Transmisiones de video: ancho de banda requerido

Es una pregunta respecto del ancho de banda necesario para sostener comunicaciones de video de diferente tipo es recurrente en nuestra tarea. 

Es que no sólo el streaming de video ha ido ganando cada vez más lugar en el tráfico de la red. También se multiplican las aplicaciones que permiten acceder a contenidos basados en video o establecer comunicaciones de video; y cada vez de mayor calidad. Cuando se implementa QoS o se diseñan redes inalámbricas es necesario considerar la cantidad de comunicaciones de video simultaneas que habrá de sostenerse, y al hacerlo es fundamental conocer la calidad de ese video para poder estimar el ancho de banda necesario para garantizar su fluidez.

¿Qué es un "streaming" de video?

Con este término solemos referirnos a una transmisión de video unidireccional a través de una red de datos.

Es un tipo de transmisión que requiere la transferencia contínua de bits a través de la red de datos (Internet, la red corporativa o la red hogareña) hasta el receptor en el que se reproducirá.

Normalmente se trata de contenido enviado de modo comprimido, utilizando diferentes algoritmos de compresión, que el receptor final visualiza en tiempo real utilizando aplicaciones que no esperan a la descarga completa o a almacenarlo para poder reproducirlo.

Este video puede tener diferente resolución o calidad.

La resolución del video, junto al algoritmo de compresión utilizado, determinan el requerimiento de ancho de banda.

Video HD

Resolución de imagen: 720p, lo que implica una resolución de pantalla de 1280 x 720 píxeles.

Esta calidad de video, utilizando códec H.264 requiere 3 Mbps de ancho de banda.

Si se utiliza códec H.265 es necesario calcular un ancho de banda de 1,5 Mbps.

Video FHD

Resolución de imagen: 1080p, lo que implica una resolución de pantalla de 1920 x 1080 píxeles.

Cuando se utiliza códec H.264 su transmisión requiere 6 Mbps de ancho de banda.

Utilizando H.265 se recomienda estimar 3 Mbps para este streaming.

Video UHD

Resolución de imagen: 2160p, lo que implica una resolución de pantalla de 3840 x 2160 píxeles (el doble que FHD).

Aproximadamente 4 veces la cantidad de píxeles del video FHD.

Video 4K

Esta calidad de video refiere a 2 resoluciones posibles.

La resolución correspondiente a video UHD: 3840 x 2160 píxeles; o la resolución mayor disponible que es 4096 x 2160 píxeles. 

Materiales en esta resolución ya están disponibles en servicios de streaming como Netflix o YouTube.

Para una transmisión en resolución 4096 x 2160, con códec H.264 se recomienda reservar 32 Mbps. Si se utiliza códec H.265 hay que estimar 15 Mbps.

Sintetizando

HD     1280 x 720       H.264    3 Mbps

                                   H.265    1,5 Mbps

FHD   1920 x 1080    H.264     6 Mbps

                                  H.265     3 Mbps

UHD   3840 x 2160    H.264    25 Mbps

                                   H.265   12 Mbps

4K      4096 x 2160   H.264     32 Mbps

                                  H.265   15 Mbps

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Power over Ethernet

En las redes actuales hay una variedad importante de terminales o "endpoints" (cámaras IP, access points, teléfonos IP, laptops, etc.) que por su naturaleza de dispositivos terminales están diseñados para conectarse a la infraestructura de la red a través de dispositivos de acceso, típicamente un switch. 

Estas terminales utilizan un cable UTP para conectarse al puerto de acceso de un switch LAN. Pero para poder operar, además de la conexión de datos requieren de alimentación eléctrica.

Desde hace varios años los switches de acceso de nivel enterprise dan la posibilidad de que el dispositivo terminal reciba energía a través del mismo cable UTP que se utiliza para la transmisión de datos. Es lo que recibe la denominación genérica de Power over Ethernet (PoE). De esta manera es posible simplificar los requerimientos de cableado eléctrico y aprovechar el tendido del cableado de red para un propósito doble: alimentación eléctrica y transporte de datos.

Adicionalmente, al controlar el suministro eléctrico de estos dispositivos desde el switch es también posible tener un control centralizado del encendido y apagado de terminales como teléfonos y otros. Con esto hay un nuevo recurso para el control del consumo eléctrico.

Para dar suministro eléctrico a través del puerto del switch es suficiente un cableado UTP categoría 5e realizado de acuerdo a las especificaciones del estándar.  

En el caso de los switches Cisco, si bien PoE se inicio como una implementación propietaria (Power Inline y UPoE), en la medida en que se publicaron estándares los dispositivos se fueron adaptando a los mismos. En primer lugar la primera norma fue IEEE 802.3af (conocida como PoE), luego actualizada por IEEE 802.3at (llamada PoE+) y finalmente llevada a su expresión más potente en la actualidad, IEEE 802.3bt (UPoE).

PoE IEEE 802.3af

Generalmente recibe la denominación genérica de PoE la implementación del estándar 802.3af aprobado por la IEEE en el año 2003, y que tiene las siguientes características:

• Puede utilizar 2 o 4 pares de cable UTP categoría 5e.
• Entrega hasta 15,4 W en el puerto del switch, lo que brinda hasta 12,95 W en el dispositivo alimentado considerando la pérdida de 100 m. de cable.
  Esto es suficiente para alimentar APs IEEE 802.11a/b/g con radio dual, una cámara IP o un teléfono IP que requieren un máximo de 12,95 watts. 
• Se puede implementar sobre enlaces Ethernet 10BaseT, 100BaseT o 1000BaseT.
• Mantiene una longitud máxima de 100 m. para cada segmento de cableado UTP.

PoE+ IEEE 802.3at

Estándar IEEE aprobado en el año 2009, que cuenta con las siguientes características:

• Proporciona hasta 30 watts en el puerto del switch lo que representa hasta 25,5 watts de potencia a los 100 metros de cable.
• Soportado sobre cableado categoría 5e o superior.
• Estos dispositivos también son denominados dispositivos “tipo 2”.
• Mantiene una longitud máxima de 100 m. para el cableado UTP.
• PoE+ es la solución para dar alimentación eléctrica a APs 802.11n de radio dual y los estándares posteriores, para sostener también cámaras IP color de alta resolución o teléfonos IP con pantalla color de alta resolución.

UPoE+ IEEE 802.3bt

La tecnología de provisión de energía sobre el cableado de datos ha seguido evolucionando para permitir dar alimentación eléctrica a una variedad más amplia de dispositivos terminales.

Inicialmente fue un desarrollo propietario de Cisco para proporcionar alimentación eléctrica de hasta 60 watts en el puerto del switch denominado genéricamente UPoE.

Ahora, estandarizado como IEEE 802.3bt es denominado UPoE+ y proporciona:

• Proporciona hasta 90 watts en el puerto del switch que representan hasta 71 watts a los 100 metros de cable.
• Soportado sobre cableado categoría 5e o superior.
• Mantiene los 100 m. de longitud para el cableado UTP.
• Requerido para alimentación eléctrica de clientes de infraestructura de escritorio virtual, switches compactos, laptops, sistemas de Telepresencia, etc.

Soporte en dispositivos Cisco

Entre la familia de dispositivos Cisco, soporten PoE+ o UPoE+ los siguientes:

• Catalyst 9200 soporta PoE+.
• Catalyst 9300 y 9400 soportan hasta UPoE+.
• Meraki MS12X, 2XX y 350 soportan PoE+.
• Meraki MS355 y 390 soportan UPoE.

En el caso de los switches Catalyst, una letra incluida en el Product ID identifica el soporte PoE que ofrece la plataforma:

• Una letra "P" identifica productos con soporte PoE+ como, por ejemplo: C9200L-48P-4G, o C9300-48P.
• Una letra "U" identifica productos con soporte UPoE como, por ejemplo: C9300-24U, o C9400-LC-48UX.
• Una letra "H" identifica productos con soporte UPoE+ como, por ejemplo: C9300-48H o C9400-LC-48H.

En todos los casos es necesario tener presente que la simple declaración de que un dispositivo posee capacidad PoE no es suficiente. Es necesario complementar la información con lo detallado en el hoja técnica del dispositivo respecto de posibles restricciones y requisitos, el rango de puertos soportados, el posible requerimiento de fuentes de alimentación o actualizaciones de software.

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