Redes de Acceso Redes de Acces Autores: Ing. Juan Vanerio ([email protected]) Ing. Claudio Avallone ([email protected]) Agenda Introducción Definición Clasificación Arquitecturas Cableadas: Par de Cobre Cableadas: Fibra Óptica Inalámbricas Redes de Acceso – Núcleo de Red Introducción Introducción Las redes de telecomunicaciones se dividen en tres partes: Red de Acceso – Última milla hasta el usuario Red de Transporte/Distribución/Agregación – Comunicación desde la Red de acceso al Núcleo de Red Núcleo de Red - Conmutación Redes de Acceso – Núcleo de Red Introducción Redes de Acceso – Núcleo de Red Introducción Redes de Acceso – Núcleo de Red Definición Definición de Red de Acceso ● ● ● ● ● Es el segmento de la red de telecomunicaciones que brinda conexión a los usuarios finales con la red del proveedor (típicamente con el concentrador de la central). Se delimita entra la interfaz de la red del proveedor que provee la conexión al usuario (UNI) y la interfaz que conecta el conmutador (SNI). No interpreta la señalización (de usuario y de NAS). Si la conexión entre cliente y proveedor es cableada se denomina bucle de abonado o bucle local (“local loop”) Definición formal en ITU-T G.902 Definición de Red de Acceso - Ejemplos ● ● ● Telefonía fija tradicional: el par de cobre desde el abonado hasta la central ● En estas redes la inteligencia esta en la central y los terminales son “tontos”: está cambiando radicalmente Servicios de datos: puede ser fibra óptica, o cobre (tecnologías xDSL, Metro Ethernet ) Redes celulares: una controladora y un conjunto de radio bases Definición de Red de Acceso La red de acceso es la parte de mayor inversión en una red de telecomunicaciones ● Históricamente esta construida sobre cobre, que se usaba para telefonía Su Típicamente se utilizaba activamente solo el 1% del tiempo (en promedio) ● Contaba con una vida útil de 20 a 30 años. ● Actualmente existen dos tendencias: ● Por un lado se busca abaratar la red de acceso, con tecnologías de rápido despliegue y menor costo de mantenimiento (tecnologías inalámbricas) ● Por otro se busca proporcionar redes de acceso de mayor capacidad (Fibra Óptica, inalámbricas 3G/4G, etc.) ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Clasificación Clasificación Según el medio físico ● Cableadas o Alámbricas (cobre, cable coaxial, fibra óptica) ● Inalámbricas (radiofrecuencia, aire) Según las tasas de transmisión ofrecidas al usuario ● Banda angosta o Narrow Band (voz y datos de baja tasa) ● Banda ancha o BroadBand (datos de tasa mayores; utiles p. ej. para trasmisión de video) Redes de Acceso – Núcleo de Red Clasificación – según Medio Físico Cableadas ● ● ● ● ● Inalámbricas Despliegue costoso y lento (tendido de cables y obras civiles) Despliegue no necesariamente asociado a la demanda Mayores anchos de banda, estables y “dedicados” a los usuarios. Ubicaciones Fijas Conexión para hogares, oficinas y demás espacios físicos ● ● ● ● ● ● Menor inversión (o inversión paulatina) Despliegue más rápido (time to market) Despliegue asociado a la demanda Anchos de banda menores, variables y compartidos entre varios usuarios. Variables. Varias permiten usuarios con movilidad y nomadicidad. Conexión para dispositivos personales de los usuarios o para enlaces distantes Redes de Acceso – Núcleo de Red Clasificación – por Tasa de Transmisión Definición de Banda Ancha (Broadband): conexión que permite una tasa de bits máxima (”pico”) en la interfaz de acceso (UNI) superior a un determinado umbral. Aclaración: No es lo mismo que la tasa de que puede sostenerse end-to-end. ● Problema: el umbral tiende a aumentar cuando se van haciendo disponibles tecnologías de mayores tasas de transmisión. ● Popularmente: A mediados de los 90 el termino se usaba para toda transmisión superior a 64 kbps (capacidad dialup máx.). Hace 10 años popularmente se consideraba "broadband" como tasas de transmisión superiores a 512 kbps. Especificaciones: ● 1988 - (ITU) "broadband service" tasas de transmisión > 1.5 o 2Mbps ● 2010 - (FCC) "Basic Broadband" tasas de transmisión > 4Mbps en downstream y 1 Mbps en upstream ● 2015 - (FCC) "Basic Broadband" tasas de transmisión > 25Mbps en downstream y 3 Mbps en upstream Banda Angosta o Narrow Band: aquellas con tasas inferiores a las de BroadBand Redes de Acceso – Núcleo de Red BW en redes cableadas vs. inalámbricas Fuente : 3G Américas (2011) Redes de Acceso – Núcleo de Red Suscriptores de las tecnologías Cableadas Fuente: point-topic.com Arquitectura Arquitectura Redes de Acceso – Núcleo de Red Arquitectura Redes de Acceso – Núcleo de Red Arquitectura – Aspectos Generales Pares de cobre Instaladas para telefonía básica (POTS: Plain Old Telephony Systems). 3.4 KHz/usuario. Muy extendida en todo el mundo. Supone una altísima inversión. Requiere Digitalización para soportar ISDN, soporta tecnologías DSL. Existen variantes multipares (ej: UTP) Cables coaxiales Originalmente instaladas para CATV. De naturaleza analógica, topología árbolestrella, fuerte asimetría de ancho de banda ascendente y descendente. Penetración desigual en los diferentes países Para redes cableadas aproximadamente el 80% del costo corresponde a la red de acceso Redes de Acceso – Núcleo de Red Arquitectura – Aspectos Generales Radio / Inalámbricos Terrestres o vía satélite. Única solución para servicios de carácter móvil. Hace unos años el auge de las redes móviles celulares ha revolucionado el mercado tanto de voz como de datos. También para servicios de difusión (ej.: TV satélite). Fibra Óptica La fibra óptica antes era utilizada solamente en los niveles de gran agregación de ancho de banda, enlaces entre centrales e internacionales, en la actualidad también se utiliza en el acceso. Redes de Acceso – Núcleo de Red Arquitectura – Capacidad de los Medios Físicos Redes de Acceso – Núcleo de Red Par de Cobre Par de Cobre Caro de instalar ● Caro de mantener ● Lento de desplegar ● Para incrementar la tasa de transmisión del usuario (para datos) hay que reducir la distancia del cobre entre central y abonado ● Una de sus principales fortalezas es que ya está instalado ● Se sigue usando y mucho ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Par de Cobre ● El ancho de banda del par de cobre depende de: ● ● Longitud del bucle de abonado: mayor distancia menor ancho de banda Diámetro del cable: cuanto mayor diámetro menor resistencia. ● ● ● Típico: 0,4mm (26AWG) a 0,6mm (24AWG) Diafonía, acoplamiento entre pares Trenzados de distinto paso en todo el camino para evitar el acoplamiento inductivo. Redes de Acceso – Núcleo de Red Tipos de Pares de Cobre ● Pares Simples ● ● UTP (4 pares) ● ● Básicos utilizados para telefonía Empleados en cableados Ethernet tradicionales Multipares ● arreglados de a 25, 50 o 100 pares ● 1000 o más pares (cable primario) ● ● Contienen Gel impermeable Requieren Equipos de presurizado Redes de Acceso – Núcleo de Red Par de Cobre – Planta Externa ● Definición de Planta externa ● Infraestructura, equipos, estructuras y medios de comunicación exteriores al Edificio de la Central de Conmutación a través de los cuales de brindan servicios a los usuarios ● Topología ● Red de enlace ● Red Primaria ● Red Secundaria ● Red Directa ● Red de acceso al cliente (línea de abonados) Redes de Acceso – Núcleo de Red Par de Cobre – Planta Externa Red de Enlace. Son todos los componentes físicos que se utilizan para llevar tráfico de telecomunicaciones entre centrales, los cuales pueden ser cables de cobre cables de fibra óptica. Red Primaria. Es el conjunto de cables de cobre que inician en el distribuidor principal (MDF) de las centrales y son repartidos en diferentes puntes de sub-repartición (armarios), instalados en diferentes puntos de las zonas a atender (distritos). El cable primario consta de entre 1000 y 2000 pares. Redes de Acceso – Núcleo de Red Par de Cobre – Planta Externa Red Secundaria. Es aquella que inicia en los puntos de sub repartición (armarios) a través de cables de un determinado número de pares hasta un punto de dispersión, conocidos principalmente como cajas terminales instaladas estas en: postes, fachadas, interiores, azoteas. Red Directa. Es el conjunto de cables que inicia en el distribuidor principal (MDF) y son repartidos y finalizados en terminales, en un radio de 300 mts. alrededor de la central correspondiente. Red de Acceso al Cliente (línea de abonados). Es el enlace existente entre caja terminal y el equipo terminal del cliente (par de acometida). Par de Cobre – Planta Externa Red Secundaria Caja Terminal Terminal de Usuario Terminal de Usuario Caja Terminal Red Primaria Armario Red Directa Terminal de Usuario Terminal de Usuario Terminal de Usuario Caja Terminal Terminal de Usuario Caja Terminal Terminal de Usuario MDF Cable Primario Armario Terminal de Usuario Terminal de Usuario Terminal de Usuario Caja Terminal Caja Terminal Terminal de Usuario Terminal de Usuario Acometida Armario Terminal de Usuario Caja Terminal Terminal de Usuario Acometida Redes de Acceso – Núcleo de Red Elementos de la Planta Externa Regleta Cajas terminales Armario Redes de Acceso – Núcleo de Red Elementos de la Planta Externa Main Distribution Frame (MDF) MDF en Sitio Web de SecuraAcom – Sidney, Australia http://ampun-aux.blogspot.com.uy/2011/07/gladi-balikpapan-day-3_10.html - Accedido 1/3/2016 Site Name: Chancery Lane deep shelter & Kingsway telephone exchange 31 - 33 High Holborn, London Sub Brit visit August & October 1995 & 25th February 2008 [Source:Andy Emmerson & Nick Catford] Par de Cobre – Planta Externa Para un posible crecimiento de la demanda se reserva por lo menos un 10% de los pares instalados CONCENTRADOR de abonados: Aprovechando que no todos los abonados hablan al mismo tiempo, se comparten recursos, teniendo de un lado una gran cantidad de pares (1 por abonado) y del otro unos pocos Relación de concentración M / N < 1 (hacia la central). Redes de Acceso – Núcleo de Red Par de Cobre – Servicio de Datos Para extender la funcionalidad de la red de cobre incorporando servicios de acceso de datos, se usó: ● Módems de banda vocal ● Tecnologías DSL (Digital Subscriber Line) Multiplexión en Frecuencia Redes de Acceso – Núcleo de Red Módems de Banda Vocal Transmiten señales digitales empleando únicamente la banda vocal del sistema telefónico Fue el primer intento de reutilizar lineas telefónicas para el envío de datos. La alternativa era rentar una linea de cobre dedicada, lo cual era caro. Antes de la época de estandarización, se tenían tecnologías de módem vocal propietarias desde los 60. Estándares ITU-T: ● V.22 (1988) - 1200bps ● V.32 (1993) - 9600 bps ● V.34 (1994) - 28.8kbps ● V.90 (1999) - 56kbps(DS) / 33.6kbps(US) ● V.92 (1999) - 56kbps(DS) / 48 kbps(US) <-- cerca del limite de Shannon A finales de los 90 y principios de 00, la disponibilidad de alternativas BroadBand reemplazo a los sistemas de banda vocal. Redes de Acceso – Núcleo de Red Tecnologías DSL Tecnologías que permiten la transmisión de información digital sobre pares de cobre fuera de la banda local. ● Todas las tecnologías DSL implican el uso de pares de módems. ● Dentro de esta familia de tecnologías se incluyen: ● Los accesos ISDN (Integrated Services Digital Network) ● Los accesos xDSL (Digital Subscriber Line) ● Redes de Acceso – Núcleo de Red ISDN o RDSI Red Digital de Servicios Integrados Evolución de la red telefónica "clásica" ● Red que permite el establecimiento de conexiones totalmente digitales extremo a extremo. ● Integra voz y datos en la misma línea ● El estándar especifica: ● varios tipos de servicios (Datos seriales, datos paquete, fax, teléfono, telex, videotelefonía,etc.) ● interfaces físicas ● capa física ● capa de enlace ● capa de red. ● ISDN o RDSI Red Digital de Servicios Integrados CANALES ● Canal B: Bearer Channel. Provee un enlace digital para voz y datos de 64kbps (DS0) para el usuario. El audio se digitaliza y codifica con G.711 ● Canal D: Data Channel. 16 o 64 kbps, utilizado para call setup y management INTERFACES ● BRI/Basic Rate Interface: 2B+D 2x64kbps for voice and data and one 16kbps channel for call setup and management ● PRI/Primary Rate Interface: ● EEUU: "T1" 23B+1D (1544kbps) ● Resto del mundo excepto Japón: "E1":30B+2D (2048kbps) ISDN o RDSI - "Too Little, Too Late" La idea de proveer un servicio que ofrezca a la vez voz y datos impulsó el desarrollo de ISDN desde la década de 70. El proceso de estandarización fue muy largo, culminando en 1988. ● Cuando llegaron al mercado las interfaces BRI para usuarios, a principios de los 90, ya existían otras propuestas más flexibles, mucho más económicas y de mayor capacidad, por lo que comercialmente fue un fracaso. ● Sin embargo, permitió la digitalización completa y estandarizada de la red de las empresas telefónicas. ● Las interfaces E1 PRI permiten manejar un troncal de 30 lineas digitales sobre un solo cable físico, lo cual redujo varios costos asociados a las lineas y a diferencia de las BRI, resulto comercialmente viable para las empresas. Actualmente siguen en uso y se comercializan. ● Tecnologías xDSL Tecnología DSL (Digital Subscriber Line) posibilita la trasmisión digital de alta velocidad sobre los bucles de abonado de las líneas telefónicas convencionales ● Casi siempre emplea filtros pasabajos DSL (“Splitters”) ● Sensible a interferencias y autointerferencias (NEXT, FEXT) ● Por que tiene éxito? ● Por la cantidad de líneas telefónicas pre existentes ● Por la inversión ya realizada en redes de acceso de cobre, lo cual representa más del 80% del costo total. Aprovecha la inversión realizada. (Obs: Igual requirió modificaciones —load coils) ● Por el costo del despliegue de redes de mayor capacidad como por ejemplo fibra óptica. ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Tecnologías xDSL ● ● HDSL (High Data Rate DSL) ● Primera utilizada de acceso de banda ancha ● Trasmisión full-duplex, simétrica 2Mbps ● Recomendación ITU-T G.991.1 (1998) ADSL (Asymetric DSL) ● Mayor penetración en el mercado residencial ● Trasmisión full-duplex, asimétrica hasta 8Mbps (DS) /1.3Mbps (US): Recomendación ITU-T G.992.1 “G.dmt” (1999) ● Transmisión full-dúplex de mayor tolerancia a errores, asimétrica hasta 1.5Mbps (DS) / 512kbps (US). ITU-T G.992.2 “G.lite” (1999) Redes de Acceso – Núcleo de Red Tecnologías xDSL ● ● ● VDSL (Very High Bit Rate DSL) ● Trasmisión full-duplex , asimétrica o simétrica con una tasa máxima del canal descendente de 52 Mbps ● Recomendación ITU-T G.993.1 (2001) VDSL2 (Very High Bit Rate DSL) ● Tasa máxima 100Mbps (DS/US) ● Recomendación ITU-T G.993.2 (2006) G.Fast – ITU-T G.9700 (2014) ● Tasa máxima entre 150Mbps y 1Gbps, d<500m Redes de Acceso – Núcleo de Red Tecnologías xDSL ● ● ADSL2 ● Trasmisión full-duplex, 12Mbps(DS)/3.5Mbps(US) ● Recomendación ITU-T G.992.3 (2009-2013) ADSL2+ ● Trasmisión full-duplex, 24Mbps (DS) /3.3Mbps (US) ● Recomendación ITU-T G.992.5 “G.adslplus” (2009-2013) ● Tiene mayor despliegue que ADSL2 Redes de Acceso – Núcleo de Red Tecnologías xDSL - Arquitectura DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer): dispositivo que recibe señales desde conexiones de clientes DSL y las transporta multiplexadas sobre lineas de mayor capacidad sobre la red agregación. Es el terminador de la capa física. El DSLAM como tal no participa de la señalización superior de los usuarios pero proporciona el acceso de capa baja. Tecnologías xDSL - Arquitectura BRAS (BroadBand Remote Access Server) o BNG (BroadBand Network Gateway) Dispositivo que agrega y rutea trafico de las sesiones de los usuarios desde y hacia el núcleo de la red de un ISP (“backbone IP”) y otras redes (ej: Internet) Esta ubicado en el núcleo de la red IP o Backbone, y sus interfaces hacia los DSLAM marcan el limite entre dicha red y la red de agregación. Tareas del BRAS: ● Agrega los circuitos de varios dispositivos de enlace de acceso como ser DSLAMs, ONTs, etc. ● Provee conectividad de capa 2 a través de Ethernet o vía sesiones de punto a punto ( Point to Point Protocol over Ethernet --PPPoE, PPP over ATM sessions, etc.) ● Es el punto donde un ISP puede aplicar políticas de QoS ● Provee conectividad de capa 3 y enrutamiento de trafico hacia el backbone y otras redes IP (punto de terminación lógica de la red) ● Constituye la interfaz donde se autentican, autorizan y se lleva la contabilidad de los usuarios ( sistemas AAA; p.ej.: RADIUS, DIAMETER) ADSL División en Frecuencia Redes de Acceso – Núcleo de Red ADSL: Capacidad Asímetrica Capacidad en función de la distancia d d Redes de Acceso – Núcleo de Red xDSL : Uso del espectro ADSL2+ 2.2 Redes de Acceso – Núcleo de Red XDSL: Resumen Se tomaron los valores de la mayoría de los fabricantes de estas tecnologías (para 24AWG) El valor 0 significa que no se pueden asegurar velocidades a esas distancias, no significa que la caída se abrupta Redes de Acceso – Núcleo de Red 45 Fibra Óptica Fibra Óptica – Funcionamiento Físico Medio que permite enviar información en forma de luz confinada Principio de Funcionamiento: Ley de Snell La Ley de Snell describe describe en términos de óptica clásica (“teoría de rayos”) los ángulos de refracción que experimenta un haz de luz al cambiar de medio de propagación en función de los índices de refracción de estos y del ángulo de incidencia. n1 sen (θ 1)=n2 sen (θ 2) n1: ind. de refracción del núcleo n2 cladding n1 n2: ind. de refracción del cladding θ1: ángulo de incidencia de la luz θ2: ángulo de refracción Redes de Acceso – Núcleo de Red núcleo Fibra Óptica – Funcionamiento Físico Reflexión Total ● ● ● Fenómeno por el cual toda la luz se refleja y nada se refracta; no cambia de medio. Todo haz de luz con incidencia mayor que el ángulo critico θmax será reflejado Requiere n1 > n2 n2 sen (θ max )= n1 Entonces un medio (núcleo) envuelto por otro de mayor índice de refracción (cladding) es capaz de confinar luz dentro de su recorrido (Fibra Multimodo) Fibra Óptica – Funcionamiento Físico Modo Fundamental – Fibra Monomodo ● ● ● Concepto: si el diámetro del núcleo es suficientemente pequeño respecto a las longitudes de onda de la luz a emplear, la clásica Ley de Snell no se sostiene. Teoría de Modos: El funcionamiento físico en este caso corresponde al de una onda electromagnética estacionaria y queda descrito a partir de las ecuaciones de Helmholtz (deriva de Maxwell y condiciones de borde). En estas condiciones la luz solo se propaga a lo largo de su eje siguiendo su modo más bajo (modo fundamental, HE11). Los demás modos no llegan a establecerse. Así se pueden transmitir pulsos a mayores distancias ya que puede retener con mayor fidelidad la forma de cada pulso al no enfrentar distorsiones por múltiples modos/trayectos Fibra Óptica – Estructura Constructiva Núcleo (core) ● fabricado en SiO2 y GeO2 ● Revestimiento (cladding). ● Silicio ø=125 μm ● Permite la reflexión interna total ( n2 >n1 ) ● Cubierta (coating) ● Acrilato ø=250 μm ● Protege de la oxidación del ambiente ● Luego hay elementos mecánicos para el cable ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Fibra Óptica – Clasificación Multi-modo ● Fuentes de luz más barata (LED, láser de menor precisión) ● mayor perdida (dispersión) ● distancia < 500m ● menor ancho de banda ● USOS: intra-building ● Tipos: Gradual y Escalonado ● Estándares: ● OM1 (62.5μm, para LED) ● OM2 (50μm, para LED) ● OM3 (50μm, para láser, 10Gbps@300m) ● OM4 (50μ, para láser, 100Gbps @125m) Mono-modo ● fuente de luz cara (láser) ● poca perdida ● distancia > 60km (hay distintos tipos) ● mayor ancho de banda ● más difícil de operar ● USOS: largas distancias, grandes capacidades ● Tipos: Estándar, Low Water Peak, Low Loss Fiber, Bend Insensitive Fiber, etc. ● Estándares: ● OS1 (8μm, λ=1310nm, 1db/km) ● OS2 (8μm, λ=1550nm, 0,4db/km) Fibra Óptica – Clasificación Menor ancho de banda AB = 20 a 200 MHzKm Ancho de banda medio AB = 500 a 1500 MHzKm Diámetros de núcleo / revestimiento (en µm): 50 / 125 62.5 / 125 100 / 140 Mayor ancho de banda AB > 10 GHzKm Diámetros de núcleo / revestimiento (en µm): 8 a 10 / 125 Redes de Acceso – Núcleo de Red Fibra Óptica - Arquitectura Limitaciones de las redes de par trenzado de cobre: ● Redes de par trenzado pensadas para dar un único servicio, telefónicos ● Limitaciones para ofrecer grandes velocidades de datos (distancia, estado del par de cobre) Los operadores comienzan paulatinamente a desplegar FO en el acceso, FTTx hasta FTTH Redes de Acceso – Núcleo de Red Fibra Óptica - Arquitectura El despliegue FO se vio facilitado por la reducción de los costos de la implementación de este tipo de solución, antes impensadas por los costos Asociados FTTH (100% FO en el acceso) prospera rápidamente (liderado por Japón, EEUU, varios países de Asia) Redes de Acceso – Núcleo de Red Fibra Óptica - Arquitectura FIBER TO THE HOME (FTTH): se trata de llegar con fibra hasta el hogar del abonado, directamente desde el nodo de servicio. Es la alternativa más directa, pero de mayor costo para proporcionar acceso de banda ancha ( > 100 Mbps por usuario). ● Requiere transmisión completamente óptica de forma descendente y ascendente: cada usuario necesita una ONU con transmisor óptico (motivo de su alto costo) en el hogar ● OLT OAN CO/HE // Redes de Acceso – Núcleo de Red ONT Fibra Óptica -Arquitectura FTTX FTTEx: (Fiber to the Exchange). Fibra hasta la central y desde la central al abonado se puede utilizar par trenzado o cable coaxial. Digital Subscriber Loop (DSL) - ADSL - HDSL - SDSL,... Nodo central CO CO Redes de Acceso – Núcleo de Red Fibra Óptica -Arquitectura FTTX FTTCab: (Fiber to the Cabinet). Se utiliza FO hasta un gabinete cercano a los abonados. Cobertura de 2 ó 3 manzanas. Minimiza aún más el tramos de cobre o coaxial. Nodo central Active hybrid fiber-copper - VDSL (twisted pair) - HFC (coax) CO CO Fiber (rings, dedicated fiber, PON) Redes de Acceso – Núcleo de Red Copper - twisted pair (star) - coax (tree) Fibra Óptica -Arquitectura FTTX FTTC: (Fiber to the Curb). FO hasta “la esquina”. Similar al anterior pero el área de cobertura es 1 cuadra. (FTTB: Fiber to The Building). FTTH: ( Fiber to the Home). Red de acceso de FO completamente hasta la casa del abonado. Red de acceso diferente que requiere una gran inversión. Fiber access Nodo Central CO CO -FTTB (to-the-building) -FTTH (to-the-home) -FFTC (to-the-curb) E.g. Passive optical Network Redes de Acceso – Núcleo de Red Fibra Óptica -Arquitecturas FTTX Fibra Punto a Punto (Directa). Despliegue más caro. Fibra Punto-Multipunto c/Switch. Hibrido FO + Cobre ( Eth ó xDSL) PON: Passive Optical Network Reduce la cantidad de fibras Redes de Acceso – Núcleo de Red PON: Passive Optical Network Red de fibra óptica cuyos componentes son pasivos entre la central (OLT) y el equipo en el domicilio del abonado (ONT) ● Permite compartir una misma fibra por parte de hasta 64 usuarios ● Es la forma más económica de desplegar FTTH ● Desplegada en Uruguay por ANTEL Redes de Acceso – Núcleo de Red PON: Passive Optical Network Full dúplex con CWDM (una longitud de onda para cada sentido de la comunicación) DownStream ● Trasmisión punto – multipunto, los splitters repiten la señal recibida por todas las fibras salientes (hub) ● Tx OLT: 1490 nm o 1550 nm ● Video en RF directamente: posible a 1550nm UpStream ● La comunicación es punto a punto entre ONT y OLT. ● Señales multiplexadas usando TDM controlado por OLT. Los splitters no operan. ● Tx ONT: 1310 nm Redes de Acceso – Núcleo de Red Arquitectura PON Usualmente 10-20 km // OLT // // // feeder // ONT // Splitter Óptico: Compuestos por varias etapas de split divide el haz en dos Atenuación: - 3,5dB por etapa de split 1x2: -3,5dB 1x4: -7dB 1x8: -11,5dB 1x16: -14dB 1x32: -17,5dB 1x64: -21dB // // Redes de Acceso - Núcleo de Red Pueden haber varios niveles de splitters PON: Passive Optical Network Estándar Descripción Tasa de Transmisión Longitud de Onda Protocolo Video Max PON Splits Cobertura BPON GPON EPON ITU-T G.983 ITU-T G.984 IEEE 802.3ah (1 Gb/s) IEEE 802.3av (10Gb/s) BroadBand PON Gigabit Capable PON Ethernet PON DS: hasta 1.2Gbps US: hasta 622 Mbps DS: hasta 2.5 Gbps US: hasta 2.5 Mbps DS: 1.25Gbps / 10.3Gbps US: 1.25Gbps / 10.3Gbps DS: 1490nm US: 1310nm DS: 1490nm US: 1310nm DS: 1490nm ,1550nm US: 1310nm ATM Ethernet over ATM/IP o TDM Ethernet RF a 1550nm o IP RF a 1550nm o IP IP 32 64 16 20km 60km 20km Redes de Acceso – Núcleo de Red PON: Passive Optical Network Estándares “Nuevos” y Temas en desarrollo: ● XGPON: ITU-T G.987 (2010) Permite una tecnología similar a GPON pero hasta 10Gbps DS / 2.5Gbps US ● Emplea WDM para coexistir con deploys [B|E|G]PON en la misma infraestructura cableada ● Longitudes de onda: 1577 nm DS / 1270 nm US ● RF PON / RfoG ● NG-PON2 (ITU-T G.989 series – en desarrollo). ● Capacidad base de 40Gbps usando cuatro landas en WDM de 10Gbps(DS) / 2.5Gbps(US)cada una ● Hybrid fiber-wireless (FiWi) access networks ● Inalámbricas Inalámbricas Medio físico : espectro radioeléctrico ● Regulación del espectro (URSEC) ● Recurso caro y escaso ● Bandas licenciadas y no licenciadas ● Tecnologías: ● Nomádicas: WiFi , WiMAX ● Celulares (Móviles): GSM, UMTS, LTE ● Microondas: LMDS, MMDS ● Satelitales ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Wi-Fi: Wireless Fidelity (WLAN) Tecnología de Red Área Local Inalámbrica de IEEE (Nómada) En EEUU, hasta 1985 el uso del espectro estaba altamente regulado y solo pequeñas fracciones estaban permitidas para el uso de aficionados sin licencia. ● En 1985 la FCC libera las bandas ISM para uso sin licenciamiento, dado que esas bandas eran usadas por ejemplo por hornos microondas y estaban sujetas a grandes interferencias. ● Sin embargo, estas bandas ofrecían grandes anchos de banda. ● Aparecen protocolos IEEE802.11 que usan estas bandas y consiguen un gran éxito comercial ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Wi-Fi: Estándares IEEE 802.11: 1997. primer estándar que opera en la banda no licenciada 2.4 GHz y tambien en IR, y alcanza los 2Mbps. Emplea CSMA/CA, y FH o DSSS. ● IEEE 802.11b: 1999. Opera en la banda no licenciada 2.4 GHz y alcanza los 11 Mbps. Canales de 22MHz, DSSS. IEEE 802.11a: 1999, 2002. Opera en la banda de 5 GHz, con transmisión de 54 Mbps y mejor respuesta a la interferencia (OFDM). En 2008 sale IEEE802.11y que extiende para banda licenciada 3.7GHz. ● IEEE 802.11g: 2003. Opera en la banda de los 2.4 GHz con velocidades de hasta 54Mbps y con retrocompatibilidad con IEEE 802.11b. Usa OFDM para altas tasas y DSSS para bajas. ● IEEE 802.11n: 2009. Opera en 2.4 GHz o en 5GHz, velocidades de hasta 600Mbps. Canales de 40MHz. Es el primero en emplear tecnología MIMO. ● IEEE 802.11ac: 2014. Opera solo en 5GHz, velocidades de hasta 1Gbps. Canales de hasta 160MHz. Hasta 8 canales MIMO. ● Actualmente están en desarrollo otros que emplean bandas más bajas o más altas. ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Wi-Fi: Wireless Fidelity (WLAN) ● ● ● ● ● ● ● ● ● VENTAJAS Wi-Fi posibilito la economía de escala para redes inalámbricas sin regulación, abaratando su despliegue Wi-Fi Puede usarse donde no pueden tenderse cables A diferencia de los dispositivos móviles, los equipos WiFi funcionan en cualquier lugar del mundo (aunque no es igual en todos lados) Anchos de banda semejantes a redes LAN PROBLEMAS Dificultades con aplicaciones sensibles a latencia y jitter. Existen mejoras: WMM (Wireless Multimedia Extensions) Vulnerabilidad (Seguridad Informática) Interferencias y actual saturación de las bandas ISM (2.4GHz) Limitada capacidad para atravesar obstáculos Baja capacidad de redes mixtas 802.11 Alcance: 100m (máximo teórico), aunque puede ser más o menos según la antena y el hardware empleado. Protocolos nuevos aún menos. Existen restricciones en la potencia de radiación. Despliegues para acceso: WiFi Local -- área local, oficinas, domicilio, WiFi para edificios ("alumbrado") , Campus-Wide WiFi , Municipal WIFi (city-wide) // Mesh, plan Ceibal. Wi-Fi: Modos de Operación Infraestructure Mode: Las máquinas se comunican a través de un AP ● Ad Hoc Mode: Las máquinas se comunican punto a punto directamente entre sí, sin AP. ● Mesh Mode: Es una variante de la Ad-hoc, donde las máquinas además reencaminan paquetes destinados a otras permitiendo una topología mallada (mesh) dinámica (IEEE 802.11s) ● Mesh Mode Infraestructure Mode Wi-MAX (WMAN – IEEE802.16) Tecnología de Red Inalámbrica Metropolitana de IEEE Intento de extender el éxito de WiFi ampliando su alcance y competir con sistemas xDSL/CATV, pero es un protocolo bastante diferente. Esta empezando a desaparecer, reemplazado por tecnologías 4G. Popular en Corea del Sur y Japón. Características (IEEE 802.16-2012) ● Conexión Fija: Teórico 1GBps máximo (< 5km) ; 75Mbps (< 50km) ; Conectividad hasta 100km ● Móvil: 100Mbps nomadico (v<10km/h), Permite conexiones hasta más de 120 km/h (vehicular) ● Ancho de Banda de Canal flexible ● Soporta distintas bandas y situaciones: NLOS (2-11GHz) y LOS(10-66GHz). Emplea bandas licenciadas y sin licenciar. ● Emplea OFDMA y MIMO ● Tecnología Orientada a conexión (aún siendo IP): ● Cada suscriptor utiliza un canal (OFDMA) ● Posibilita QoS y garantizar bitrate mínimo ● Problemas ● Afectado por la lluvia ● Frecuencias altas tienen poca penetración, mas adecuadas para backhauls ● Limitada compatibilidad con versiones anteriores ● El ancho de banda de cada sector se comparte entre los abonados Satelitales Repetidor radioeléctrico en el espacio, que recibe señales, las amplifica y las vuelve a enviar a la tierra ● Una red satelital consiste: ● Transponder (Rx-Tx) ● Estación en tierra que controla su funcionamiento ● Red de usuario ● Características ● Tx a velocidades en GHz ● Costosas, uso limitado a empresas y países ● Latencias grandes ● Usados para sitios remotos, barcos en altamar, aviones, etc. ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celulares El primer teléfono móvil aparece en 1973, era del tamaño de un ladrillo y solo soportaba voz analógica 90’s: los teléfonos móviles redujeron su tamaño drásticamente y pueden soportar servicios de datos limitados y SMS Los teléfonos inteligentes de hoy soportan voz (y video) y datos. Las redes móviles tienden a ofrecer más ancho de banda para soportar estos servicios de valor agregado Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular - 1G Redes comerciales datan de 1970’s – 1980’s Se clasifican según la “generación” que pertenecen Primera Generación (1G): Sistemas a analógicos (técnicas de trasmisión analógica) nalógica) Baja eficiencia espectral Sin seguridad Sistemas incompatibles (sin posibilidad de roaming) Tokio: Primer sistema en 1979 por NTT Países Nórdicos: 1981 NMT (Nordic Mobile Telephony) UK: TACS (Total Access Communication System) USA: 1983 AMPS (Advanced Mobile Phone Service) Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular - 1G Servicios de voz únicamente y de baja calidad Terminales caros, penetración menor al 10% Tecnología predominante AMPS (Advanced Mobile Phone System): primer sistema utilizado en Uruguay por Ancel y Movicom por los 90’s Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular - 2G Segunda Generación (2G): ● Sistemas Digitales: ● IS-136 (TDMA) ● IS-95 (CDMA) ● GSM Mejor calidad y mayor capacidad para servicios de voz (eficiencia espectral) ● Capacidad, aunque limitada, para servicios de datos ● Incluye seguridad: autenticación de usuario y cifrado ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular - 2G Segunda Generación (2G): ● El estándar dominante en el mercado fue (y es) GSM Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular - 2G GSM (Global System for Mobile Communications): GSM es un estándar ETSI abierto que contribuyó en una enorme medida a la globalización de los sistemas celulares. ● Estándar no propietario y de fácil implementación, favoreció economías de escala para los fabricantes ● Definió y resolvió el roaming celular ● En 1991 se instala la primera red celular comercial GSM en Finlandia ● Introdujo además nuevos servicios: ● Boom de SMS ● Servicios de datos limitados (evoluciona a GPRS/EDGE) ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular - 3G Tercera Generación (3G) ● ● Sistemas concebidos como evoluciones de los estándares 2G. ● Centrados en mejorar servicios de voz ● Como mejoras adicionales, introducir datos de forma más eficiente Mayor eficiencia espectral que 2G/2.XG implementando acceso al medio mediante CDMA Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular - 3G Tercera Generación (3G) - Estándares ● ● UMTS (3GPP): ● Evolución de GSM ● Penetración global ● Interfaz de radio W-CDMA (y TD-CDMA, poco popular) CDMA 2000 (3GPP2) ● Evolución de IS-95 ● Penetración esencialmente en EEUU (al igual que IS-95) ● Interfaz de radio CDMA/TDMA Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular - 3G Conforme la evolución de estas mismas tecnologías, se apunta a introducir nuevos servicios de valor agregado ● Esto dispara la necesidad de aumentar las tasas de transmisión de datos (más allá de los 384kbps de UMTS R99 por ej.) ● UMTS evoluciona hacia HSDPA (DL, R5), HSUPA (UL R6), HSPA+ (R7, R8 y R9) ● CDMA2000 evoluciona hacia EV-DO ● ● Según estándares son posibles velocidades de bajada de hasta ~100Mbps Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular - 4G Cuarta Generación (4G) El estándar de 4G por excelencia es LTE ● Es 3GPP ● Se presenta como evolución de UMTS ● Existe en modo FDD & TDD ● Existen varias opciones de BW a desplegar: mayor flexibilidad para los operadores ● ● Mejora la eficiencia espectral de UMTS al implementar OFDMA Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular - 4G Cuarta Generación (4G) ● A diferencia de generaciones anteriores, está concebido desde un inicio para proporcionar altas tasas de transmisión de datos ● La “voz” puede ser perfectamente cursada por los layers 2G & 3G ● ● Por ello, las primeras soluciones para “voz” en LTE son tan sencillas como implementar un fallback a 3G/GSM (CS Fallback) ● Se introduce luego VoLTE sobre SIP Es un estándar full IP, en todo sentido Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular Organizaciones estandarizadoras Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular Generalidades: ● Estándar Qualcomm/3GPP/3GPP2 en el acceso ● Zonas de cobertura, servidas por un transmisor y un sistema radiante (antenas, feeders, etc) que se denomina radio base ● Zonas urbanas: radio de 50m a 3 Km ● Zonas rurales: radio de hasta 35 Km (no usual) ● Cantidad de “canales” disponibles por sector/radio base finita Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular Generalidades: ● Planificación de cobertura en términos de sectores/celdas + radiobases/nodos/e-nodos vs tráfico requerido (abonados vs perfil de tráfico) ● En GSM: Re-utilización de frecuencias ● En 3G: Re-utilización de PSC (primary scrambling code) ● Implementación de movilidad vía Handoff y reseleccion: ● Hand-off: llamada en curso / usuario conectado ● Reseleccion: usuario “idle” Movilidad intra-RAT e inter-RAT (RAT: radio technology access) ● Roaming (subscritores de otra PLMN --public land mobile network) ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular Arquitecturas ● Los elementos de la arquitectura de las redes celulares presentan algunas variantes según las tecnologías y las “generaciones” En las primeras generaciones la “inteligencia” de la red se centraliza en las centrales/controladoras ● Los nodos/Radio Bases son esencialmente elementos que ejecutan pero no deciden ● Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular ACCESO PSTN o Red Móvil MS+SIM BTS BSC MSC VLR PCU AUC HLR BSC PCU BTS SGSN GGSN BTS MS+SIM BTS Otras Redes Moviles Redes de Acceso – Núcleo de Red Internet Redes de acceso Celular MS (2G) / UE (3G/4G): Mobile Station / User Equipment ● Terminal. Identificado por su IMEI ● Parámetros importantes: Potencia y sensibilidad del móvil, frecuencia de operación y “facilidades” que soporta SIM: Subscriber Identity Module ● “Smart Card” en la cual está almacenado el perfil de usuario ● Es un elemento independiente del aparto telefónico Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular BTS (2G) / NB (3G) / eNB (4G): Base Transceiver Station / Nodo B / eNodeB ● Implementación de la interfaz de radio. ● Se compone de elementos: ● De banda base (controladora y channel elements) ● Transmisión (Backhaul) ● De RF (Moduladores) ● Elementos pasivos del sistema radiante (Antenas, feeders, diplexores, filtros, etc) ● Parámetros importantes: Potencia de tx, sensibilidad, capacidad, escalabilidad, etc. Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular BSC (2G) / RNC (3G): Base Station Controller / Radio Network Controller ● ● ● Centraliza el control de la interfaz de radio de los nodos/Radiobases en su zona de influencia ● Algoritmos de control de potencia, transporte. ● Asignación de recursos, etc etc Controla la movilidad dentro de la RAN. Oficia como gateway para movilidad inter-RAT (via el core) Ambos, BSCs y RNCs pueden estar conectados a más de un core de Circuitos (CS) o paquetes (PS) Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular MSC: Mobile Services Switching Center ● La central celular cumple las funciones de conmutación de circuitos de las redes móviles ● Voz y SMSs ● ● G-MSC (Gateway): ● MSC “de borde”. Controla las llamadas desde y hacia otras redes con otras redes móviles (PLMN) y fijas (PSTN) VLR (Visitor Location Register). Base de datos temporal de los usuarios de un MSC. Generalmente en la misma “caja” Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular SGSN: Serving GPRS Support node ● Análogo al MSC en el core PS, conmutación de paquetes ● Realiza las siguientes funciones: ● El encaminamiento y transferencia de datos ● La gestión de la movilidad ● Autenticación del usuario ● Tarifación ● Para esto tiene asociado un registro local similar al VLR Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular GGSN: Gateway GPRS Support node ● Implementa las siguientes funcionalidades ● Traducir los paquetes que recibe del SGSN a la red externa (Internet u otras redes privadas) ● Traducir las direcciones IP en la dirección del móvil destino ● Ser el punto de anclaje del móvil en la red IP (Alcanzable desde fuera de la PLMN) ● Gestiona las direcciones IP, QoS, conexiones GTP (GPRS Tunneling Protocol) Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular HLR: Home Location Register ● Es una base de datos de usuarios centralizada ● Almacena y maneja todas las suscripciones de los usuarios que pertenecen a un operador específico ● Lleva registro de cual MSC/SGSN atiende a cada usuario ● La información de usuario incluye: ● Identidad de Usuario (IMSI) y número de discado (MSISDN) ● Servicios suplementarios de los usuarios ● Información de localización y autenticación Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular AUC: Authentication Center ● Autentica los usuarios de la red: ● Intercambio de claves ● Es un elemento anti-fraude de la red ● Se conecta al HLR, al cual provee los parámetros de autenticación y claves de cifrado (en base al IMSI) Redes de Acceso – Núcleo de Red Redes de acceso Celular Arquitectura ejemplo 3G: Redes de acceso Celular Ejemplo de attachment en 2G/3G: ● El móvil explora los canales de sync/pilotos de las BTS/NBs ● Se sintoniza a aquella celda que reciba con mayor potencia para decodificar su canal de control ● Si esta celda pertenece a la PLMN del usuario, entonces luego debe cerciorarse de que el móvil cumple los requisitos para conectarse a la celda ● Cuales? Nivel y calidad de señal por ejemplo ● De cumplir intentará el attachment. De lo contrario, sigue buscando otras celdas ● El móvil le “pedirá” a la RAN un canal de señalización para poder comunicarse con el Core ● Luego, se comunica al MSC la identidad (IMSI) ● El MSC se comunica con el HLR/AuC para validar que el subscriptor tiene permisos, y para obtener las tripletas de autenticación. ● El MSC y el MS/UE intercambian claves y levantan un canal cifrado. Sobre este canal ● El MS/UE pide registracion y el MSC la valida ● El MS/UE informa al MSC el Location Area donde está ubicado, y este se escribe en el VLR ● Luego se liberan todos los recursos. El móvil ya está registrado en la red y puede pedir otro tipo de servicios. Redes de acceso Celular Llamada CS entrante al móvil (Paging CS): ● El MSC “A” recibe un aviso de llamada (voz/SMS) entrante. ● El MSC “A” busca en el VLR “A” por información de ubicación. ● De no existir, el MSC “A” consulta al HLR por el MSC/VLR en el que el usuario está registrado ● El MSC “A” forwardea el aviso de paging al MSC “B” vecino correspondiente ● Este último realiza un lookup en su VLR “B” por información de localización. ● Si el usuario está conectado y traficando, sabe exactamente cual celda le está sirviendo ● Si el usuario está en idle, conoce al menos el último Location Area en donde tuvo actividad ● El MSC “B” reenvía el paging a la controladora de la zona correspondiente, y espera que la controladora reenvié su pedido. Este forwardeo puede significar un broadcast a nivel de Location Area o solo a nivel de celda. ● El MSC “B” espera la respuesta al paging, y existirá un timer para darlo por perdido. Se puede repetir o no. ● Una vez recibida la respuesta, se establece el canal necesario para cursar la llamada de voz/SMS Muchas Gracias Redes de Acceso Autores: Ing. Juan Vanerio ([email protected]) Ing. Claudio Avallone ([email protected])