Nucleo de Red 2015: Redes de Acceso

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])