Tema IV: Redes de acceso i. Tecnologías xDSL. ii. Tecnologías HFC y PON. iii. Tecnologías radio. Tema IV Sistemas de Telecomunicación 1 Tecnologías de acceso: Cómo llegar al usuario final (First Mile Solutions)? Medios: • Bucle de cobre de abonado (POTS, RDSI, xDSL) • Cable coaxial (HFC) • Fibra óptica (FTTx, EPON) • Inalámbrico (TVSAT, UMTS, WIFI, etc.) Condicionantes: Se debe garantizar la QoS hasta el PTR (OAM e2e) Se debe combinar oferta de banda ancha y servicio de voz (granularidad). Se debe garantizar servicios avanzados (RPV, VLAN, fijo-móvil, etc) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 2 Tecnologías xDSL (Digital Subscriber Line) · Asymmetrical digital subscriber line (ADSL) → Internet · ISDN (like) digital subscriber line (IDSL) → RDSI · High bit−rate Digital Subscriber Line (HDSL) → E1 · Consumer Digital Subscriber Line (CDSL) · Single High Speed DSL (SHDSL) · Rate−adaptive digital subscriber line (RADSL) · Very high−bit rate digital subscriber line (VDSL) → Triple play · Single or symmetric digital subscriber line (SDSL) 9Se basan en los desplegados previamente (pares de abonado) 9Aprovechan el ancho de banda del par de cobre (8 Mb/s) 9Acceso de BA, compatible con servicios POTS por modem 9Compiten con Ethernet sobre cobre (EFM) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 3 Clasificación Tema IV Sistemas de Telecomunicación 4 • Se basan en multiplexación en frecuencia (DMT*) • Estas tecnologías difieren en la codificación y el estándar de modulación que emplean (ITU.G-992.x) • Buscan adaptarse a las necesidades de usuarios/servicios • La transmisión es full duplex sobre par de hilos (4H, para HDSL y FO, para VDSL) • La calidad del bucle de abonado y su longitud limitan sus velocidades límite: BW (Mbps) 25 ADSL2+ 10 ADSL2 7.5 5.5 ADSL 3.5 1.0 RE-ADSL2 0 1 2 3 4 5 6 Km desde 7 CO * DMT.- discreet multitone Tema IV Sistemas de Telecomunicación 5 Tecnologías p2p (modem-modem) por mux en frecuencia Los servicios de fax y voz son filtrados (paso bajo) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 6 ADSL:Modulación DMT (discreet multitone) 32 portadoras UP (20 KHz –130 KHz) 256 DOWN (140 KHz – 1 MHz) 8 Tema IV Sistemas de Telecomunicación 7 Mejoras ADSL: ADSL2 • • • • • • • Inclusión de un modo completamente digital: ADM (All Digital Mode). – Usar del espectro de voz para datos. Adaptación transparente de la velocidad a las condiciones del canal. Reducción de las tramas de overhead. Mejora en los algoritmos de procesamiento de la señal Herramientas de diagnóstico del bucle – Cambios de configuración en funcionamiento Gestión de potencia (según tráfico, modo “stand-by”) Mejoras en la iniciación del enlace y arranque rápido (3s) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 8 Tema IV Sistemas de Telecomunicación 9 Mejoras ADSL: ADSL2 plus – Normalizada a finales del 2003, por la ITU-T en G.992.5 – Compatible con ADSL y ADSL2. Añade a éste último: • Duplicación del espectro usado, hasta 2,2 MHz • Incremento del ancho de banda en bucles cortos: • Control del espectro (p.ej. despliegue remoto) • Canalización del espectro según tipo de aplicaciones Tema IV Sistemas de Telecomunicación 10 VDSL: • • El ancho de banda efectivo depende de la longitud de la línea – Es compatible con POTS y RDSI Hasta 52 Mbps de bajada y hasta 13 Mbps de subida – • • • • Número de portadoras: 256, 512, 1024, 2048 ó 4096 Espectro utilizado: 200 KHz <> 30 MHz – Varía en función de la velocidad o de si el tráfico es simétrico o asimétrico – Modo de funcionamiento tanto Simétrico como Asimétrico Las especificaciones de VDSL están basadas tanto en Ethernet como en ATM 4 tipos de modulación: – CAP (Carrierless Amplitud and Phase Modulation), – DMT (Discrete Multi-Tone modulation), – DWMT (Discrete Wave Multi-Tone modulation), SLC (Simple Line Code), 2 tipos de planes frecuenciales: ETSI plan 997 y ANSI 998. 8.5Mbps simétrico Plan 997 (estándar) 1150m 23Mbps simétrico 310m 70m 8.5Mbps - 2Mbps 1690m 1490m 23Mbps - 4Mbps 310m 870m Tasa de bits Tema IV Sistemas de Telecomunicación Plan 998 870m 11 Tema IV Sistemas de Telecomunicación 12 El anexo I abre la posibilidad de modulación QAM en lugar de DMT Tema IV Sistemas de Telecomunicación 13 Tema IV Sistemas de Telecomunicación 14 Tema IV Sistemas de Telecomunicación 15 Cualquier acceso xDSL podrá servir para conectar una LAN al exterior Sobre SDH (ATM), por ejemplo. Mediante HDSL, se puede soportar un enlace E1 Si se dispone de FTTH, es posible conseguir mayor velocidad de acceso (VDSL) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 16 POWERLINE • La tecnología PLC (PowerLine Communications) utiliza la red eléctrica como medio de transmisión para servicios de telecomunicación tanto “outdoor” como “indoor” Tema IV Sistemas de Telecomunicación 17 La red eléctrica es un medio transmisión compartido por lo que requiere de protocolos de control de acceso al medio (MAC). La topología de la red de acceso (incluyendo el segmento indoor) es tipo árbol Los equipos domésticos se conectan a la red eléctrica a través de módems PLC mientras que una pasarela doméstica actúa como interfaz con la red de acceso (xDSL, LMDS, PLC,…) En caso de utilizar PLC como tecnología de acceso las pasarelas comparten un canal de comunicación con un equipo concentrador situado en la estación transformadora donde se realiza la conexión a los proveedores de telecomunicaciones. Tema IV Sistemas de Telecomunicación 18 Puntos fuertes de la tecnología PLC • PLC es ya una tecnología probada y utiliza una infraestructura existente con una gran cobertura • Se ha identificado fabricantes y tecnologías que permiten conexiones de banda ancha fiables y estables. Por ejemplo: – Mediante modulación OFDM se han implementado los sistemas de mayor capacidad: La nueva generación de DS2 llega a los 200 Mbps – Mediante modulación DSSS se obtienen menores capacidades (2-50 Mbps en la próxima generación de Main.net) pero la tecnología es más sencilla y los costes son menores – Ubicuidad de PLC (indoor y outdoor) • El despliegue de PLC puede ser muy rápido – En el piloto de Endesa en Zaragoza se realizaron 50 instalaciones por semana con 2 instaladores) • La tecnología PLC sobre redes de media tensión puede reducir los costes de despliegue • OFDM.- Orthogonal Frequency Division Multiplexing (ver apartado de comunicaciones inalámbricas) • DSSS.- Direct Sequence Spread Spectrum. (Técnica de espectro ensanchado) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 19 Puntos débiles de la tecnología PLC • • • • Falta de un estándar común. No hay una legislación específica. Compatibilidad electromagnética Limitaciones físicas – En algunas zonas las tasas de bit pueden ser muy bajas debido al mal estado de la red eléctrica de baja tensión. – En la instalación hay que localizar posibles equipos o empalmes problemáticos y aislarlos mediante filtros. – En aquellos casos en los que los transformadores se encuentren a más de 200 metros, habrá que instalar repetidores con los costes de gestión y mantenimiento que ello conlleva. • Se requiere una amplia red de acceso (fibra, LMDS, etc) que llegue hasta los transformadores – En caso de utilizar PLC en redes de media tensión el número de equipos en la red se incrementaría notablemente y con ello los costes de operación y mantenimiento •LMDS.- Local Multipoint Distribution System Acceso de BA inalámbrico con visión directa. Tema IV Sistemas de Telecomunicación 20 Principales fabricantes y productos comerciales (2004) DS2 Gama de productos DS2 diseña los chipsets utilizados por otros fabricantes (p.ej Ascom) - DSS4200 & DSS5100 (baja tensión - DSS7500 (media tensión) - DSS910: InHome Main.net Sistema PLUS: Gama completa de equipos PLC para redes de baja y media tensión Sistemas de gestión de la red 27 Mbps (up) /18 Mbps down In-home a 200 Mbps 2,5 Mbps Previsiones de 20-50 Mbps (2004) Alcances 150-300 metros, ampliables mediante repetidores 150-300 metros, ampliables mediante repetidores La señal puede atravesar el transformador Modulación OFDM DSSS MAC Maestro/esclavo CSMA/CA VoIP Sí Sí Velocidades Tema IV Sistemas de Telecomunicación 21 Perspectivas de evolución de la tecnología PLC • • • • • • • • El apoyo de la UE y de la FCC* a la tecnología PLC podrían favorecer la aparición de una regulación específica para PLC a corto plazo. La aparición de un entorno regulatorio claramente definido podría servir como detonante para el despliegue masivo de PLC Las tecnologías utilizadas en los primeros despliegues masivos (seguramente DS2 y Main.net) podrían convertirse en estándares de facto. En una primera fase los despliegues de PLC podrían centrarse en zonas sin cobertura de ADSL o de cable-modem y en aplicaciones indoor. En una segunda fase, cuando la incertidumbre regulatoria se haya despejado, los despliegues podrían abarcar amplias zonas de cobertura de las compañías eléctricas. Es evidente la aplicación primaria (ya desarrollada y extendida) para comunicación entre centrales subestaciones de la compañía eléctrica). Un primer paso de desarrollo comercial es la lectura de contadores a distancia. La aplicación PLC indoor, para ligar con arquitecturas FTTB, también presenta interés comercial así como para el establecimiento de redes en el hogar. Los servicios de distribución de contenidos multimedia y acceso a Internet tienen más problemas de rentabilidad. Las noticias al respecto no son muy alentadoras (ver noticia). * FCC.- Federal Communications Commision Tema IV Sistemas de Telecomunicación 22 Posible uso de PLC por parte de un operador móvil • Los operadores móviles pueden utilizar PLC para enlazar BTS con BSC. CISCOSy stems MODEM PLC D S Cisco 75 00 E SRIES CISCOSS YTEMS SD Cisco 3 60 0 SER IE S CISCOSS YTEMS SD Cisco 3 60 0SER IE S CONVERSOR TDM/IP CISCOY SSTEMS D Cisco 3 600 SERIESS EE P U R P W O L R N E OR AL M P W O R W O R E TDM ETHERNET MODEM PLC CISCOS ystems D Cisco 3 600 SERIESS CONVERSOR TDM/IP TDM D Cisco 75 00 S ER S IS E UP E R W O L R E OR L A M P W O R P E W O R N E D GH AUB S IG FIbroncs I NODO CABECERA CISCOSystems CISCOY SSTEMS GH AUB SD IG IFbronIcs REPETIDOR D S Cisco 7500 SE RIES PE U R P E LO E W MA R O L P W O R ER W O R N Tema IV Sistemas de Telecomunicación • BTS.- Base Transceiver Station. Estación base para comunicaciones celulares • BSC.- Base Station Controller. Nodo controlador de estaciones base. 23 Redes híbridas de fobra y coaxial (HFC) • La tecnología Cable TV apareció en los años 60 • Topología de distribución en árbol • Transmisión analógica, sobre cable coaxial, por multiplexación en frecuencia (FDM: 6 MHz por canal). • Características: • Señal analógica distribuida a larga distancia → amplificadores • Problema: • Mantener una relación señal/ruido aceptable en el hogar Tema IV Sistemas de Telecomunicación 24 • En los años 90, la CATV (Community Antenna Television) percibió las ventajas de introducir FO (inicialmente en la cabecera del sistema): • Mejorar la calidad del servicio •Disminuir el nº de amplificadores necesarios • Se llegó así a la arquitectura híbrida de fibra y coaxial (HFC) • El sistema ha evolucionado (1998 en adelante) •Reduciendo el número de usuarios por nodo (20.000 a 500) y de amplificadores en cascada •Incluyendo transmisión digital (QAM, OQPSK, 256QAM) •Ampliando los servicios prestados (VoIP, acceso a Internet, VoD) •Mejorando la transmisión upstream •Incluyendo mejoras MPEG para aumentar el nº de canales de video Tema IV Sistemas de Telecomunicación 25 • El desarrollo de Ethernet (industria de ordenadores) para (años 70) percibió la oportunidad de utilizar el acceso coax a los hogares para extender LANs •La condición técnica para desarrollar esta idea fue diseñar modems capaces de discriminar las señales TV de las digitales Ethernet (datos) en banda base. •La hibridación (FO-Coax) se produjo simultáneamente al desarrollo del mundo Internet y demanda de los usuarios de BA, más allá de las LANs Tema IV Sistemas de Telecomunicación 26 • Arquitectura típica de una red HFC: • NR*.- Nodo de red (> 500.000 usuarios) • NL*..- Nodo local (>10.000 usuarios) •TRO.- Terminal de red óptica: Conversión E/O y procesado de señal ascendente Cada TRO puede atender a 200 – 500 usuarios. Al PTR (red de usuario) debe llegar una relación S/R > 44 dB Debe cumplirse Tema IV Sistemas de Telecomunicación Nomenclatura equivalente en redes PON: OLT.- Optical Line Terminator (NL) ONU.- Optical network Unit (TRO) 27 Ejemplo de cálculo de velocidad downstream en una configuración típica (1995): Tema IV Sistemas de Telecomunicación 28 Los operadores de cable cuentan así con ventajas en el acceso para actuar como operadores de redes de telecomunicación • • Al igual que los operadores de telecomunicaciones fijas, los operadores de cable requieren de nuevas tecnologías que: – Posibiliten actualizar su infraestructura de red – Permitan ofrecer, con garantías, servicios de datos de banda ancha así como VoIP Las principales novedades tecnológicas son: – NBAN, equivalente al ADSL pero para el cable – DOCSIS 2.0 – PacketCable Multimedia Tema IV Sistemas de Telecomunicación 29 Como en la tecnología DSL, se precisa instalar un modem en casa del usuario (transmisión RF modulada) • Prestaciones de algunos modems comerciales para HFC: Tema IV Sistemas de Telecomunicación 30 DOCSIS: Data-Over-Cable Service Interface Specification • El estándar DOCSIS del CableLabs define los elementos necesarios para la transferencia de datos bidireccional en redes de cable : – Infraestructura de transmisión – El equipamiento de usuario (cable-modems) Red de distribución por cable WAN services Cable modem termination system (CMTS) Cable modem Red de cable Tema IV Sistemas de Telecomunicación 31 • El reparto espectral queda especificado así: (Quadrature Phase Shift Keying) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 32 Novedades en las versiones de DOCSIS MAC (Control de Acceso al medio) Calidad de servicio Servicios “multicast” OSS Privacidad y seguridad Modulación de señal y capacidad Tema IV Sistemas de Telecomunicación DOCSIS 1.0 DOCSIS 1.1 Se asignan time slots a los cable modems para uso del uplink, lo que supone ineficiencia de uso de los canales. Mejora la eficiencia de la capa MAC Cada cable- modem tiene uno o más identificadores que le permiten reservar más o menos capacidad. Permite definir “flujos IP”, cada uno con distinta prioridad, aunque procedan del mismo cable- modem Soporta el uso de multicast IP para “streaming” de información multimedia, sólo en el downlink. Soporta multicast bidireccional, con especificación más detallada del manejo de este tipo de información Define arquitectura de OSS, pero principalmente para administración de los elementos de red Define arquitectura de OSS de forma más completa, incluyendo aspectos de tarificación basada en QoS. Incluye protocolos para asegurar la privacidad de los datos de usuario. Añade protocolos para la autenticación del cable- modem. Uplink: QPSK o 16-QAM (10.24 Mbps) Downlink : 64-QAM o 256-QAM (27-56 Mbps) DOCSIS 2.0 Empleo de nuevas técnicas de acceso múltiple (A-TDMA y SCDMA), que además mejoran la inmunidad al ruido. Empleo de esquemas de modulación que permiten doblar la capacidad del uplink hasta el triple. 33 DOCSIS 2.0 • La inclusión de dos nuevos mecanismos de acceso múltiple (S-CDMA y A-TDMA) supone una serie de mejoras con respecto a las versiones anteriores: – – • Aumento del throughput del enlace ascendente hasta 30 Mbps, al usar modulación 64-QAM en dicho enlace. Mayor robustez de los canales, al introducir mejor ecualización de canal, FEC (Forward Error Correction), etc. Mejoras encaminadas a posibilitar la provisión de servicios simétricos: – P2P, VoIP, Juegos on-line, etc TDMA.- Time Divission Multiple Access CDMA.- Code Divission Multiple Access Tema IV Sistemas de Telecomunicación 34 La adopción de DOCSIS 2.0 por parte de las operadoras de cable se espera que sea sencilla por varias razones: • • • La tecnología DOCSIS 2.0 puede coexistir en el mismo canal de RF con tecnologías DOCSIS 1.x La adaptación de los CMTS a DOCSIS 2.0 podrá hacerse en muchos casos mediante una simple actualización software Los cable-módems tendrán un coste similar a los de DOCSIS 1.x, al integrarse en silicio la tecnología Tema IV Sistemas de Telecomunicación 35 NBAN: Ethernet para operadores de cable • Los inconvenientes del cable-modem (asimetría, compartido, ...) lo hacen poco atractiva para el mercado empresarial – “NBAN (Narad Broadband Access Networks)” (© Narad Networks) permite enlaces simétricos a 100 Mbps sobre la red HFC actual z z La idea consiste en dividir la estructura en árbol de HFC en múltiples enlaces punto a punto Fast Ethernet. El módem de cable UBM (Ultra Broadband Modem) permite transmitir a muy altas frecuencias. Se podría decir que es “el ADSL de los operadores de cable” Operadores de cable como la canadiense Delta Cable y la holandesa CAIW han adquirido recientemente esta tecnología Tema IV Sistemas de Telecomunicación 36 NBAN: Arquitectura de Red Tema IV Sistemas de Telecomunicación 37 PacketCable Multimedia • PacketCable Multimedia es un estándar del consorcio CableLabs de operadores de cable y suministradores • Permite la provisión de servicios IP de sobre redes de cable – VoIP – Diferentes calidades de servicio reservando ancho de anda para servicios específicos – Ancho de banda bajo demanda • DOCSIS 1.1 fue el punto de partida tecnológico para la especificación PacketCable, debido a su soporte mejorado para distinguir QoS El CMS (Call Management Server) transmite la petición de servicio del cliente al MS (Media Server). El PS verifica si el usuario puede acceder al servicios y envía los mensajes para la asignación de recursos en el CMTS (Cable Modem Termination System). Multimedia Terminal Adapter (MTA) Cable modem CMTS Call Management Server (CMS) Media server Multimedia Terminal Adapter (MTA) Cable modem Tema IV Sistemas de Telecomunicación DOCSIS 1.1 (red 1) Arquitectura PacketCable Multimedia Backbone IP CMTS DOCSIS 1.1 (red 2) RTC Gateway RTC 38 Los elementos de la arquitectura PacketCable Multimedia son: El CMS (Call Management Server) transmite la petición de servicio del cliente al MS (Media Server). El MS verifica si el usuario puede acceder al servicios y envía los mensajes para la asignación de recursos en el CMTS (Cable Modem Termination System). Multimedia Terminal Adapter (MTA) Cable modem DOCSIS 1.1 (red 1) CMTS Media server Multimedia Terminal Adapter (MTA) Cable modem Call ManagementServer (CMS) Backbone IP CMTS DOCSIS 1.1 (red 2) Tema IV Sistemas de Telecomunicación RTC Gateway RTC 39 PacketCable Multimedia es una arquitectura para el despliegue de servicios multimedia basados en IP superpuesta a DOCSIS. • PacketCable Multimedia es un estándar del consorcio CableLabs de operadores de cable y suministradores • Permite la provisión de servicios IP de sobre redes de cable : – VoIP • Telefonía de calidad similar a la tradicional, así como servicio de fax. • Servicios de valor añadido, como llamada en espera, desvío de llamadas, identificación de llamadas, buzón de voz, etc. • Realizar y recibir llamadas, tanto nacionales como internacionales, de usuarios de la RTC. • Evitar usos fraudulentos del servicio, a través de diversos mecanismos de seguridad • Vídeo y datos • Diferentes calidades de servicio reservando ancho de anda para servicios específicos • Ancho de banda bajo demanda Tema IV Sistemas de Telecomunicación 40 Principales despliegues de PacketCable Multimedia – Actualmente la penetración de los servicios de VoIP en los usuarios de cable en EEUU es del 10%. Según predicciones del Yankee Group en 2006 se superará el 25%. Algunos proveedores de VoIP han establecido acuerdos con operadores de cable 2002 2003 2004 2005 AOL Time Warner Vonage Net2Phone Cox Cablevision Comcast Gemini Voice Solutions Charter Actualmente existen múltiples proveedores de esta tecnología como Cisco, Motorola, Arris o Nortel Tema IV Sistemas de Telecomunicación 41 Nuevas Oportunidades para los Operadores de Cable El uso de tecnologías como DOCSIS 2.0 y PacketCable aportaría nuevas oportunidades a los operadores de cable –Optimización de recursos •Convergencia en una red IP multiservicio (voz, vídeo y datos) –Incremento del mercado objetivo •Provisión de servicios para empresas –Incremento del ARPU (average recovery per user) •Oferta de nuevos servicios –Fidelización de clientes •El operador de cable Cox asegura que el porcentaje de bajas en usuarios de un único servicio es el doble que en usuarios de “3-Play” –Introducción rápida de nuevos servicios •PacketCable Multimedia permite la introducción de nuevos servicios basados en SIP* –Menor coste que RTC •Según el Yankee Group la VoIP introduce un ahorro de hasta el 50% respecto a la RTC * Session Initiation Protocol. Estándar definido por el IETF que especifica los procedimientos para mantener servicios de comunicaciones (voz, vídeo, chat, juegos interactivos, etc.) entre los usuarios de las redes de paquetes Tema IV Sistemas de Telecomunicación 42 Posibles obstáculos • • • • • • El operador de cable no garantiza la seguridad de las conexiones sino simplemente el acceso a sus servicios de conectividad, que son compartidos por todos los usuarios (del medio común) Integración de la plataformas y tareas de logística: gestión de la red, facturación, aprovisionamiento, etc Requisitos regulatorios Continuas modificaciones del estándar PacketCable Necesidad de establecer acuerdos para los servicios de voz y de datos, para poder interconectar las redes y poder competir así con el resto de operadoras ya establecidas. La limitada capacidad del enlace ascendente continuará siendo un problema, con lo que las operadoras tendrán que replanificar sus redes Tema IV Sistemas de Telecomunicación 43 Acceso por Fibra hasta el Hogar (FTTH) •Opciones para el despliegue de una red FTTx: • Punto a Punto (PtP) – La red de distribución se implemente mediante equipos activos (Switches Ethernet) • Red Óptica Pasiva (PON). – APON (ATM Passive Optical Network) – EPON (Ethernet Passive Optical Network) F T T x /xPtP E th e rn e t PO N N o d o tro n c a l o m e tro p o lita n o OLT CW DM N odo de A cceso Nodo de Distribución D is trib u id o r p a s iv o (G S R ) E q . E x te rio r ONU Nodos de Acceso A c c e so F a st E th e rn e t Tema IV Sistemas de Telecomunicación A c c e so x D S L , L M D S ... 44 Tema IV Sistemas de Telecomunicación 45 Soluciones PtP (FTTH): jerarquía Ethernet • Topología de la red de acceso: Normalmente se habla de distribución en estrella ANILLO ESTRELLA RED TRONCAL Enlaces dedicados GbE GbE&CWDM: 70 km sin amplificación Conmutadores GbE RED TRONCAL GbE &CWDM Anillo GbE Central Local CENTRAL LOCAL SX: 500 m, LX: 3,5 Km, LH:10Km GSRs de baja capacidad comparten el mismo enlace GbE Fast Ethernet UTP Cat5: 100 m La topología de anillo requiere emplear giga switch routers (más caros que los switches) de la topología jerárquica (árbol) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 46 Problemas del transporte p2p Ethernet: •No sirve para soportar voz TDM. •La solución obvia es extender VoIP o restringir su aplicación a interconexión de corporaciones que prescindan de voz TDM. •Problemas de escalabilidad, número de LANs limitado a 4096. •Solución: VLAN stacking (jerarquización) o, mejor, VPLS. •La restauración, en caso de fallo, se hace a nivel IP y los tiempos son mucho mayores (decenas de segundos) que en SDH (milisegundos). •Con RSTP (rapid spanning tree protocol), se ha decrementado a segundos. •Otra opción es RPR (Resilient Packet Ring). •Coste de los equipos de acceso (activos) • Para interconexión de LANs corporativas, el usuario puede albergar (y ser propietario) de los equipos de acceso. Tema IV Sistemas de Telecomunicación 47 Soluciones PON (APON & EPON): Distribución pasiva, por splitters, de la señal óptica (medio compartido) Puede verse como una extensión del concepto HFC: Las PON están compuestas de un Terminal de Enlace Óptico (OLT) que se conecta a múltiples Unidades de Red Ópticas (ONU) a través de una Red de Distribución Óptica (ODN) Las distancias se alargan y los costes se reducen (equipos pasivos). Los splitters, componentes pasivos, no se pueden reconfigurar y resulta difícil monitorizar el tráfico que transportan. Los últimos 20 Km son pasivos -> reducción del consumo y coste de mantenimiento El protocolo de transporte puede ser ATM (APON) o Ethernet (EPON). La conexión de punto a multipunto se realiza a través de un distribuidor óptico pasivo (splitter) ODN OAM OLT λ1 λ2 Video λ3 Tema IV Sistemas de Telecomunicación Transmisión punto a multipunto en bajada: TDM Splitters WDM Transmisión punto a multipunto en subida: TDMA ONU 48 • En el sentido DS, los paquetes Ethernet son transmitidos en modo broadcast por el OLT hacia los ONU de los usuarios a través de un splitter o varios en cascada. En cada ONU se aceptan los paquetes Ethernet que son dirigidos hacia él. Transmisión DOWNSTREAM Transmisión UPSTREAM Tema IV Sistemas de Telecomunicación 49 • La EFMA (Ethernet First Mile Alliance) y el IEEE han desarrollado el estándar 802.3ah. que ofrece la alternativa al esquema actualmente desplegado de acceso a Internet mediante ADSL/ATM: 580 560 560 in v e rs ió n /u s u a r io 540 520 485 500 470 480 Ethernet 460 440 420 400 426 415 256 453 433 426 512 ATM 2M Esta solución de acceso rápido a Internet elimina la complejidad del protocolo de traducción y evita introducir equipos. Con ello, se reduce CAPEX y OPEX ya que el número de capas de esta solución es muy pequeño: Desaparece la gestión compleja ATM. 4M ancho de banda com ercializado Tema IV Sistemas de Telecomunicación 50 • De esta forma, puede contemplarse una migración, en la introducción de EFM, con una etapa previa al despliegue de fibra hasta el hogar (para soportar algunos servicios triple play): ¾ Sobre cobre: xDSL/Ethernet: F.O Cu F.O SDH ATM DSLAM Eth NUEVA ARQUITECTURA ETHERNET Cu DSLAM IP RAS BA F.O Ethernet Centrales con nodos agregadores Esta evolución, sobre xDSL, (de agregación ATM a Ethernet) permite Red IP del Operador INTERNET ARQUITECTURA ACTUAL (IP sobre ATM) Ethernet Centrales con nodos de servicios Backbone IP multiservicio •Fácil transición de la red actual ATM a Ethernet. •Posibilidad de multicast. •Equipos más baratos y menores costes. •Compatibilidad con tecnologías xDSL de nueva generación. •Uso del par de cobre existente en el acceso. •Ofrecer QoS sobre Ethernet. Adicionalment, el uso de DSLAMs IP (compatible con esta vía evolutiva de la red de acceso) permite descargar de tráfico la red de tránsito Tema IV Sistemas de Telecomunicación 51 • En el sentido UpStream, los paquetes Ethernet son enviados por cada ONU dirigidos hacia el OLT. No pueden ser recibidos por el resto de ONUs sin previamente pasar por el OLT. El comportamiento de la EPON en este caso es similar al de una arquitectura PtP. • La transmisión de paquetes puede coincidir temporalmente por lo que serán necesarios mecanismos de arbitraje que eviten colisiones en la transmisión US. • Estos mecanismos de compartición del canal UpStream se basan en TDMA(no en CSMA/CD, como es típico de 802.3). A cada ONU el OLT le asigna un tiempo en el que debe realizar sus transmisiones (solución centralizada). • Es necesaria la sincronización de todos los ONU. - Cada ONU debe disponer de un buffer en el que almacene los datos que debe transmitir cuando el OLT se lo permita en modo burst –utilizando toda la capacidad disponible-. Tema IV Sistemas de Telecomunicación 52 Comparativa (resumen): PtP APON EPON Consumo de fibra Similar, en una topología en árbol, típica de las redes PON Alcance Hasta 80 Km 10-20 Km Distribución Activa y gestionable Pasiva Escalabilidad Alta Media Madurez Alta Alta Baja 100 Mbps simétricos 20/5 Mbps 30 Mbps simétricos Capacidad por usuario Ancho de Banda dedicado (622Mbps / 32usuarios) (155Mbps / 32usuarios) Sí No (1 Gbps / 32usuarios) No NOTA.- Algunos países (CCAA, ciudades) despliegan redes de FO (pasiva) hasta el hogar por iniciativa pública (operador neutro) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 53 Análisis económico de la migración de la red de acceso para un operador incumbente: El despliegue de tecnología FTTx (con elementos activos) sólo es entable, frente al despliegue de PON (fibra sin electrónica) si las distancias recorridas son grandes y/o el número de usuarios por edificio elevado. inversión/usuario (solo acceso) 3.000 2.457 2.500 2.000 1.517 1.351 1.500 1.274 1.248 PON 1.236 1.277 1.000 687 500 282 282 282 570 FTTx 452 282 282 ADSL 5 10 20 nº de usuarios/edificio Tema IV Sistemas de Telecomunicación 30 40 No obstante, existen numerosas ofertas de soluciones sobre PON con sistemas de agregación Ethernet que prometen reducir CAPEX y OPEX (siempre para servicios sobre aglomeraciones urbanas no muy densas). Las souciones xDSL quedan muy limitadas en ancho de banda (incapaces de soportar aplicaciones triple play a medio plazo) para distancias central-PTR mayores de 2 Km 54 GPON: GigabitEthernet sobre PON Se trata de la evolución natural de EPON sobre los avances GE con aplicaciones evidentes para servicios de distribución de contenidos multimedia (triple play). Arquitectura de distribución de Vídeo con GPON IGMP.- Internet Group Management Protocol Tema IV Sistemas de Telecomunicación 55 Combinando GPON con OCS, puede construirse una arquitectura PON de largo alcance (más de 100 Km) Agregación • Se trata de una solución combinada de red de acceso y agregación metropolitana • De los nodos del anillo troncal (ROADM), salen las ramas GPON • Existen soluciones similares propuestas por fabricantes y algunas (RPR, vgr.) han sido estandarizadas. Troncal Metro Troncal Nacional Acceso Evolución hacia PON de largo alcance Hoy Centrales de conmutación, Routers IP, DXCs SDH, plataformas de servicios Malla Nacional IP, NG-SDH Data Centre Redes Internacionales Internet Usuario Acceso Nodos de acceso: OLTs, Switches Ethernet, ADMs Comienzan los despliegues FTTX Corto Plazo Routers IP, Anillos ópticos estáticos, plataformas de servicios Routers IP, Malla Nacional GMPLS optoelectrónica PON de largo alcance Usuario Nodos Comiewnzan los despliegues de FTTH Medio/Largo Plazo Tema IV Sistemas de Telecomunicación Nodos de Acceso Metro: DSLAMs, centrales de conmutación, ADMs, Switches Ethernet… ADSL, GSM, UMTS Routers IP, Anillos ópticos reconfigurables, plataformas de servicios Red Troncal Metropolitana Malla Nacional GMPLS con islas de transparencia Malla Nacional 56 Asimismo, un operador de cable puede evolucionar su red HFC sobre tecnología GPON: Red de Cable Actual Red HFC/GPON Red de datos y televisión Red Troncal NS (2 000 HP) Cabecera NP (40 000 HP) NT (500 HP) Canal de subida Red de distribuci ón Nodo Terminal Cabecera Nodo Primario GPON 1:64 80 Km Red de Distribución: cobre + coaxial Red de telefonía superpuesta NS (2 000 HP) NT (500 HP) 35 Km Cabecera NP (40 000 HP) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 57 Acceso inalámbrico • Radioenlaces Tema IV Sistemas de Telecomunicación 58 Redes inalámbricas de datos La IETF (grupo 802) ha estandarizado tres tipos de redes IP wireless: 802 Redes inalámbricas Redes de área local 802.11 W iFi Redes de área personal 802.15.1 Bluetooth 802.15.3a Redes de alta velocidad (UWB) Redes de área metropolitana 802.15.4 Zigbee 802.16 WiMAX 802.16e W iMAX móvil 802.20 MobileFi Que encuentran mejor adaptación a según qué entorno y aplicación: Tema IV Sistemas de Telecomunicación 59 • Difusión (broadcast) de TV y acceso a Internet WLL MMDS WLL: Wireless Local Loop Tema IV Sistemas de Telecomunicación MMDS: Multichannel Multipoint Distribution Service (wireless CATV) 60 Gran variedad de sistemas con prestaciones diferentes: • Alcance y cobertura • Frecuencia • Capacidad (velocidad de transmisión) • Modulación • Calidad • Terminales • Seguridad • Arquitectura • Potencia • Coste Además de soporte a servicios de broadcast tradicionales, el acceso inalámbrico apunta a: • Cobertura de zonas rurales (de difícil acceso) • Acceso ubicuo a Internet (PDA, portátiles, etc.) • Comunicaciones móviles Tema IV Sistemas de Telecomunicación 61 • Sistemas celulares (comunicaciones móviles) • Intercomunicados o no por redes alámbricas Tema IV Sistemas de Telecomunicación 62 En redes públicas, el establecimiento de la conexión es similar al de provisión de circuito en POTS (para llamadas de voz) en los sistemas 1G y 2G. En 3G, se introduce sistemas basados en conmutación de paquetes. El problema de itinerancia (movilidad), que se resuelve porque la red de control sigue la misma estructura celular que la de transmisión. El sistema es flexible: Reasiganción de frecuencias (canales) Control de potencia (para dar cobertura a los terminales pero sin interferir entre células adyacentes. Roaming: Interoperabilidad en redes de distintos operadores La evolución de estos sistemas celulares sigue la tendencia de cambio de conmutación de circuitos a conmutación de paquetes: GSM →GPRS→ UMTS (en Europa) Lo que permite llegar a Internet ubicuo (IP móvil) Tema IV Sistemas de Telecomunicación 63 En zonas densamente pobladas, se recurre a jerarquizar las células pues el espectro es limitado. En zonas de baja densidad, se agrupan las antenas en una misma célula. Las frecuencias deben distribuirse entre células evitando solapes entre adyacentes para permitir la reutilización de canales (sólo entre células no adyacentes). Esto se consigue con diagramas de células en grupos de 4, 7 ó 12 (más frecuente, el de 7): Tema IV Sistemas de Telecomunicación 64 Esta sería la arquitectura genérica de un sistema celular GSM, UMTS, etc GSM.- Groupe Special Mobile (Europa) BSS.- Base Station Subsystem (enlace radio) BSC.- Base Station Controller (agregación) PSTN.- Public System of Telephone Network MSC.- Mobile Switching Center (equivale a la central de acceso) BTS.- Base Tranceiver Station Tema IV Sistemas de Telecomunicación 65 Evolución de sistemas celulares Tema IV Sistemas de Telecomunicación 66 En general, el espectro de frecuencias se centra en las microondas 300 MHz a 300 GHz GPRS* es un sistema avanzado de GSM (2,5G): Combina la FDMA de GSM con TDMA en enlaces (de acceso) por paquetes lo que permite comartir (multiplexación estadística) canales. En la actualidad, se desarrollan sistemas novedosos como Code Division Multiple Access (CDMA) y otros de espectro ampliado. El CDMA* (UMTS) requiere una gran sincronización de sus sistemas (que se consigue mediante GPS). Los enlaces entre BTS y BSC suelen ser también inalámbricos (a distinta frecuencia que el acceso BTS-terminal cliente). En este segmento de acceso, sólo se agrega tráfico; su conmutación se efectúa en las MSC, que suelen quedar ligadas entre sí mediante enlaces troncales sobre medio físico. *GPRS.- General Packet Radio Service *CDMA.- Code Division Multiple Access Tema IV Sistemas de Telecomunicación 67 El sistema UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Es un sistema de 3 G (propuesta europea → estándar universal) Permite: • Servicios de voz y datos •Calidad comparable a telefonía fija •144 Kbps (mínimo en zona rural y 2 Mbps en microcélulas) •Itinerancia (roaming global) Transmisión radio por CDMA (acceso múltiple por espectro ensanchado) Permite transición a red IP (integración con sistemas VoIP) Permite QoS diferenciada Tema IV Sistemas de Telecomunicación 68 Tema IV Sistemas de Telecomunicación 69 • La CDMA se combina con TDMA y FDMA para soportar a distintos operadores, canales de subida y canales de bajada conforme a regulaciones •Duplexación en frecuencia •El acceso múltiple se realiza por división en código y en frecuencia, utilizando dos portadoras distintas, una para el enlace ascendente y otra para el descendente •Duplexación en el tiempo •El acceso múltiple se realiza por división en código y en tiempo. •Existe una única portadora e intervalos temporales de transmisión, que se reparten entre distintos usuarios y a su vez entre sentidos de transmisión (ascendente y descendente). •El número de slots asignados a UL y DL es configurable Tema IV Sistemas de Telecomunicación 70 La técnica de espectro ensanchado permite que la señal que se desea enviar esté por debajo del nivel del ruido En los sistemas de espectro ensanchado se intercambia potencia por ancho de banda: • Se emplea un ancho de banda superior al teórico necesario para transmitir la información (se añade una señal codificada de expansión) • Con ello, se consigue soportar el acceso múltiple Tema IV Sistemas de Telecomunicación 71 La tecnología CDMA ha evolucionado a Wideband CDMA (utilizando un espectro de mayor rango de frecuencias) y éste a HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): HSDPA permite velocidades teóricas de 14 Mb/s (en la práctica menores de 9 Mb/s) O sea que, al contrario que UMTS, HSDPA mantiene la potencia de la señal pero adapta la tasa binaria de transmisión. Tema IV Sistemas de Telecomunicación 72 Las penalizaciones de HSDPA, para obtener su elevada tasa de transmisión, son: • Complejidad de estaciones base y terminales (y, por lo tanto, mayor precio). • Imposibilidad de garantizar QoS ya que la tasa binaria real, para un usuario dado, depende del número de usuarios que compartan con él el medio (en macro células, sólo un 20% de los usuarios tienen acceso en modo 16QAM • Esta tecnología se emplea en sistemas UMTS, WIFI y WIMAX Admite mejoras con terminales MIMO (multiple input multiple output) multiantena (2 ó 3) Es previsible una convergencia (o roaming) de sistemas WIFI, UMTS y WIMAX Tema IV Sistemas de Telecomunicación 73 * * Cf. MuniWiFi Tema IV Sistemas de Telecomunicación 74 Wireless Internet* * Cf. CTIA Tema IV Sistemas de Telecomunicación 75 Análisis de la tecnología WiFi Tema IV Sistemas de Telecomunicación 76 WIMAX Tema IV Sistemas de Telecomunicación 77 Tema IV Sistemas de Telecomunicación 78 WIMAX frente a HSDPA Tema IV Sistemas de Telecomunicación 79 Tema IV Sistemas de Telecomunicación 80 Comparativa de capacidad con otros sistemas móviles de BA Tema IV Sistemas de Telecomunicación 81 • Los sistemas analizados presentan ventajas e inconvenientes que no permiten considerar una tecnología superior a las otras en todos en los entornos de operación • A largo plazo, en el contexto de una red de nueva generación basada en infraestructura IP, constituirán distintas alternativas de acceso, utilizables en función del entorno de operación, características del usuario, etc. • A medio plazo, quedan por dilucidar cuestiones estratégicas • Las tecnologías WiFi y WiMAX pueden ser tanto competidoras como complementarias, en ocasiones para una misma aplicación •WiMAX puede utilizarse como medio de transmisión (backhaul) entre los puntos de acceso WiFi y el punto de conexión a Internet. •Esa misma función puede realizarse con tecnología WiFi, por ejemplo con enlaces 802.11a. Tema IV Sistemas de Telecomunicación 82