengo, Ph.D. Lic. Everardo Ortega, M.S.E.E. Lic. José R. Serracín Ing. Fernando Castillo . Grupo de Telecomunicaciones y Telemedicina
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TELECOMUNICACIONES INALAMBRICAS PARA EDUCACION A DISTANCIA Y TELEMEDICINA Ing. Melanio Castillo Dr. Edwin Marengo, Ph.D. Lic. Everardo Ortega, M.S.E.E. Lic. José R. Serracín Ing. Fernando Castillo Grupo de Telecomunicaciones y Telemedicina Vicerrectoría de Investigación, Postgrado y Extensión PRESENTACION DADA EL 24 DE JULIO, 2000 EN EL CAMPUS VICTOR LEVY
Organización de la Presentación • Proyecto SOL-EDU – porción de telecomunicaciones para proveer Internet y educación a distancia. • Alternativas para telecomunicación inalámbrica • Telemedicina • Telecomunicaciones y equipamiento para telemedicina
Telecomunicaciones de SOL-EDU • Objetivo: • Instalación y operación de un sistema • de comunicaciones que permita el • acceso al Internet (bidireccional) y • videoconferencia unidireccional de • los centros regionales a las escuelas • para educación a distancia. • Velocidad mínima: 256 kbps • Unas 2400 escuelas (nodos)
Telecomunicaciones de SOL-EDU • Reto inalámbrico • Región montañosa (reduce las líneas de vista) • Lluvias, humedad (aumenta atenuación) • Vegetación • Resumidamente, región trópico-húmeda y • montañosa (unos 50Km +/-) Alcance de la señal electromagnética (problema de atenuación en propagación) y/o falta de línea de vista UHF (400 MHz)50 Km sin problemas (a veces sin línea de vista incluso) Banda rural PROBLEMA: ANCHO DE BANDA Usar banda alta de UHF o MO. • Otro RETO: Número y dispersión de los nodos (2400 a través del país).
Telecomunicaciones de SOL-EDU • Requerimiento básico • Internet más videoconferencia • unidireccional (SOL-EDU) 256 kbps • Capacidad de crecimiento • Videoconferencia diferida (iso-retraso) a baja • velocidad (256 kbps) o videoconferencia • iterativa a alta velocidad(11 Mbps) • (Conferencias magistrales y cursos (UTP), • Telemedicina) • Reto fundamental:Enlace inalámbrico • (dado el alcance rural del proyecto).
Telecomunicaciones de SOL-EDU Centro regional Enlace o canal centro-escuela escuela Internet (PANNET) Enfoque: Video no iterativo del centro a la escuela.
Telecomunicaciones de SOL-EDU Centro regional C&W Internet escuela Canal de comunicación: sistema de telefonía rural de C&W o nuestro canal para proveer Internet Videoconferencia sobre IP Enfoque: Video no iterativo del centro a la escuela.
Telecomunicaciones de SOL-EDU Veraguas Coclé Azuero 256 64 256 Bocas del Toro Orillac 64/256 512 1.544Mbps (T1) C&W Internet Frame Relay Sede Provisional (Nodo central) Cisco 4500 Tocumen 512 256 256 Victor Levy 256 * 64 Colón Chiriquí Chorrera * PANNET Cisco 2501 * Cisco 2509 (los demás nodos)
Telecomunicaciones de SOL-EDUC PANNET (8 nodos principales – SOL-EDU) Colón Bocas del Toro Chorrera Panamá Coclé Veraguas Chiriquí Columna vertebral de nuestros proyectos de telecomunicaciones (La red Pannet) Azuero FRAME RELAY (256 – 384 kbps) FUTURO: Líneas digitales (C&W) o red ATM (155Mbps) Unas 300 escuelas/centro.
Telecomunicaciones de SOL-EDUC PANNET (8 nodos) Colón Extensiones inalámbricas Bocas del Toro Chorrera Panamá Coclé Veraguas Chiriquí Columna vertebral de nuestros proyectos de telecomunicaciones (La red Pannet) Azuero FRAME RELAY (256 – 384 kbps) FUTURO: ATM (155Mbps) OPCIONES INALAMBRICAS
Telecomunicaciones de SOL-EDU • Opciones (para los enlaces Centro-Escuela): • UHF punto-punto (justificación, costo) • UHF punto-multipunto (2.5-2.7 GHz, MMDS) • Microondas punto-punto (costo (repetidoras)) • UHF espectro disperso punto-multipunto • (puentes inalámbricos DSSS de Ethernet) • (bajo nivel de potencia, i.e., corto alcance) • Enlaces alámbricos y/o inalámbricos de la • compañía telefónica (casos particulares) • Microondas satelital (costo (operacional)) • Red del Ministerio de Salud (alternativa) • Experiencia en UHF: Min. Salud, Com. Canal de Panamá, C&W, IDAAN.
Proyectos Piloto de Ejecución Inmediata • SOL-EDU Azuero (9 escuelas) (Japón) • SOL-EDU Veraguas I (2 escuelas) • SOL-EDU Coclé (4 escuelas) • SOL-EDU Veraguas II (5 escuelas) • (Panasonic-Ministerio de Salud) • SOL-EDU Chiriquí (5 escuelas) • COM-EDU (con Cable&Wireless: parte de comunicación) • Azuero(9), Veraguas(7) y Coclé(4) (20 escuelas)
Telecomunicaciones de SOL-EDU Red del Min. Salud (Voz y data) *Toda la geografía a ser cubierta (fase II de ejecución inmediata) Solo para casos aislados (Internet). UHF de baja frecuencia (banda rural) Pannet (8 nodos) – 256 kbps (F-Relay) Cobertura inalámbrica-Min. Salud (UHF punto-multipunto) – 64 kbps, y muchos canales (usuarios) - voz y data de baja velocidad solamente. (ESQUEMATICOS PARALELOS)
MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System) • 2.5-2.7 GHz (frecuencias para videoconferencia iterativa). • Sistema similar al celular. • Su contraparte en microondas es el LMDS (@10, 23, 38, 43 GHz). • Ancho de banda de 200 MHz. • Hasta 1000 usuarios @ 256Kbps, o hasta 200 @ 512Kbps. • Hemos incluido el uso de algunas repetidoras para los casos que no • tengan línea de vista y/o cuyo alcance sea de más de 50 Km. • Antena en el centro regional debe ser omnidireccional o cubrir • sectores circulares del total de 360°. • Antena en la escuela debe ser de alta ganancia (24dB), • Yagui o parabólica (dish). • Se deberán instalar repetidoras en aquellos casos donde la distancia • entre el centro y la escuela sobrepase la distancia máxima de enlace • (50Km) y/o no exista línea de vista. Mismas unidades modulares de • MMDS en funcionalidad como access/central point y relay point. • Bajo costo (unos $ 22 millones), muchos usuarios, soporta las specs, • capacidad de crecimiento. NOTA: Red de PANNET obsoleta.
MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System) • Habrá que hacer estudio de radiación cubriendo toda la geografía • nacional. Determinará probable porcentaje de entrega. • Determinar bandas (canales de MMDS) disponibles (6MHz). • Uso de sectorización circular (mediante antenas de 4,8,12 sectores) • para reutilización de frecuencias y, consiguientemente, más usuarios • efectivos a la velocidad requerida, y expansión futura.
MULTICHANNEL MULTIPOINT DISTRIBUTION SYSTEM hub inalámbrico 256Kbps-10Mbps Video in (análoga) T/R modem Enlace UHF Video server y video stream Switch de datos (300 canales) . . . Internet V.35 PC Internet (enlaces punto-multipunto) Pannet CENTRO ESCUELAS
Sistema UHF punto-multipunto MMDS f1 f2 T R (Long,lat.,alt.) Hacia el switch de datos 300 canales HUB inalámbrico (punto másalto en la región) f2 Escuela 1 T T R R $ 125K/repetidora ... HUB f2 inalámbrico Centro Regional T internet Escuela 300 R PC $ 250K/centro $ 4K + 2K(PC)/escuela Opción: usar router($2K)+convertidor VGA a NTSC + TV (total asciende a $ 9.5K) modem *Unas 8 repetidoras.
Telecomunicaciones de SOL-EDU $ 20K inalámbrica $ 12K Switch de datos (N canales) Video in (análoga) V.35 Router Enlace UHF V.35 Video server 768kbps . . . . . . Internet 12 X 64kbps V.35 (N canales) PC Internet 1-80 km V.35 (Enlaces punto-punto) $ 25K (N=10) Pannet Convertidor VGA a NTSC OPCION UHF punto-punto • Esquemático general • (aplica al caso Azuero con N=10) $ 5K TV
Telecomunicaciones de SOL-EDU Puentes inalámbricos para redes de Ethernet (varios proveedores (CISCO-Aironet*, Lucent, Airlinx)) – utiliza espectro disperso (DSSS) bridge antenas Problemas principales de esta opción: Regulación. Requiere usar baja densidad espectral de potencia a fin de no interferir con canales de CW (@ frecuencia asignada) 900 MHz, 2.4-2.5 GHz, 5.7-5.8 GHz 1-11 Mbps Hasta 60 Mbps * 3-Tel Communications (Holanda)
Usos: Campuses universitarios, edificios locales (telemedicina en la región urbana), enlaces inalámbricos a áreas inaccesibles (rurales, remotas), enlaces de corto alcance para interconectar LANS. Topología de malla (via roaming) – para mayor cobertura
Telecomunicaciones de SOL-EDU TOPOLOGÍAS wired LAN AP (access point) Aumenta cobertura por traslape wireless LAN usuario requiere adaptador LANs versus WANs (pero usan los mismos principios) Uso del AP como punto de extensión (EP) (usa antena direccional en el EP) – varios en serie, es posible.
Telecomunicaciones de SOL-EDU Topología de punto-punto para mayor distancia de alcance (usa antenas direccionales en ambos sitios) Aironet Antenna Calculation Utility con antena direccional en la escuela Corto alcances (6-10 mi.) pero pueden usarse puentes en relay (extension points) Topología de punto-multipunto (antena direccional en la escuela)
Telecomunicaciones de SOL-EDU Costo por componente: Ethernet bridge $ 2K Antena parabólica $ 1.1K Antena omnidireccional está incluida ya Pastillas adaptadoras $ 1K
Spread Spectrum (SS) • Varias posibilidades: • Equipos para pocos usuarios en conexiones • primordialmente de tipo punto-punto para • mayor alcance espacial (Aironet BR series, • antenas dish de 24 dB). Util en la zona metropolitana • y en casos rurales aislados. • Equipos como el WaveACCESS NET de Lucent, • el cual trabaja en la modalidad de Frequency Hopping • Spread Spectrum • Problema principal: demasiados usuarios (hasta 60 por • unidad central, hasta 10 units) • (mucha capacidad, queda • subutilizado), versus escaso • alcance (6-10 mi. máximo). (Unlicenced ISM band @2.4 GHz) Compite con MMDS
Telecomunicaciones de SOL-EDU • Cable&Wireless(20 nodos) – proyecto piloto • PROVEER INTERNET • Costo de esta opción se reduce a equipamiento; • Cámara y tarjeta, conversor VGA a NTSC, computadora, • tarjeta de internet, modem. • C&W – si se usa en una porción substancial del proyecto • total • Costo de instalación inicial • Costo de operación (tarifa) • Equipamiento (ver arriba)
Opción Satelital La multicanalización se realiza por TDM o FDM SATELITE PANASAT MORELOS MICROONDAS SATELITALES Campus V. Levy S. microondas Lat1,long1 ... Lat2,long2 ... 768kbps Servicios de internet y video Lat2400,long2400 La comunicación se realizará entre la sede central Victor Levi Sasso y las diferentes escuelas (caso especial, Azuero con 10 escuelas, N=10)
Opción Satelital EQUIPAMIENTO EN EL CAMPUS VICTOR LEVY S. Sede Central Campus Victor Levy S. Hacia el satélite trasponder Multicanalización por división en frecuencia T R satelital INTERNET Pannet Switch de datos Modem BUS Video server Video stream VIDEO IN De la cámara T1-1.536Mbps (24 ch.), E1-2.048Mbps (32 ch.) (512kbps)(2400 nodos): 1228.8Mbps (switch) N.circuitos T1: 1228/1.536=800. N.circuitos E1: 600.
Opción Satelital EQUIPAMIENTO EN LA ESCUELA Hacia el satélite n=12, vt=12*64Kbps=768Kbps $ 2K Modem satelital T Comunicación satelital bidireccional R satelital ROUTER $ 1.2K PC TV de alta resolución 27 ” $ 0.3K $ 1.5K Conversor VGA a NTSC Router+PC+conversor+TV= $ 5K/escuela
MATRIZ DE COMPARACIÓN c. crecimiento Implementac. Conclusión Calidad serv. % de entrega regulación velocidad costo UHF terrestre punto-punto - - - - - casos especiales * UHF terrestrepunto-multi. - - - costo y servicio MO terrestre (LMDS) alto costo UHF amplio espectro - regu./impl./costo MO satelital * alto costo oper. - Telefonía rural (C&W) - * - cumple vs costo oper. Red del Min. Salud (no cumple specs.) * MMDS (2.5-2.7GHz) *Costo operacional
ENLACES ALAMBRICOS Y/O INALAMBRICOS TERRESTRES MMDS C&W UHF punto-punto Zonas de traslape.
ENLACES ALAMBRICOS Y/O INALAMBRICOS TERRESTRES Satelital Min. Salud MMDS C&W Otras opciones UHF punto-punto Zonas de traslape. Espacio de especificaciones
Telecomunicaciones de SOL-EDU VIDEOCONFERENCIAS, Y VIDEO NO ITERATIVO • Línea Polycom (Electrónica Comercial) • Show station (presentaciones) • View station (videoconferencia) – también para • compartir documentos y presentaciones a distancia. • Stream station (stream video, puede ser diferida) • (video server) – para grabarla, o transmitir en • diferido. ambos en los centros • Requiere 256 kbps para upstream/downstream (canal de 512kbps). • (30 cuadros/s) – modalidad de verdadera videoconferencia. • El view station permitiría preguntas interactivas. • Videoconferencia sobre IP (una posibilidad). Requiere sólo • de internet en las escuelas. No videoconferencia por Frame • Relay (problemático pues no se tiene la capacidad garantizada).
Telecomunicaciones de SOL-EDU Internet, Real Player (software), acceso a dirección IP (a la hora de la clase o presentación, o puede accesar a cualquier tiempo programas o videos pre-grabados) Escuela En el centro 30 fps View station Centro puede ser dial-up Internet Stream station Otras opciones: Videoconferencia sobre ISDN, V.35. IP asignada (+ password)
Telecomunicaciones de SOL-EDU Centro Centro Video in View station View station Internet Video server Stream station Stream station
Telecomunicaciones de SOL-EDU Pruebas con Electrónica Comercial • Demostración en Electrónica Comercial • Uso del view station, stream station, show station. • requerimientos (videoconferencia sobre IP (H.323), sobre • ISDN (económica y de calidad), sobre líneas digitales de • C&W para el futuro (V.35), 256 kbps en ambas direcciones • (tráfico simétrico)).
Telecomunicaciones de SOL-EDUC Pruebas con Electrónica Comercial • Tres pruebas: • Preliminar, ante el grupo de Telecomunicaciones (stream • video, simulación de la videoconferencia sobre IP en • Electrónica Comercial). • Prueba de stream video y prueba de videoconferencia • entre la sede provisional y un nodo de PANNET cercano • (Victor Levy, Orillac, Tocumen). • Luego hacer otra prueba entre la sede y Veraguas • (PANNET). Siguientes semanas ya. Coordinar con altas autoridades de la UTP
SOL-EDU Telemedicina • TEMAS COMUNES • Orientación social (sectores de educación y salud) • Componente energético (páneles solares) • Componente de TELECOMUNICACIONES • Alcance rural (posiblemente accesos remotos) • Tecnología inalámbrica • Muchos nodos (700 vs 2400) • Capacidades: 256 kbps vs 512 kbps, con deseos • de expansión (11 Mbps). • Educación médica continuada (en los hospitales). • DE SER POSIBLE, EVITAR DUPLICIDAD • DE RECURSOS (equipo, i.e., antenas en el centro • de salud y la escuela). – Elucidar la compatibilidad.
Previsiones para Telemedicina • Dos tipos de telemedicina: • De baja velocidad (voz y data, y • videoconferencia diferida con velocidad • real) (512 kbps) • De alta velocidad (videoconferencia • iterativa, en tiempo real) (11 Mbps) • (fibra óptica, o red inalámbrica de • amplio ancho de banda (puentes • inalámbricos de espectro disperso (DSSS), • o enlaces de UHF o microondas)) • (Requiere expansión Frame Relay a ATM (155Mbps))
Telemedicina • Porcentajes de utilización: • Video real iterativo de alta velocidad • (situaciones especiales (EMERGENCIAS)), • bajo % (FUTURO) • Voz y data (archivos, radiografías, • electrocardiogramas, fotografías • dermatológicas) y video diferido (stream video). • Baja velocidad. Alto %. Enfoque inicial ENFOQUES (FASE INICIAL): RADIOLOGIA PATOLOGIA DERMATOLOGIA En base a incidencias de casos y concentración de especialistas (Fac. Medicina), e.g., lectura de placas radiológicas, patológicas, etc. FUTURO: CARDIOLOGIA SIQUIATRIA (Presos) TOXICOLOGIA
Telemedicina (Región metropolitana) Hospital del Niño Hospital Oncológico Caja de Seguro Social Universidad de Panamá CDIM (Fac. de Medicina) *CDIM=Centro de docum. e info. médica Clínica Privada Hospital Santo Tomás Nodo Central (UTP-Pannet) Laboratorio (opcional) Facultad de Medicina (CDIM)- Determinará su uso y administración. UTP – Parte técnica, mantenimiento, administración del recurso.
Telemedicina PROYECTO PILOTO DE TELEMEDICINA (Azuero-Panamá) Hospital AHC2 Hospital AHC1 256kbps-11Mbps Cecilio Castillero Anita Moreno Zona Regional Centro Regional Azuero CASO AZUERO 256kbps-11Mbps Hospital AHC3 Caja de Seguro Social PHC1 El Vigía 256kbps Zona urbana Panamá 256kbps-11Mbps Hospital PHC2 UTP SEDE San Miguel Arcángel San Miguelito Nodo Central CASO PANAMA U. Panamá T1=1.536Mbps 256kbps- 11Mbps Facultad de Medicina (Administrará el uso de la red de telemedicina) C&W En los centros regionales el medio de comunicación puede ser: a- alámbrico (C&W (256kbps)), b- inalámbrico punto-punto (4E1=8.192Mbps) o punto-multipunto (11Mbps). En la zona urbana, los enlaces pueden ser proporcionados, además, via Cable Modem-Cable Onda. Red Telefónica Nacional
Hospital Provincial, Hospital de distrito, Clínica, Policlínica Propósito general, almacenaje y transmisión de señales $ 6K/Hospital PC1 Hacia centro regional 4-SW+ROUTER Digitalizador de rayos x 3COM HUB 10 BASE-T 10 BASE-T (o equipo digital de rayos x) $ 6K/Hospital 10 BASE-T 10 BASE-T Cableado en centro $ 0.5K PC2 DICOM Gateway 10 BASE-T Scanner de alta resolución Estación de teleradiología -Captura de imágenes Scanner de alta resolución VIDEO CAMARA de alta resolución CAMARA DIGITAL de alta resolución $ 2K/Hospital *También laringoscopio, otoscopio (med. general) Fibra óptica, microondas, UHF, línea de pares metálicos Enlaces centro regional-Hospital
Equipamiento para Telemedicina (Clínica o Policlínica) • Estetoscopio • Laringoscopio • Otoscopio • Digitalizador de rayos x • Scanner de alta resolución • Cámara digital • Videocámara digital • Microcámara digital • PC de propósito general • PC como terminal de teleradiología, etc. • switch y router de 4 canales • hub de 8 canales
Telemedicina SISTEMAS DE COMUNICACIÓN – TRANSMISION DIGITAL (Comunicación usuario-centro) • Medios de transmisión: • espacio libre (enlaces inalámbricos punto-punto y • punto-multipunto terrestre y satelital) • línea bifilar (red telefónica de C&W) • cable coaxial (Cable Onda-cable modem) • fibra óptica (Cable Onda-red de fibra en la ciudad de Panamá)
II. Tecnología de comunicación digital: • Enlaces punto-punto utilizando radios UHF de alto alcance (D=50Km máximo), y velocidades de transmisión que pueden variar desde 256kbps hasta 8.192Mbps. Trabajan en la banda más alta de UHF, cerca de la región de microondas, en frecuencias entre 1.35 a 1.525 GHz. Puede transmitir 4 canales E1 con su respectivo MUX. El costo del radio digital (2 radios más las antenas) es de $20K. 50 Km 1.35-1.525 GHz V.35 V.35 $ 20K/enlace T/R T/R Radio transmisor-receptor 256kbps-8.192Mbps programable Puede extenderse a lo largo de la geografía nacional. DIAGRAMA DEL SISTEMA (UHF PUNTO-PUNTO)
Red telefónica de C&W. Actualmente proporciona la comunicación • entre los centros regionales y la ciudad de Panamá a 256kbps. • Costo de una línea entre el centro y el usuario a 256kbps es de • $850/mes. • Enlace punto-multipunto utilizando espectro amplio (DSSS). • 5.725-5.850 GHz (microondas). • 11Mbps • Alcance medio. 6-10 mi. USUARIO 1 5.725-5.850 GHz 11Mbps T/R T/R 11Mbps HUB Inalámbrico 11Mbps USUARIO 2 Para enlazar un punto con varios usuarios. T/R DIAGRAMA DEL SISTEMA (DSSS a 5.725-5.850 GHz)
NODOS EN AZUERO (PROYECTO PILOTO LOS SANTOS-HERRERA) HOSPITAL ANITA MORENO ANVR1 UTP Centro Regional ANVR2 HOSPITAL CECILIO CASTILLERO .256-11 Mbps AZUERO NCRA ANVR3 HOSPITAL EL VIGIA CLINICA VIRTUAL UTP (OPCIONAL) Centro Regional Azuero Velocidad de cada enlace puede variar entre .256-11 Mbps dependiendo de la tecnología de comunicación que se utilice.
CASO AZUERO A-UTILIZANDO COMO MEDIO DE TRANSMISION LA RED TELEFONICA DE C&W (256kbps/canal) RED INTERNET PANNET Clínica Virtual en el Centro UTP Opcional HC3 (10-BASE T) SW 4 canales Hospital Regional 1 Clínica Virtual Cecilio Castillero HC4 HC1 256kbps HC1 HC2 256kbps C&W Red telefónica 256kbps HC2 Hospital Regional 2 Clínica Virtual Anita Moreno HC4 256kbps Hospital Regional 3 El Vigía Costo total (alquilando por un mes): $ 55K (alquilando por un año): $ 84K
CASO AZUERO B – UTILIZANDO COMO MEDIO DE TRANSMISION EL ESPACIO LIBRE (ENLACES INALAMBRICOS) ENLACES PUNTO-PUNTO @ 1.35 GHz a 1.525 GHz RED INTERNET PANNET Clínica Virtual en el Centro UTP Opcional HC3 SW 4 canales HC4 Costo total: $ 115K V.35 HC1 HC2 V.35 .256-8.192Mbps Hospital Regional 1 Clínica Virtual Cecilio Castillero V.35 HC1 f1 V.35 HC4 f2 V.35 .256-8.192Mbps HC2 Hospital Regional 3 El Vigía Hospital Regional 2 Clínica Virtual Anita Moreno V.35
Telemedicina Enlace entre el Hospital Regional y el Centro Regional de la UTP (Pares metálicos o enlace inalámbrico) Centro Regional UTP Hospital Regional 10 Base-T Medio de transmisión RED TELEFONICA C&W SW Línea dedicada $ 6.2K/centro regional $ 1K+.85K/mes instalación 4 canales Digital radio link Moseley RED DE INTERNET PANNET T T R R $ 18K/hospital 50 Km-línea de vista (punto-punto)