evolucion redes de paquetes
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Dr. Ing. lvaro Rendn Galln
Ing. Fernando Mendioroz, MSc. (c.)
Popayn, 2014
Universidad del Cauca Facultad de Ingeniera Electrnica y Telecomunicaciones
Departamento de Telemtica
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1. Conmutacin de Circuitos y de Paquetes
2. Evolucin y Convergencia
3. Redes de Nueva Generacin (NGN)
4. Arquitectura de Redes Multi-servicios
5. IP Multimedia Subsystem (IMS)
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Ethernet Redes de radio-paquetes Redes satelitales
Red telefnica Red de enrutamiento por
longitud de onda
Red IP X.25 Frame Relay ATM MPLS
Redes de Comunicacin
Redes de Comunicacin Conmutadas
Redes de Comunicacin por Difusin
Redes de Conmutacin de Circuitos
Redes Orientadas a Conexin
Redes No Orientadas a Conexin
Redes de Conmutacin de Paquetes
H.G. Perros. Connection-Oriented Networks: SONET/SDH, ATM, MPLS and Optical Networks. John Wiley & Sons, Chichester (England), 2005. (Fig. 1-1, pag. 2).
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Un circuito (fsico o un canal) dedicado para la comunicacin entre los usuarios (apropiado para
telefona).
Requiere establecimiento y liberacin.
El establecimiento requiere capacidad disponible de circuitos y conmutadores.
A
C
E
B
D
F
Conmutacin de Circuitos
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Los circuitos son compartidos entre las diferentes conexiones (uso ms eficiente en transmisin de datos).
Todos los datos son agrupados en paquetes.
La velocidad de transferencia de los paquetes vara en funcin del estado de la red.
A
C
E
B
D
F
Conmutacin de Paquetes
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Cada paquete se procesa en forma independiente en los nodos y puede seguir una ruta distinta: Datagrama.
Cada paquete lleva la identificacin del destino.
Los paquetes pueden llegar en desorden o perderse.
El receptor reordena y recupera los paquetes.
Comunicacin No Orientada a Conexin (Connectionless)
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Los paquetes siguen una ruta establecida antes de iniciar la transferencia: Circuito Virtual (conmutado o permanente)
Requiere establecimiento y liberacin
Cada paquete lleva la identificacin del circuito virtual
La red puede hacer secuenciacin y control de errores.
Comunicacin Orientada a Conexin (Connection-Oriented)
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Ethernet Redes de radio-paquetes Redes satelitales
Red telefnica Red de enrutamiento por
longitud de onda
Red IP X.25 Frame Relay ATM MPLS
Redes de Comunicacin
Redes de Comunicacin Conmutadas
Redes de Comunicacin por Difusin
Redes de Conmutacin de Circuitos
Redes Orientadas a Conexin
Redes No Orientadas a Conexin
Redes de Conmutacin de Paquetes
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Libertad, igualdad, fraternidad
y telecomunicaciones !
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El 15 de agosto de 1794, en plena Revolucin Francesa, el ejrcito francs recuper la localidad de Cond-sur-l'Escaut, en la actual frontera con Blgica, del dominio de austriacos y prusianos, quienes hacan parte de una poderosa coalicin que tena rodeada la naciente repblica.
La noticia lleg a Pars, a 230 Km, menos de una hora despus de terminada la operacin, gracias al primer mensaje oficial enviado a travs de la lnea de telegrafa ptica instalada entre Lille y Pars por Claude Chappe.
Este hecho es considerado como el inicio de la era de las telecomunicaciones (Huurdeman, 2003).
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Semforo de Chappe (1) Telgrafo y cdigo (2) Semforo ptico de Claude Chappe en Nalbach (Alemania) (3)
(1) http://en.wikipedia.org/wiki/Claude_Chappe (2) http://people.ucalgary.ca/~bakardji/ElectricComm/optical_telegraph.html (3) http://en.wikipedia.org/wiki/Semaphore_line
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http://www.nikolasschiller.com/blog/index.php/archives/2008/01/
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http://www.nikolasschiller.com/blog/index.php/archives/2008/01/
El primer telfono de Antonio Meucci
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1922 PABX Hasler
La conexin entre los abonados es establecida de manera manual por las operadoras
(Strowger: el factor humano!)
1 Hungarian Patent Office, 1996
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Impulsos decdicos
Uniselector (10 salidas)
Selector de elevacin y giro (100 salidas)
La conexin entre los abonados es
establecida por los selectores, a partir de
los impulsos generados por el
telfono del abonado llamante.
Central Siemens F1
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Impulsos decdicos
Los impulsos enviados por el abonado A se almacenan en un Registro.
Esta informacin (nmero de B) es usada para controlar los selectores.
Selector de 500 lneas
A
Central Ericsson AGF
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Selector de coordenadas
El control evala las salidas y elige una ruta antes de establecer la
conexin.
Central Ericsson ARF
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La voz es digitalizada y multiplexada en las troncales: Red TDM (Time Division Multiplex)
Jerarqua Digital Plesicrona (PDH) Jerarqua Digital Sncrona (SDH)
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Procesador APZ
Stored Program Control
(SPC) El control es realizado por un
procesador digital Ericsson:
Procesador APZ Lenguaje PLEX
Central Ericsson ARE
ENIAC (tubos, diodos, rels): 1946 1er transistor silicio: 1954
PDP-8 (DTL): 1965
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La voz es digitalizada en la interfaz de abonado.
La conmutacin es realizada por circuitos electrnicos.
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Red SDH
Red de Transporte Conmutado
Red de conmutacin de circuitos Soportada en una red SDH
Voz: rfaga continua de pequeos paquetes de datos a
64 Kbps
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Sistema de Sealizacin N 7 de Canal Comn o Common Channel Signaling System No. 7 (SS7 segn ITU-T o CC7 segn ANSI) constituye un estndar global para las telecomunicaciones, definiendo los procedimientos y protocolos para intercambio de informacin entre las entidades residentes de una red de sealizacin (telefona fija -PSTN-, telefona mvil -PLMN-, etc.), para establecimiento, control y enrutamiento de servicios de voz o datos.
SS7 ofrece soporte para: Telefona Fija o Red Telefnica Pblica Conmutada (PSTN); Telefona Celular o Red Pblica Terrestre Mvil (PLMN);
Red Digital de Servicios Integrados (ISDN); Redes Inteligentes (IN);
Interconexin Red Inteligente/Telefona IP; OA&M: Operacin, Administracin y Mantenimiento.
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Define un acceso integrado a los distintos servicios
Culmina el proceso de digitalizacin de la red telco
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Primera arquitectura convergente Telco-IT para la implementacin
de servicios avanzados.
Servicio 800 avanzado
Servicio 900
Prepago
Televotacin
Red Privada Virtual
Tarjeta de Llamada
Nmero Personal
Portabilidad de Nmero Local
Servicios Basados en Localizacin
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Ethernet Redes de radio-paquetes Redes satelitales
Red telefnica Red de enrutamiento por
longitud de onda
Red IP X.25 Frame Relay ATM MPLS
Redes de Comunicacin
Redes de Comunicacin Conmutadas
Redes de Comunicacin por Difusin
Redes de Conmutacin de Circuitos
Redes Orientadas a Conexin
Redes No Orientadas a Conexin
Redes de Conmutacin de Paquetes
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Interconectan computadores.
Protocolos de acceso al medio: MAC (Medium Access Control) y LLC (Logical Link Control)
Enrutamiento por direcciones MAC de origen y destino,
contenidas en formato de la trama, e.g.: 00-B0-D0-86-BB-F7
Establecen a cul nodo se le permite acceder al medio (nico) de comunicacin en un instante dado: CSMA/CD: Ethernet (IEEE 802.3)
Token Bus: IEEE 802.4
Token Ring: IEEE 802.5
La informacin es transferida a todos los computadores conectados: Difusin.
Capa Fsica
MAC
LLC
Capas Superiores
Capa 2
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Interconectan redes LAN.
Protocolos de red (capa 3).
Establecen a cul red local se debe entregar la informacin: TCP/IP
X.25
Frame Relay
ATM
MPLS
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Ethernet Redes de radio-paquetes Redes satelitales
Red telefnica Red de enrutamiento por
longitud de onda
Red IP X.25 Frame Relay ATM MPLS
Redes de Comunicacin
Redes de Comunicacin Conmutadas
Redes de Comunicacin por Difusin
Redes de Conmutacin de Circuitos
Redes Orientadas a Conexin
Redes No Orientadas a Conexin
Redes de Conmutacin de Paquetes
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Vint Cerf y Bob Kahn, Un protocolo para la interconexin de redes de paquetes: dio origen a TCP/IP;
Estndares del IETF (Internet Engineering Task Force): Request for Comments (RFC);
IPv4: RFC 791 (1981); IPv6: RFC 2460 (1998);
En 1983 ARPANET adopta TCP/IP: Internet.
LAN1
LAN2 LAN3
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Las direcciones IP (nivel/capa 3) permiten identificar distintas redes y los equipos ubicados en ellas;
Servicio no orientado a conexin (datagrama);
Los paquetes se pueden corromper, perder, duplicar o llegar en desorden;
Optimizada para datos, no as para voz/video en tiempo real.
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Ethernet Redes de radio-paquetes Redes satelitales
Red telefnica Red de enrutamiento por
longitud de onda
Red IP X.25 Frame Relay ATM MPLS
Redes de Comunicacin
Redes de Comunicacin Conmutadas
Redes de Comunicacin por Difusin
Redes de Conmutacin de Circuitos
Redes Orientadas a Conexin
Redes No Orientadas a Conexin
Redes de Conmutacin de Paquetes
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Estndar para redes de paquetes conmutados definido como la interfaz entre equipos terminales de datos y equipos de terminacin del circuito de datos
para terminales que trabajan en modo paquete sobre redes de datos pblicas (primeras redes de datos pblicas nacionales: Datapac (Canad),
Coldapaq, Iberpac).
PAD: Packet Assambler/Disassambler
PVC: Permanent Virtual Circuits SVC: Switched Virtual Circuits
SVC PVC
X.21
LAP-B
PLP
Capas Superiores
Pila de protocolos
En cada nodo: control de errores y flujo Si hay error, se retransmite el paquete
+procesamiento +retardo
Enlaces de baja confiabilidad. Velocidad tpica: 19,2 a 64 kbps.
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Estndar para transporte de paquetes de datos sobre circuitos de la Red Digital de Circuitos Integrados (ISDN)
I.430/431
LAP-F
Capas Superiores
Pila de protocolos
En cada nodo: slo control de error Si hay error, se descarta el paquete
-procesamiento -retardo
Enlaces de fibra ptica. Velocidades: 64 kbps 50 Mbps.
Red de conmutacin de paquetes Soportada en una red SDH
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Redes de Transporte Conmutado
Red SDH
Red de Transporte Fijo
Se quiere una nica Red de Transporte
Conmutado!
Conmutador Frame Relay
Enrutador
Multiplexor SDH
WAN
LAN
LAN
LAN
Red de conmutacin de paquetes
Red de conmutacin
de circuitos
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Red ATM Red de Transporte Conmutado
Conmutacin de circuitos
Conmutacin de paquetes
ISDN LAN
Red SDH Red de Transporte
Fijo
Conmutador ATM
Enrutador
Multiplexor SDH
SSP
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ATM SSP
HFC
LAN
Voz
Video
Datos
Concebida para transmitir voz, video y datos y unificar redes Telco y de computadores.
Transmite en modo TDM asncrono en pequeas unidades fijas de datos llamados celdas.
Uso actual: Red troncal (backbone) para ISP.
Conexiones de video punto a punto y punto-multipunto.
Conexiones de voz para telefona celular. Emulacin de circuitos E1 sobre la red ATM. Soporte a redes de acceso residencial basadas
en ADSL.
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LER
LSR
LSR
LSR LER Enrutador del Cliente
Enrutador del Cliente
Convergencia de voz y datos sobre redes IP.
Estandarizado por el IETF en 2001 (RFC 3031).
Introduce un esquema orientado a conexin en una red IP normalmente no orientada a conexin.
Velocidad, escalabilidad, gestin de QoS e ingeniera de trfico.
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Han surgido nuevas redes a medida que la tecnologa ha avanzado.
Como resultado, los operadores tienen hoy muchas plataformas para administrar: PSTN/ISDN, PLMN(GSM/GPRS/UMTS/LTE), IP/IMS, X.25, FR, ATM, MPLS, etc.
El problema de esta aproximacin multi-redes es que ha creado una embrollo que resulta en: gestin compleja; ineficiencia operacional; menores economas de escala; problemas de mantenimiento.
(Sushant et al., 2010)
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Lneas fijas: su uso se est reduciendo a los servicios clsicos.
Lneas mviles: su uso crece en forma sostenida aunque su penetracin ya es alta.
Internet de banda ancha: su despliegue presenta una tendencia de crecimiento rpido.
El trfico IP aumenta 10 veces cada ao, mientras que el trfico de voz es relativamente estable.
(Sushant et al., 2010)
Fijo
Banda ancha
Mvil
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Ethernet (1976)
Red telefnica fija (1871) Red telefnica mvil (1983)
Red IP (1982) X.25 (1976) Frame Relay (1988) ATM (1988) MPLS (1997)
Redes de Comunicacin
Redes de Comunicacin Conmutadas
Redes de Comunicacin por Difusin
Redes de Conmutacin de Circuitos
Redes Orientadas a Conexin
Redes No Orientadas a Conexin
Redes de Conmutacin de Paquetes
De la divergencia ...
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Redes de Comunicacin Conmutadas
Redes de Comunicacin por Difusin
Redes de Conmutacin de Paquetes
Redes de Conmutacin de Circuitos
a la convergencia! Redes de Comunicacin
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Convergencia en las redes Redes pticas, protocolos IP
Acceso ubicuo
pero tambin
Convergencia en los servicios Integracin fijo-mvil
Servicios Telco + Servicios Web
Redes de Nueva Generacin
(NGN)
Subsistema Multimedia IP
(IMS)
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NGN segn ITU:
NGN es una red basada en paquetes capaz de prestar servicios de telecomunicaciones multimedia y de utilizar mltiples tecnologas de transporte de banda ancha y con calidad de servicio (QoS), en la cual las funciones relacionadas con los servicios son independientes de
las tecnologas de transporte subyacentes relacionadas.
NGN segn ETSI:
NGN es un concepto para la definicin e implantacin de redes, que debido a su separacin formal en diferentes capas y planos y al uso de interfaces abiertas, ofrece a los proveedores de servicios y a los operadores una plataforma que puede evolucionar paso a paso para
crear, instalar y administrar servicios innovadores.
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El paradigma de las redes de prxima generacin o NGN nace de la comprensin de las limitaciones de las redes inteligentes fijas y mviles (IN/CAMEL) para la
colaboracin de terceros en la creacin de servicios y el desacoplamiento de los mismos de la infraestructura de red, as como un menor tiempo al mercado.
NGN provee a los operadores de redes de telecomunicaciones la posibilidad de compartir recursos e infraestructura, facilitar la interoperabilidad entre redes,
simplificar y unificar la gestin, operacin y mantenimiento de la oferta de servicios y, por ende, habilitando la rpida y rentable creacin de nuevos y personalizados
servicios ubicuos de banda ancha. Esto permite a terceras partes tomar ventaja de las funcionalidades de las telecomunicaciones en sus propios ambientes y, del lado de los
usuarios finales, NGN permite acceder a servicios que estaban imposibilitados en redes mviles debido a latencias/retrasos de sealizacin, bajo rendimiento, etc.
Los usuarios finales, a partir de estos conceptos, pueden disfrutar de servicios mviles de banda ancha personalizados en todo momento y lugar, as como comenzar a
contar con la flexibilidad, alcance y variedad de servicio que han obtenido mediante la Web/Internet.
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OSS OSS OSS OSS OSS
Cliente
Servicios, Conmutacin, Gestin
Transmisin, Transporte
PST
N
PLM
N
Internet
Datos
Vid
eo
Aspectos a resolver: Inter-funcionamiento entre las diferentes arquitecturas. Convergencia funcional. Aprovechamiento de una infraestructura ptica comn.
Modelo de red heredado
Cada servicio tiene su propia red.
Costos operacionales multiplicados.
Cada red gestionada por aparte.
No hay interaccin de servicios.
Mltiples perfiles de usuario.
Operacin
(Krishnan, 2006; Sushant et al., 2010)
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OSS OSS OSS OSS OSS
Cliente
Servicios, Conmutacin, Gestin
Transmisin, Transporte
PST
N
PLM
N
Internet
Datos
Vid
eo
Modelo de red heredado
Operacin
(Krishnan, 2006; Sushant et al., 2010)
Modelo NGN
Servicios y Aplicaciones
Control Llamada/Sesin
Transporte y Conectividad
Gestin d
e la Red
Cliente
Interfaces abiertas
Interfaces abiertas
Encadenamiento fluido de servicios. Todos los servicios en cualquier acceso. Una red para cualquier servicio. Estructura de gestin unificada. Perfil nico de usuario.
NGN:
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(Lee, 2009; Camarillo & Garca Martn 2008)
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(Abd Majid, 2009)
MGC/SS MGC/SS
IP
SIP-I
IP IP IP
IP
SBC
SIGTRAN
Capa de Servicio
Capa de Control
Capa de Transporte
Capa de Acceso
Rela
cion
ado
con
NG
N
re
a N
GN
OSS AS MMS SCP Video
Internet
Otras redes IP
PSTN/ PLMN
Ncleo de Red de Paquetes IP
SIP SIP H.323 H.248 H.248
IAD Telfono H.323
Telfono IP
AGW/ LMG
TMG
SG
SS7
Telfono analgico
PABX ISDN
OSS: Operations Support System
AS: Application Server
MMS: Multi Media Server
SCP: Service Control Point
MGC: Media Gateway Controller
SS: Soft-Switch
SBC: Session Border Controller
SG: Signaling Gateway
TMG: Trunk Media Gateway
AGW: Access Gateway
LMG: Line Media Gateway
IAD: Integrated Access Device
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(Sushant et al., 2010)
Capa de Acceso: Combina todas las tecnologas de acceso, tales como: PSTN, ISDN, GSM/GPRS/UMTS/LTE, HFC, LMDS (Local Multipoint Distribution Service), ADSL, etc.
Capa de Transporte: Red troncal y las tecnologas de transporte. Es una red troncal IP. En la actualidad: MPLS
Capa de Control: Controla la gestin de llamadas. Comprende los equipos que manejan la sealizacin (SG, Signaling Gateway) y el procesamiento de llamadas (MGC, Media Gateway Controller). El MGC es llamado tambin Softswitch.
Capa de Servicio: Es la responsable del OSS/BSS (Operations/Business Support Systems). Se prestan servicios mejorados a los usuarios con la ayuda de Servidores de Aplicaciones. Con la ayuda del servidor se puede introducir cualquier servicio, en cualquier momento, sin modificar el control, el transporte o el acceso.
Capa de Gestin: Se extiende sobre todas las otras capas, integrando todos los equipos de gestin.
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(Kristiansen, 2006)
Transferencia basada en paquetes en el ncleo de la red.
Independencia de las funciones relacionadas con los servicios, de las tecnologas de transporte subyacentes.
Acceso sin restricciones para los usuarios a los diferentes
proveedores de servicio.
Soporte a una amplia gama de servicios, aplicaciones y mecanismos (incluyendo tiempo real, flujos de audio/video, servicios sin tiempo
real y multimedia).
Capacidades de banda ancha con QoS requerido extremo a extremo.
Movilidad generalizada.
Convergencia de servicios entre fijo y mvil.
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Transporte
Acceso
Control
Servicio
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Transporte
Acceso
Control
Servicio / Aplicaciones
Especificado por las normas 3GPP TS 22.228 (Stage 1) y 3GPP TS 23.228 (Stage 2), el IMS provee la
arquitectura necesaria para provisin de servicios multimedia basados en el protocolo IP.
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CRT (2007). Estudio Integral de Redes de Nueva Generacin y Convergencia. Comisin de Regulacin de Telecomunicaciones, Repblica de Colombia. Disponible en: http://www.crcom.gov.co/images/stories/crt-documents/BibliotecaVirtual/NGN-EstudioIntegral_DA.pdf
Abd Majid, S. (2009). NGN Implementation Guideline. Awareness Seminar on Telecommunication Standards & Practices. Cyberjaya, Malasia.
Huurdeman, A. A. (2003). The Worldwide History of Telecommunications. Wiley-Interscience, Hoboken (USA).
Krishnan, R. (2006). "NGN Strategies and Services". CANTO 2006. Punta Cana, Repblica Dominicana.
Kristiansen, L. (2006). "6. Next Generation Networks". Convergence in ICT ttm7 (fall 2007, fall 2009), Department of Telematics, Norwegian University of Science and Technology (NTNU). Disponible en: http://www.item.ntnu.no/fag/ttm7/Lectures06/Topic_6.ppt
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Lee, C. (2009). "Architectural Overview of ITU-T NGN". Workshop on Next Generation Networks and Applications, Atenas, Grecia.
Sushant et al. (2010). NGN : Next Generation Network. Regional Telecom Training Centre Rajpura, India. E-Magazine. Disponible en: http://www.rttcrajpura.bsnl.co.in/emagzine/NGN.ppt
Gonzalo Camarillo, Miguel A. Garca-Martn, The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS) Merging the Internet and the Cellular Worlds, John Wiley & Sons, 2008.