Tecnologías de acceso

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
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W
O
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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):
ƒ HSDPA permite velocidades teóricas de 14 Mb/s (en la práctica menores de 9 Mb/s)
ƒ 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