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1 Banda Ancha Residencial Master de Telemática, Mondragon Unibertsitatea Mondragón, 11-12 de abril de 2002 Rogelio Montañana Universidad de Valencia

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2 1 Banda Ancha Residencial Master de Telemática, Mondragon Unibertsitatea Mondragón, de abril de 2002 Rogelio Montañana Universidad de Valencia

3 2 Sumario Introducción Fundamentos técnicos Redes CATV ADSL y xDSL Redes basadas en fibra: FTTC y FTTH Sistemas inalámbricos: LMDS y satélite Comparación de las diversas tecnologías

4 3 Características de RBB Acceso con caudal superior a RDSI básico (128 Kb/s). Comunicación full dúplex (puede ser asimétrica) Precio moderado Usuario inmóvil (conexión por cable o por medios inalámbricos) Normalmente conexiones permanentes (tarifa plana)

5 4 Aplicaciones de RBB La prevista en 1995: VoD (Video on Demand), NVoD (Near Video on Demand). Dudosa rentabilidad. En la actualidad: Fast Internet (navegación web, teleenseñanza, teletrabajo, videoconferencia, etc.) Convergencia con TV digital (DVB, Digital Video Broadcast) –DVB-S: Satélite –DVB-C: Cable –DVB-T: Terrestre

6 5 Fuente:

7 6 Limitaciones del RBB Bajo costo de mantenimiento (25 – 50 Euros/mes) Bajos costes de instalación. Compatible con cableado doméstico (par telefónico o cable coaxial de antena de TV). Autoconfiguración y autoprovisionamiento (instalable por el usuario final). Manejo sencillo.

8 7 Sumario Introducción Fundamentos técnicos Redes CATV ADSL y xDSL Redes basadas en fibra: FTTC y FTTH Sistemas inalámbricos: LMDS y satélite Comparación de las diversas tecnologías

9 8 Fundamentos técnicos de RBB Modelo de referencia Medios físicos de transmisión de la información digital. Límites en la capacidad de transmisión de la información digital. Teorema de Nyquist y Ley de Shannon Control de errores

10 9 Arquitectura de una red RBB Modelo de referencia RBB –Host Servidor –Red del proveedor de contenidos (ATM, enlaces Punto a Punto, Frame Relay, etc.) –Red de transporte (ATM, Packet Over SONET) –Red de acceso RBB (CATV, ADSL, etc.) –Terminador de red (Ethernet, USB) –Host Cliente

11 10 Arquitectura completa de una red RBB

12 Red de Datos de un operador Cabecera Cable TV Comp B Comp A Inalámbrico (GSM, GPRS, UMTS) POTS RDSICableFrame ATM FUNI D/C ISP1 ISP2 IDSL/ SDSL ADSLVDSL/ ATM D/C DSLAM Backbone SONET/ATM Switch

13 12 Medios de transmisión de la información digital Cables –Metálicos (de cobre) Coaxial: CATV (redes de TV por cable) Par trenzado: ADSL –Fibra óptica monomodo: redes de transporte, FTTC (Fibre To The Curb), FTTH (Fibre To The Home) Aire (microondas): Satélites, LMDS

14 13 Problemas de las señales de banda ancha en cables metálicos Atenuación –Es la reducción de la potencia de la señal con la distancia. –Motivos: Calor Emisión electromagnética al ambiente –La atenuación es el principal factor limitante de la capacidad de transmisión de datos.

15 14 Problemas de las señales de banda ancha en cables metálicos Factores que influyen en la atenuación: –Grosor del cable: menor atenuación cuanto más grueso (a menos resistencia menos pérdida por calor) –Frecuencia: a mayor frecuencia mayor atenuación (proporcional a la raíz cuadrada) –Tipo de cable: menor atenuación en coaxial que en par trenzado (menos emisión electromagnética) –Apantallamiento (solo en coaxial): a mas apantallamiento menor atenuación (menos emisión electromagnética)

16 15 Atenuación en función de la frecuencia para un bucle de abonado típico (cable de pares) 3,7 Km 5,5 Km Frecuencia (KHz) Atenuación (dB)

17 16 Problemas de las señales de banda ancha en cables metálicos Desfase: –Es la variación de la velocidad de propagación de la señal en función de la frecuencia. Resulta importante cuando se utiliza un gran ancho de banda Interferencia electromagnética: –Externa (motores, emisiones de radio y TV, etc.). Es mucho mayor en cable no apantallado –De señales paralelas:diafonía o crosstalk (efecto de cruce de líneas). El crosstalk también aumenta con la frecuencia

18 17 Crosstalk La señal inducida en cables vecinos se propaga en ambas direcciones La señal eléctrica transmitida por un par induce corriente en pares vecinos

19 18 El NEXT lo produce la señal inducida que vuelve y es percibida en el lado del emisor Near end Crosstalk (NEXT)

20 19 El FEXT lo produce la señal inducida que es percibida en el lado receptor. Es mas débil que el NEXT Far end crosstalk ( FEXT )

21 20 Problemas de las señales de banda ancha en cables metálicos El FEXT y el NEXT aumentan con la frecuencia. El NEXT es más fuerte que el FEXT porque la intensidad de la señal es mayor. Si se usa una frecuencia distinta para cada sentido el NEXT no es problema. Si se usa el mismo par para ambos sentidos (ADSL) el uso de diferentes frecuencias también evita los problemas del eco (señal que rebota en el mismo par debido a empalmes e irregularidades en el cable).

22 21 Distinción entre bit y baudio Bit (concepto abstracto): unidad básica de almacenamiento de información (0 ó 1) Baudio (concepto físico): veces por segundo que puede modificarse la característica utilizada en la onda electromagnética para transmitir la información La cantidad de bits transmitidos por baudio depende de cuantos valores diferentes pueda tener la señal transmitida. Ej.: fibra óptica, dos posibles valores, luz y oscuridad (1 y 0): 1 baudio = 1bit/s.

23 22 Distinción entre bit y baudio Con tres posibles niveles de intensidad se podrían definir cuatro símbolos y transmitir dos bits por baudio (destello): Símbolo 1:Luz fuerte: 11 Símbolo 2:Luz media:10 Símbolo 3Luz baja:01 Símbolo 4Oscuridad:00 Pero esto requiere distinguir entre los tres posibles niveles de intensidad de la luz En cables de cobre se suele transmitir la información en una onda electromagnética (corrientes eléctricas). Para transmitir la información digital se suele modular usando la amplitud, frecuencia o fase de la onda transmitida.

24 23 Cambios de fase Señal binaria Modulación en fase Modulación en frecuencia Modulación en amplitud Modulación de una señal digital

25 24 Distinción entre bit y baudio En algunos sistemas en que el número de baudios esta muy limitado (p. ej. módems telefónicos) se intenta aumentar el rendimiento poniendo varios bits/s por baudio: 2 símbolos: 1 bit/s por baudio 4 símbolos: 2 bits/s por baudio 8 símbolos: 3 bits/s por baudio Esto requiere definir 2 n símbolos (n=Nº de bits/s por baudio). Cada símbolo representa una determinada combinación de amplitud (voltaje) y fase de la onda. La representación de todos los símbolos posibles de un sistema de modulación se denomina constelación

26 25 Constelaciones de algunas modulaciones habituales Amplitud Fase Binaria simple 1 bit/símb B1Q (RDSI) 2 bits/símb. 2,64 V 0,88 V -0,88 V -2,64 V QAM de 32 niveles (Módems V.32 de 9,6 Kb/s) 5 bits/símbolo QAM de 4 niveles 2 bits/símb Portadora

27 26 Modulaciones más utilizadas en RBB TécnicaSímbolosBits/símboloUtilización QPSK (4QAM) 42CATV ascendente, satélite, LMDS 16QAM164CATV ascendente, LMDS 64QAM646CATV descendente 256QAM2568CATV descendente VariasHasta 65536Hasta 16ADSL QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying QAM: Quadrature Amplitude Modulation

28 27 Teorema de Nyquist (1924) El número de baudios transmitidos por un canal nunca puede ser mayor que el doble de su ancho de banda (dos baudios por hertzio). En señales moduladas estos valores se reducen a la mitad (1 baudio por hertzio). Ej: –Canal telefónico: 3,1 KHz 3,1 Kbaudios –Canal ADSL: 1 MHz 1 Mbaudio –Canal TV PAL: 8 MHz 8 Mbaudios Recordemos que se trata de valores máximos

29 28 Teorema de Nyquist El Teorema de Nyquist no dice nada de la capacidad en bits por segundo, ya que usando un número suficientemente elevado de símbolos podemos acomodar varios bits por baudio. P. Ej. para un canal telefónico: AnchuraSímbolosBits/BaudioKbits/s 3,1 KHz213,1 3,1 KHz839,3 3,1 KHz

30 29 Ley de Shannon (1948) La cantidad de símbolos (o bits/baudio) que pueden utilizarse dependen de la calidad del canal, es decir de su relación señal/ruido. La Ley de Shannon expresa el caudal máximo en bits/s de un canal analógico en función de su ancho de banda y la relación señal/ruido : Capacidad = BW * log 2 (1 + S/R) donde: BW = Ancho de Banda S/R = Relación señal/ruido Este caudal se conoce como límite de Shannon.

31 30 Ley de Shannon: Ejemplos Canal telefónico: BW = 3 KHz y S/R = 36 dB –Capacidad = 3,1 KHz * log 2 (3981) = 37,1 Kb/s –Eficiencia: 12 bits/Hz Canal TV PAL: BW = 8 MHz y S/R = 46 dB –Capacidad = 8 MHz * log 2 (39812) = 122,2 Mb/s –Eficiencia: 15,3 bits/Hz 10 3,6 = ,6 = 39812

32 31 Errores de transmisión Se dan en cualquier medio de transmisión, especialmente en RBB ya que: –Se utilizan cables de cobre (coaxial en CATV y de pares en ADSL) –Se cubren distancias grandes –El cableado esta expuesto a ambientes hostiles (interferencias externas) Los errores se miden por la tasa de error o BER (Bit Error rate). El BER es la probabilidad de error de un bit transmitido

33 32 Errores de transmisión Algunos valores de BER típicos: –Ethernet 10BASE-5: <10 -8 –Ethernet 10/100/1000BASE-T: < –Ethernet 10/100BASE-F, FDDI: < 4 x –Fiber Channel, SONET/SDH:< –GSM, GPRS: –CATV, ADSL, Satélite: < Los flujos MPEG-2 (TV digital) requieren BER <

34 33 Errores de transmisión Ante la aparición de errores se pueden adoptar las siguientes estrategias: –Ignorarlos –Detectarlos y descartar la información errónea. Requiere un código detector de errores o CRC (Cyclic Redundancy Code). Introduce un overhead pequeño. –Detectarlos y pedir retransmisión. Requiere CRC. El overhead depende de la tasa de errores. –Detectarlos y corregirlos en recepción. Requiere un código corrector de errores o FEC (Forward Error Correction), que tiene un overhead mayor que el CRC pues tiene que incorporar más redundancia.

35 34 Control de errores. FEC La TV Digital (y por tanto la RBB) utiliza códigos correctores o FEC (Forward Error Correction). No se puede pedir retransmisión por varias razones: –La comunicación es simplex (no hay canal de retorno) –La emisión es broadcast (de uno a muchos) –Se funciona en tiempo real (la corrección no llegaría a tiempo) Los códigos FEC usados en RBB se llaman Reed- Solomon (RS) El overhead del FEC RS: 8-10%

36 35 Control de errores. Interleaving El FEC no puede corregir muchos errores juntos, funciona mejor si están repartidos. En RBB lo normal son errores a ráfagas (p. Ej. interferencia debida al arranque de un motor). Interleaving: para que sea más eficaz el FEC se calcula sobre una secuencia modificada de los bits que no corresponde a la transmitida; si hay un grupo de bits erróneos en la secuencia original quedarán repartidos en la modificada y el FEC los puede corregir. El interleaving aumenta el retardo. Ej. en CATV para corregir ráfagas de hasta 220 s se ha de introducir un retardo de 4 ms.

37 36 Efecto de interleaving + FEC en corrección de errores a ráfagas Orden de transmisión Ráfaga en error Buffer de interleaving Al reordenar los datos para calcular el FEC los errores se reparten

38 37 Referencias G. Abe: Residential Broadband, Second Edition, Cisco Press, 1999 K. Maxwell: Residential Broadband: An Insiders Guide to the Battle for the Last Mile, John Wiley & Sons, Web de DAVIC (Digital Audio Visual Council): Contiene los documentos correspondientes a todos los estándares DAVIC.

39 38 Sumario Introducción Fundamentos técnicos Redes CATV ADSL y xDSL Redes basadas en fibra: FTTC y FTTH Sistemas inalámbricos: LMDS y satélite Comparación de las diversas tecnologías

40 39 Redes CATV Evolución histórica y arquitectura HFC Nivel físico Nivel MAC Cable Modems Estándares Redes CATV en España Referencias

41 40 Redes CATV tradicionales (coaxiales, ) Las redes CATV (Community Antenna TeleVision) nacieron para resolver problemas de recepción en zonas de mala cobertura. La antena (centro emisor) se ubicaba en sitio elevado con buena recepción. La señal se enviaba a los usuarios hacia abajo (downstream). Cable coaxial de 75 Amplificadores cada 0,5-1,0 Km. Hasta 50 en cascada. Red unidireccional. Señal solo descendente. Amplificadores impedían transmisión ascendente.

42 41 Receptores y Decodificadores Moduladores y Conversores Contenidos locales CABECERA Arquitectura típica de una red CATV coaxial tradicional Hasta 50 amplificadores en cascada Empalme Amplificador unidireccional Cable Coaxial (75 ) Muchos miles de viviendas

43 42 Redes CATV modernas (HFC, 1988 en adelante) Muchos amplificadores en cascada degradan la señal, complican y encarecen mantenimiento. Solución: redes HFC (Hybrid Fiber Coax): –Zonas de viviendas –Señal a cada zona por fibra, distribución en coaxial. –Máximo 5 amplificadores en cascada. Además amplificadores para tráfico ascendente, red bidireccional (monitorización, pago por visión, interactividad y datos) En España casi todas las redes CATV son HFC bidirecc.

44 43 Arquitectura HFC (Híbrida Fibra-Coax.) Cabecera Regional Cab. local Nodo fibra Nodo fibra Nodo fibra Nodo fibra COAX Empalme Nodo fibra Nodo fibra Conexión Set-top box-TV Cable módem - ordenador 8 MHz TV1 C9 TV3 Nodo fibra Nodo fibra Nodo fibra Cab. local

45 44 Cabecera regional Arquitectura típica de una red CATV HFC Anillo de fibra (TV y datos viajan por separado) Cabecera local Receptor y Modulador Internet Nodo de fibra ( viviendas) Empalme Fibra (monomodo) Cable Coaxial (75 ) Amplificador bidireccional viviendas Bidireccional 3-5 amplificadores máx. Conversor fibra-coaxial Cable módem Ethernet (10BASE-T)

46 45 Elementos de comunicación en una red CATV HFC Señal modulada de radiofrecuencia Ordenador (o hub) Cable módem Red CATV HFC Backbone operador Internet CMTS (Cable Módem Termination System) Ethernet 10BASE-T Domicilio del usuario Cabecera local Router Cabecera regional Proveedor de contenidos

47 46 Transmisión de datos en CATV Sentido descendente (ida): datos modulados en portadora analógica de un canal de televisión de 6 MHz (NTSC) u 8 MHz (PAL) Para el retorno: –Redes HFC (bidireccionales): zona de bajas frecuencias (no usada normalmente en CATV). Canales de anchuras diversas, de 0,2 a 3,2 MHz –Redes coaxiales (unidireccionales) línea telefónica (analógica o RDSI).

48 47 Organización de los canales en redes HFC Servicios clásicos (TV) Servicios de datos (Internet) Canales para televisión digital Canales para transmisión de datos Canales para televisión analógica Frecuencia Canales de retorno para datos Set-Top box digital Varios sintonizadores permiten acceder simultáneamente a los canales de TV y de datos. Cable módem

49 48 Reparto de frecuencias en redes HFC (estándar DOCSIS) Descendente: MHz (Europa), MHz (América). S/R > 34 dB (normal 46 dB) Ascendente: 5-65 MHz (Europa), 5-42 MHz (América). S/R > 25 dB Sentido ascendente más problemático: –Banda de RF más sucia (interferencias, emisiones de onda corta, radioaficionados, etc.) –Amplificación del ruido e interferencia introducido por todos los usuarios de la zona (efecto embudo). Esto impide utilizar el sentido ascendente en redes con muchos amplificadores.

50 49 Bandas ascendentes utilizables en redes CATV

51 50 Bandas ascendentes utilizables en redes CATV

52 51 Asignación típica de frecuencias ascendentes en una red CATV ServicioBanda (MHz)Ancho de banda (MHz) Supervisión de la red (uso reducido por el ruido) Reserva Datos (Internet) Banda de guarda Señalización interactiva, pago por visión Datos (Internet) Banda de guarda Datos (Internet) Solo disponible en Europa

53 52 Asignación típica de frecuencias descendentes en una red CATV ServicioBanda (MHz) Ancho banda (MHz) Ancho por canal (MHz) Núm. Canales Radiodifusión FM87, ,50,15136 Radio Digital (DAB) Televisión analógica PAL B Televisión analógica PAL G Televisión digital (MPEG-2) ,690 Datos (Internet)

54 53 Técnicas de modulación para transmisión de datos en redes CATV QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying QAM: Quadrature Amplitude Modulation ModulaciónSentidoBits/símb.S/R mínima Bits/símb. Shannon QPSKAscend.2> 21 dB7 16 QAMAscend.4> 24 dB8 64 QAMDescend.6> 25 dB8,3 256 QAMDescend.8> 33 dB10,9

55 54 Caudales brutos en redes CATV Debido al overhead introducido por el FEC (Forward Error Correction) y otros factores los caudales netos son aproximadamente un 10-15% menores que los brutos Anchura (KHz)KbaudiosCaudal QPSK (Kb/s) Caudal 16 QAM (Kb/s) Anchura (MHz) KbaudiosCaudal 64 QAM (Kb/s) Caudal 256 QAM (Kb/s) 6 (NTSC) (NTSC) (PAL) Asc. Desc.

56 55 Capacidad de una red CATV Suponiendo que se utilizara exclusivamente para transmitir datos, la capacidad máxima de una red CATV sería: –Descendente: 84 canales de 55,6 Mb/s: 4,670 Gb/s –Ascendente: 261 canales de 640 Kb/s: 167,0 Mb/s Esta capacidad estaría disponible para cada zona de la red HFC.

57 56 Esquema de una zona en una red CATV Canal Descendente ( MHz) 41,7 Mb/s compartidos por 3 usuarios (1) (2) (3) Un canal ascendente – (29,7–31,3 MHz) 2,56 Mb/s compartidos por 3 usuarios (3) (1) (2) Dos canales ascendentes (29,7-31,3 y 31,3-32,9 MHz) 2,56 Mb/s compartidos por usuarios 1 y 3 2,56 Mb/s dedicados al usuario 2

58 57 Protocolo MAC de CATV (DOCSIS) Medio broadcast: cada CM recibe todo el tráfico descendente, vaya o no dirigido a él. Cada CM (y el CMTS) recibe una dirección MAC IEEE 802 globalmente única (48 bits) que le identifica. Por seguridad el tráfico viaja encriptado (DES 56 bits), sólo el destinatario lo puede descifrar. Es posible realizar emisiones multicast/broadcast

59 58 Funcionamiento de CATV Medio broadcast, canales ascendente y descendente compartidos por cada zona, como una LAN, pero: –Canal descendente: solo el CMTS puede transmitir, todos los CMs reciben. –Canal ascendente: todos los CMs pueden transmitir, pero solo el CMTS recibe. Dos CMs no pueden hablar directamente (aunque estén en la misma zona); solo pueden comunicarse a través del CMTS del que dependen.

60 59 MAC de CATV (DOCSIS) En descendente el CMTS es el único que emite, por tanto no hay conflicto. En ascendente los CM comparten el canal. Cuando un CM quiere transmitir pide permiso al CMTS que le da crédito para que emita una cantidad de bits, de acuerdo con la disponibilidad y el perfil que tiene asignado el CM. Se puede producir una colisión solo cuando el CM manda el mensaje de petición (pero no cuando esta usando su turno de palabra).

61 60 Funcionamiento de MAC en DOCSIS Un mini-slot: 64 símbolos

62 61 Protocolos implicados en la comunicación CM-CMTS

63 62 Esquema funcional de una red CATV DOCSIS Canal descendente 30 Mb/s compartidos 128 Kb/s1024 Kb/s256 Kb/s 512 Kb/s64 Kb/s128 Kb/s Canal ascendente 2,56 Mb/s compartidos CMTS Red HFC CM2 Router por defecto / / / / /24 AB CD CM3CM1 Internet

64 63 Correspondencia de DOCSIS con el modelo OSI OSIDOCSIS Aplicación Transporte Red Enlace Física FTP, SMTP, HTTP, etc. TCP y UDP IP IEEE MAC DOCSIS HFC 5-65 MHz MHz (8 MHz/canal) ITU-T J.83 Anexo A Ascendente TDMA (mini-slots) Descendente TDM (MPEG) Mensajes de control DOCSIS Aplicac. basadas en MPEG, ej. Video, TV digital

65 64 Cable Módem El CM se conecta al ordenador normalmente mediante Ethernet (10BASE-T). Así se consigue una interfaz de alta velocidad a bajo costo y una clara separación usuario-red. Puede actuar como puente transparente o como router IP. Se pueden conectar varios PCs a través de un mismo CM (algunos CM llevan hub incorporado). Hay algunos módems internos (bus PCI) y conectables a USB

66 65 Esquema funcional de un Cable Modem Sintonizador de RF Lógica de control MAC Demodulador QAM-64/QAM-256 Modulador QPSK/QAM-16 Emisor de RF Cable módem Decodificador TV digital Caja de empalmes

67 66 Cable Módems

68 67 Funciones del Cable Módem Captar/generar señal de Radiofrecuencia Modular/demodular los datos Generar/verificar la información de control de errores (FEC) Encriptar/desencriptar la información Respetar protocolo MAC en Upstream Gestión y control del tráfico (limitación de caudal, número de ordenadores conectados, etc.)

69 68 FunciónCable MódemSet-Top Box Microprocesador, 4 MB RAM, memoria Flash15000 Pts. Elementos de transmisión (sintonizador, ecualizador, modulador, FEC) 9000 Pts. Chips MPEG, gráficos y proc. de sonidoNo aplicable7500 Pts. Chip MAC3000 Pts.No aplicable Ethernet/ ATM 25 Mb/s1500 Pts.No aplicable Chasis, fuente de alimentación, montaje final, PCB y prueba 7500 Pts. Interfaces analógicas e infrarrojasNo aplicable1500 Pts. Licencias de software (Sistema Operativo, encriptación, comunicaciones) 3000 Pts.1500 Pts. TOTAL39000 Pts Pts. Cable Módem vs Set-Top Box

70 69 Estándares en redes CATV Primeros CM y CMTS propietarios. Mayo de 1994: el IEEE crea subcomité (redes CATV). Estándar borrador en septiembre de En 1995 el DAVIC (Digital Audio Visual Council) empieza a desarrollar estándares para CATV. DAVIC 1.2 se publica en diciembre de Enero de 1996: cuatro operadores crean MCNS (Multimedia Cable Network System) para desarrollar estándares DOCSIS (Data-Over-Cable Service Interface Specification). DOCSIS 1.0 se publica en marzo de 1997.

71 70 Cronología estándares CATV IEEE DAVICMCNS 5/94Creación 12/95DAVIC 1.0 1/96Creación 9/96DAVIC /96DAVIC 1.2 3/97DOCSIS 1.0 9/98Publicación borrador 3/99DOCSIS Aprobada su disolución 2001¿DOCSIS 1.2?

72 71 Estándares CATV DOCSIS: estándar más extendido. Productos DAVIC 1.2 aproximadamente un año por detrás. DOCSIS: desarrollo USA. Caso europeo (Euro-DOCSIS) contemplado a posteriori (solo cambia nivel físico). DAVIC: desarrollo europeo. CMs actuales: DOCSIS 1.0 (sobre todo), también DVB 1.2 y propietarios (ver p. Ej. ITU-T ha adoptado tanto DOCSIS 1.0 como DAVIC 1.2.

73 72 MCNS/DOCSIS vs DVB/DAVIC MCNS/DOCSISDVB/DAVIC 3Com Broadcom Cisco Systems Dassault General Instruments Motorola Pace Thomson Alcatel Cocom DivCom Hughes Network Systems Nokia Sagem Simac Thomson Broadcast Systems Thomson Multimedia

74 73 Mejoras DOCSIS 1.1 Impide que un usuario monopolice canal ascendente (fragmenta el paquete si es muy grande). Si coexisten CMs DOCSIS v 1.0 y v 1.1 los primeros no fragmentan y se comportan como malos ciudadanos. Incorpora funciones de priorización (QoS). Permite utilizar VoIP, ya que mejora Calidad de Servicio (reduce jitter) gracias a la fragmentación. Permite implementar telefonía. Ya existen algunos CMs DOCSIS 1.1.

75 74 Características DAVIC En el canal ascendente usa solo QPSK. Canales de 256 Kb/s, 1,544, 3,088 y 6,176 Mb/s (200 kHz, 1 MHz, 2 MHz y 4 MHz) Además del canal descendente normal hay otro de 1,544 o 3,088 Mb/s para información fuera de banda (control de protocolo MAC. Etc.). Celdas ATM con AAL5 + IP/ATM. Mejores características QoS, pero más overhead. Incorpora funciones avanzadas de calidad de servicio (parecido a DOCSIS 1.1)

76 75 Modelo de referencia DAVIC para CATV

77 76 Estándares de cable-módem en el mundo

78 77 Normativas de televisión digital en el mundo

79 78 IEEE Grupo de trabajo creado en Primer borrador de especificaciones publicado en 1998: –Nivel físico: posibilidad de canales ascendentes de 30 Mb/s (enlaces simétricos). –Nivel MAC: nuevos protocolos más complejos y eficientes. –Enfoque entornos residenciales y de negocios. Aprobación del estándar prevista para 2000, pero en su lugar se aprobó la disolución del grupo. Poco interés en la industria por las propuestas del IEEE

80 79 Evolución Cable Módems 1ª Generación ( ): Sistemas propietarios 2ª Generación ( ): Estándares DOCSIS 1.0, 1.1 y DAVIC ª Generación (2001-?): DOCSIS 1.2, DAVIC ??

81 80 Servicios IP en redes CATV Por sencillez, comodidad y seguridad se utiliza DHCP para asignación de direcciones IP (el usuario no puede falsear su dirección) El CM actúa como un puente MAC transparente (IEEE 802.1D) entre dos LANs (la del CM y la del CMTS). También puede funcionar como un router. Se puede restringir el número de direcciones MAC que pueden acceder a través de un CM.

82 81 Direcciones IP en redes CATV A los ordenadores se les pueden asignar: –Direcciones privadas RFC 1918 (10..., ). Requiere el uso de NAT (Network Address Translation) en el router o un servidor proxy. –Direcciones públicas estáticas (vendidas). Útil para servidores –Direcciones públicas dinámicas (alquiladas) Lo mas aconsejable es utilizar direcciones públicas dinámicas (DHCP) Los cable módems también necesitan una dirección IP para que se les pueda gestionar remotamente por SNMP. Esta puede (y debe) ser privada.

83 82 Redes privadas virtuales sobre CATV Las redes CATV representan una opción muy interesante frente a las alternativas clásicas para redes de datos (RDSI, p.a p.). Problemas: –Seguridad (atravesar la Internet) –Integración (direcciones IP del proveedor CATV) El uso de túneles IPSEC permite crear redes privadas virtuales (VPN) y resolver ambos problemas.

84 83 Para una seguridad aún mayor el túnel puede hacerse directamente de A a B IPSec (RFC 2410): Encriptación sobre TCP/IP para crear VPNs Túnel IPsec A B Red CATV, ADSL, etc.

85 84 C Conmutador LAN Router CMTS Cable Módem Servidor DHCP/TFTP Host de Administración Backbone Red CATV HFC 1: Definir y salvar la configuración del CM 2: Cargar fichero de configuración (protocolo de acceso DOCSIS) 3: Solicitar asignación de identificador Administración y mantenimiento de una red CATV

86 85 Red de centros regionales 2,5 Gb/s (SDH) Red metropolitana 622 Mb/s (SDH) Hosting ISP Larga Distancia Red HFC Cabecera red CATV HFC Red telefónica Datos Voz Ambos Arquitectura de una moderna red CATV

87 86 Servicio IP sobre CATV Por razones de marketing se suele limitar el caudal. También se limita el tráfico máximo (al mes) para evitar excesiva ocupación de Internet por parte de un usuario. Ejemplo: servicio Cable Módem de ONO: Caudal desc. (Kb/s) Caudal asc. (Kb/s) Tráfico max. Mensual Tarifa mensual MB3495 Pts MB5495 Pts MB9495 Pts. Alquiler de cable módem (DOCSIS 1.0): 1500 Pts/mes

88 87 CATV en España Legislación sobre redes de TV por cable: –www.sgc.mfom.es/legisla/cable.htmwww.sgc.mfom.es/legisla/cable.htm –www.sgc.mfom.es/operador/cable0.htmwww.sgc.mfom.es/operador/cable0.htm Norma básica: RD 2066/1996 de 13/7/1996 – Análisis tecnológico y de servicios para redes de Cable: – Información diversa:

89 88

90 89 GrupoEmpresaComunidades, regiones o ciudadesViviendas (miles) Inversión (MPts) Auna (Retevisión, Eresmas, Amena) MadritelComunidad de Madrid MentaCataluña AbleAragón SupercableSevilla, Andalucía I, Andalucía II, Andalucía III, Almería Telec. CanariasCanarias581(30.000) OnoComunidad Valenciana, Andalucía IV, Murcia, Palma de Mallorca, Cantabria, Cádiz, Huelva, Albacete, Puerto de Santa María Mundo-rGalicia EuskaltelPaís Vasco774(42.000) RetecalCastilla y León Retena, ReteriojaNavarra, Rioja CabletelcaCanarias581(30.000) TelecableAsturias AtcomVélez-Málaga(26)2.408 TDC-Sanl.Sanlúcar de Barrameda(30)(1.450) Grupos y Empresas de redes CATV en España

91 90 GrupoComunidades, regiones o ciudadesViviendas (miles) Inversión (MPts) OnoComunidad Valenciana, Andalucía IV, Murcia, Palma de Mallorca, Cantabria, Cádiz, Huelva, Albacete, Puerto de Santa María AOC: Madritel Supercable Menta Mundo-r Euskaltel Able Retena, Reterioja Cabletelca Telecable Comunidad de Madrid, Sevilla, Andalucía I, II y III, Almería, Cataluña, Galicia, País Vasco, Aragón Navarra, Rioja Canarias Asturias (42.000) (30.000) RetecalCastilla y León TOTAL Grupos de facto de empresas CATV en España AOC: Asociación de Operadores de Cable

92 91 GrupoWebCable módemVeloc. desc./asc.Precio mensual (Euros) Madritelwww.madritel.esSi777/ (500 MB/mes), (1.500 MB/mes) Onowww.ono.esInternet ONO alta vel. Int. ONO alta v. sin l. Alta vel. 128/64, 300/150, 512/256, 1000/500, 4000/ ,01, 36,03, 156,23, 300,45 588,96 Supercablewww.supercable.esSuper 128, Super 256, Super 128 empresas Super 256 empresas Super 512 empresas 128/? 256/? 128/64 256/ /256 21,04, 30,00, 28,55 30,00 70,00 Mentawww.menta.esSi256/128, 512/256, 1024/ , 7.400, Mundo-rwww.mundo-r.comModem de cable prof.150/?33,00 Euskaltelwww.euskaltel.es(En pruebas)512/51214,40 Pro Xtra Pro Max 256/128, 512/128, 1000/256 31,25 (1.500 MB/mes), 62,20 (2.000 MB/mes), 118,70 (3.500 MB/mes) Ablewww.able.esCable IP ABLE negocio 128 Cable IP ABLE Negocio 256 Cable IP 64/64 128/?, 128/ /? 256/128, 256/256, 512/256 39,07, 27,05 (500 MB/mes), 54,09 48,08 (500 MB/mes) 38,46, 120,20, 83,54 Retena, Reterioja AVE 128 AVE /?, 256/? 27,05, 39,07 Cabletelcawww.cabletelca.esCable orilla 128/? 256/? 34,26 46,23 Telecablewww.telecable.esOpción BIT BIT Avanzado BIT Superior 128/? 256/? 512/? 39,00 (con TV) 50,75 (con TV) 99,25 (con TV) Atcomwww.atcom.es? TDC-Sanl.??

93 92 PaísNº de operadores de cable Nº de viviendas Nº de Hogares pasados % de penetración Suscriptores% de hogares pasados y suscritos Austria Bélgica R. Checa Dinamarca Finlandia Francia Alemania Irlanda Israel Holanda Noruega Polonia Portugal Rumanía Eslovaquia Eslovenia España Suecia Suiza U.K Redes CATV en Europa (situación en 1998)

94 93 Referencias CATV Tutoriales: –www.cable-modems.orgwww.cable-modems.org –www.cable-modem.net/tt/primer.htmlwww.cable-modem.net/tt/primer.html CATV CyberLab: Actualidad: Estándares MCNS/DOCSIS: –Cable Television Laboratories: Estándares DVB/DAVIC: –Digital Audio Visual Council: –Digital Video Broadcasting Project: –European Cable Communications Association:

95 94 Sumario Introducción Fundamentos técnicos Redes CATV ADSL y xDSL Redes basadas en fibra: FTTC y FTTH Sistemas inalámbricos: LMDS y satélite Comparación de las diversas tecnologías

96 95 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop) Justificación Fundamentos técnicos ADSL G.Lite RADSL Otros tipos de xDSL. VDSL ADSL en España Referencias

97 96 Justificación de ADSL Cable de pares: 750 millones de hogares Redes CATV bidireccionales: 12 millones En barrios de oficinas el par telefónico a menudo es la única alternativa (CATV se ha implantado sobre todo en barrios residenciales). Existe un mercado para accesos de alta velocidad, fundamentalmente motivado por Internet

98 97 Fundamentos técnicos de ADSL La limitación de los enlaces telefónicos (33,6 o 56 Kb/s) no se debe al cable de pares sino al canal de 3,3 KHz. RDSI solo consigue 64 Kb/s (también usa red telefónica). Cobre es capaz de velocidades mayores, prescindiendo del sistema telefónico. ADSL utiliza solo el bucle de abonado de la red telefónica; a partir de la central emplea una red paralela para transportar los datos.

99 98 Fundamentos técnicos de ADSL ADSL utiliza frecuencias a partir de KHz para ser compatible con el teléfono analógico (0-4 KHz). No es compatible con RDSI (80 KHz). Comunicación es full dúplex. Para evitar ecos y NEXT generalmente se asigna un rango de frecuencias distinto en ascendente y descendente. Se reserva una anchura mayor al descendente (1000 KHz) que al ascendente (100 KHz). La comunicación es asimétrica. Para reducir el crosstalk se pone el canal ascendente en las frecuencias mas bajas.

100 99 Relación Caudal/grosor /alcance en ADSL La capacidad depende también de la calidad del cable. Si el bucle de abonado tiene muchos empalmes la capacidad se reduce. En ADSL los caudales que se especifican son siempre netos, es decir ya está descontado el overhead debido a la corrección de errores (FEC). Caudal Desc. (Mb/s) Grosor (mm)Distancia max. (Km) 20,55,5 20,44,6 6,10,53,7 6,10,42,7

101 100 Atenuación en función de la frecuencia para un bucle de abonado típico 3,7 Km 5,5 Km Frecuencia (KHz) Atenuación (dB)

102 101 Bucle de abonado típico Cable de Alimentación Cable de Distribución Empalme Puentes de derivación (instalaciones anteriores) 1600 m 0,5 mm 1200 m 0,4 mm 200 m 0,4 mm 1300 m 0,4 mm 1100 m 0,4 mm 60 m 0,4 mm 150 m 0,4 mm Central Telefónica Abonado

103 102 Problemas de ADSL Algunos usuarios ( 10%) se encuentran a más de 5,5 Km de una central telefónica. A veces ( 5%) a distancias menores no es posible la conexión por problemas del bucle (empalmes, etc.). No es posible asegurar a priori la disponibilidad del servicio, ni el caudal máximo disponible. Hay que hacer pruebas para cada caso. ADSL sufre interferencias por emisiones de radio de AM (onda media y onda larga).

104 103 1 Km 3 Km 0 dB-20 dB-60 dB Central Telefónica Atenuación de la señal descendente en ADSL A B Atenuación: 20 dB/Km

105 104 1 Km 3 Km 0 dB -60 dB Central Telefónica 0 dB-40 dB -20 dB Atenuación de la señal ascendente en ADSL Competencia desigual A B A B Atenuación: 20 dB/Km

106 105 Switch telefónico Red telefónica analógica Internet DSLAM (ATU-C) Splitter Teléfonos analógicos Modem ADSL (ATU-R) Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Ordenador Altas Frecuencias Bajas Frecuencias Configuración de una conexión ADSL Central Telefónica Domicilio del abonado Splitter DSLAM: DSL Access Multiplexor ATU-C: ADSL Transmission Unit - Central ATU-R: ADSL Transmission Unit - Remote

107 106 Esquema de conexión ADSL en una central telefónica Red ATM Internet Red telefónica DSLAM Conmutador ATM Conmutador telefónico Central telefónica ISP Oficina Principal de la Empresa Hogar Pequeña Oficina Splitter

108 107 Internet Red telefónica DSLAM Conmutador ATM Conmutador telefónico Central telefónica ISP Usuario ADSL Usuario RTC (RTB o RDSI) Splitter Comparación de la Conexión a Internet mediante ADSL y por red telefónica conmutada

109 108 Módems ADSL (ATU-Remote) El módem ADSL puede ser: –Externo: conectado al ordenador por: Ethernet 10BASE-T ATM a 25 Mb/s Puerto USB –Interno, conectado al bus PCI del ordenador También existen routers ADSL/Ethernet y conmutadores ADSL/ATM.

110 109 Conexión de módem ADSL externo por bus USB Conectores telefónicos RJ11

111 110 Conexión de un conmutador LAN/ATM a ADSL Splitter A la central telefónica Conmutador Ethernet-ATM Ethernet 10BASET ATM 25 Mb/s

112 111 Técnicas de modulación ADSL Se han desarrollado dos técnicas de modulación: –CAP: sistema más antiguo, sencillo y de costo inferior. Menor rendimiento. Estandarización más retrasada –DMT: sistema mas reciente, sofisticado y más caro. Mayor rendimiento. Estandarizado por el ANSI y la ITU-T.

113 112 CAP (Carrierless Amplitude Phase) Canal ascendente 136 Ksímbolos/s ( KHz). Canal descendente tres posibilidades en función de la calidad del cableado: Rango frecuencias aprox. (KHz) Caudal (Ksímbolos/s)

114 113 ADSL CAP 04 kHz kHz (depende de la línea) 25 kHz kHz TeléfonoAnalógico CanalAscendenteCanalDescendente Amplitud Frec.

115 114 CAP (Carrierless Amplitude Phase) Se utiliza modulación QAM variando el número de bits por símbolo según la relación señal/ruido del bucle. Al ser muy ancho el canal descendente la atenuación varía mucho en el rango de frecuencias (las frecuencias altas se atenúan mas). Para compensarlo se utiliza una ecualización adaptativa muy compleja.

116 115 DMT (Discrete MultiTone) 256 subcanales (bins) de 4,3125 KHz de anchura (frecuencias KHz). Los bins más bajos se reservan para la voz, los siguientes se asignan al tráfico ascendente y el resto al descendente. Los datos se envían repartidos entre todos los bins Cada bin tiene una atenuación relativamente constante. En cada bin se usa la técnica de modulación óptima según su relación señal/ruido. La necesidad de distribuir el tráfico en los bins requiere que el módem tenga un procesador muy potente.

117 116 Reparto de bins en ADSL DMT UsoBinsRango frecuencias (KHz) Teléfono analógico ,9 Tráfico ascendente ,9-168,2 Tráfico descendente ,3-1104

118 117 ADSL DMT (ITU G.992.1) Frec. 04 kHz MHz CanalDescendenteCanalAscendente TeléfonoAnalógico 30 kHz kHz Bin Amplitud

119 118 Modulaciones utilizadas en una conexión ADSL DMT 4 Ksímbolos/s por bin. Eficiencia máxima: 16 bits/símbolo Frecuencia Energía 0 MHz1 MHz Sin Datos QPSK16 QAM64 QAM 16 QAM Bin

120 119 Proceso de negociación de un módem ADSL. 3: En base a la relación señal/ruido se decide la codificación a emplear en cada bin, y con ello la cantidad de bits por segundo enviados en cada uno Frecuencia (KHz) Eficiencia (bits/s/bin) 2: A partir de los resultados obtenidos se determina la relación señal/ruido para el enlace a cada una de las frecuencias que se van a utilizar Frecuencia (KHz) Relación señal/ruido (dB) 1: Se envía una señal de prueba en toda la gama de frecuencias para determinar la calidad de cada bin Frecuencia (KHz) Señal de prueba

121 120 Intereferencias externas en ADSL Se muestra aquí la influencia de algunas interferencias en el resultado del proceso de negociación. Como antes se envía una señal de prueba en toda la gama de frecuencias para determinar la calidad de cada bin En este caso tenemos una derivación debida a un cable no retirado de una instalación anterior. Esto produce una pérdida de calidad de la señal en una determinada frecuencia. También hay una interferencia de emisora de AM Frecuencia (KHz) Relación señal/ruido (dB) Señal de prueba Emisora de onda media (AM) Derivación Como consecuencia de estos problemas los módems han decidido reducir la eficiencia en el bin correspondiente a la derivación, e inhabilitar por completo el bin correspondiente a la frecuencia de la emisora de onda media Frecuencia (khZ) Eficiencia (bits/s/bin) Bin deshabilitado

122 121 CAP vs DMT CAP consigue menor rendimiento, pero es más sencillo y barato de implementar. DMT es más caro, pero está estandarizado por ANSI e ITU. La tendencia de la mayoría de los fabricantes apunta claramente hacia DMT.

123 122 CAP vs DMT VentajasInconvenientes CAPBajo Costo Sencillez Rendimiento bajo No Estandarizado DMTRendimiento alto Estandarizado Costo Elevado Complejidad Actualmente la mayoría de los fabricantes tiende hacia DMT

124 123 ADSL G.Lite (ITU G.992.2) ADSL requiere instalar en casa del usuario un filtro de frecuencias o splitter (teléfono de ADSL). El splitter aumenta el costo de instalación y limita el desarrollo. ADSL G.Lite suprime el splitter. También se llama ADSL Universal, ADSL splitterless o CADSL (Consumer ADSL). Sin splitter hay más interferencias, sobre todo a altas frecuencias.

125 124 ADSL G.Lite ADSL G.Lite puede utilizar CAP o DMT. Con DMT solo usa bins (0-552 KHz) y modulación 256 QAM como máximo (8 bits/símbolo). Rendimiento máximo: 1-1,5 Mb/s en desc. y Kb/s en asc. (suficiente para la mayoría de aplicaciones actuales). Hay DSLAMs que pueden interoperar con módems ADSL o ADSL G.Lite.

126 125 Red telefónica Internet DSLAM (ATU-C) Modem ADSL (ATU-R) Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Altas Frecuencias Bajas Frecuencias Configuración de ADSL G.Lite o splitterless Central Telefónica Domicilio del abonado Altas y bajas Frecuencias Switch telefónico Teléfonos analógicos Splitter

127 126 RADSL (Rate Adaptative DSL) Versión inteligente de ADSL que adapta la capacidad dinámicamente a las condiciones de la línea, como los módems V.34 (28,8 Kb/s) de red telefónica conmutada. Permite obtener un rendimiento óptimo en todas las condiciones. Esta disponible actualmente en la mayoría de las implementaciones de ADSL y ADSL G.Lite (CAP y DMT).

128 127 Usuario Final Red de acceso Backbone Operador Proveedor de contenidos Física Enlace Red Transporte ADSL ATM AAL5 PPP IP TCP/UDP Red ATM DSLAMRouter Servidor Protocolos utilizados en ADSL HTTP, etc.AplicaciónHTTP, etc.

129 128 Bucle de abonado (conexión ADSL) Red telefónica DSLAM (ATU-C) Router-modem ADSL (ATU-R) Ethernet 10BASE-T VPI 18, VCI 23, PCR 256/128 Kb/s VPI 18, VCI 31, PCR 512/256 Kb/s VPI 18, VCI 37, PCR 2048/300 Kb/s Circuito permanente ATM Enlace ATM OC-3 (155 Mb/s) Red ATM / / / /25 Arquitectura de una red ADSL Internet

130 129 Módem-router ADSL típico Conexiones Ethernet (RJ45) y ADSL (RJ11) Versiones G.DMT y G.Lite Hasta 8 Mb/s desc. y 800 Kb/s asc...\..\..\Banda Ancha Residencial\ADSL\Efficient Networks Products - World Leader in CPE Solutions.htm

131 130 Configuration Summary DSL Receive Rate DSL Transmit Rate DSL Interface State Up DSL WAN IP Address DSL WAN Subnet Mask Ethernet LAN IP Address Ethernet LAN Subnet Mask Default IP Gateway VPI/VCI 18/23 Encapsulation Protocol R1483 Currently Configured Connections (Virtual Circuits) VPI 18 VCI 23 Type R1483 Mux LLC PCR Max IP Address Netmask IP Routing Table Type Destination Netmask Gateway Flags Interface Network GU rr Routed Network U lo0 Loopback Network U cpm0 Ethernet Network U rr Routed Configuración de un router ADSL usando RFC 1483

132 131 Otros tipos de xDSL IDSL: ISDN DSL HDSL: High Speed DSL SDSL: Single-line (o Symmetric) DSL VDSL: Very high speed DSL En todos los casos sólo se utiliza de la red telefónica el bucle de abonado, empleando una red específica para datos a partir de allí.

133 132 IDSL (ISDN DSL) No es una nueva tecnología, sino una forma atípica de usar RDSI Utiliza los dos canales B de un RDSI básico para dar 128 Kb/s (simétricos). Empleando además el canal D obtiene 144 Kb/s Bloquea el acceso a RDSI (no hay señalización). Incompatible con la voz. Tiene (como RDSI) la misma limitación en distancia que ADSL: 5,5 Km.

134 133 HDSL (High speed DSL) Ofrece un canal simétrico de 2 Mb/s. Alcance máximo unos 4 Km. Se emplea actualmente para líneas punto a punto de 2 Mb/s, en vez de los sistemas tradicionales. Ventajas sobre una línea 2 Mb/s convencional: –Mayor alcance sin repetidores –Frecuencias menores menor interferencia –Posibilidad de poner varias líneas de 2 Mb/s en un mismo mazo de cables.

135 134 HDSL (High speed DSL) Para reducir la frecuencia de la señal divide el caudal a transmitir entre 2 ó 3 pares. Es inapropiado para RBB por varias razones: –Utiliza dos o tres pares de hilos (reparte la señal) –Incompatible con la voz (utiliza las frecuencias bajas) Emplea el mismo rango de frecuencias para cada sentido, por lo que es mas sensible a interferencias (NEXT y eco) que ADSL.

136 135 SDSL (Symmetric o Single-line DSL) Parecido a HDSL (simétrico), pero usa sólo un par de hilos. Alcance menor que HDSL (unos 3 Km) ya que transmite toda la información por un par. El caudal varía entre 2 Mb/s y 160 Kb/s según las condiciones de la línea. Incompatible con la voz (no reserva la parte baja de frecuencias). Aun no esta estandarizado.

137 136 VDSL (Very high speed DSL) Es el super-ADSL. Permite capacidades muy grandes en distancias muy cortas. Las distancias y caudales en sentido descendente son: –300 m51,84 – 55,2 Mb/s –1000 m25,92 – 27,6 Mb/s –1500 m12,96 – 13,8 Mb/s En ascendente se barajan tres alternativas: –1,6 – 2,3 Mb/s –19,2 Mb/s –Igual que en descendente (simétrico)

138 137 Capacidad del bucle de abonado en función de la distancia Capacidad (Mb/s) Distancia (Km) Ámbito de VDSL Ámbito de ADSL

139 138 VDSL (Very high speed DSL) Utiliza un par de hilos. Compatible con voz Aunque capacidad superior a ADSL técnicamente mas simple ( al reducir la distancia es mas fácil conseguir elevada capacidad). Actualmente en proceso de estandarización y pruebas. Ya existe algún servicio comercial de VDSL. No esta claro que haya una demanda para este tipo de servicios.

140 139 Comparación de servicios xDSL ServicioModulaciónCapacidad desc./asc. (Mb/s) Distancia Max. (Km) Compatible con voz ADSLCAP ó DMT8/15,5SI ADSL G.Lite CAP ó DMT1,5/0,25,5SI IDSL2B1Q0,144/0,1445,5NO HDSLOPTIS2/24,6NO SDSL2B1Q ó CAP2/23,0NO VDSLPor decidir13-52/1,6-2,3 ó 13-52/ ,5SI

141 140 Espectro de las diversas modalidades de xDSL

142 141 ADSL en España Telefónica (TeleLine) ofrece el servicio GigADSL en régimen de tarifa plana desde el 15 de septiembre de 1999 en las siguientes modalidades: Tipo de conexión Caudal desc. Caudal asc. Cuota mensual Básica256 Kb/s128 Kb/s8.017 Class512 Kb/s128 Kb/s Premium2 Mb/s300 Kb/s27.328

143 142 Normativas ADSL en España Información sobre disponibilidad y legislación aplicable al servicio ADSL: Información sobre tarifas: y De especial interés: Orden de 26/3/1999: 9t.htm 9t.htm Información underground:

144 143 Referencias ADSL W. Goralski: Tecnologías ADSL y xDSL, Osborne McGraw-Hill, J. Lane: Personal Broadband Services: DSL and ATM, o también (Muy bueno en ADSL, flojo en ATM).www.protocols.com/papers/virata_dsl2.pdf Web del ADSL forum: Web de Alcatel sobre ADSL: Digital Subscriber Line: (Artículo bastante completo que describe toda la familia de tecnologías xDSL).

145 144 Sumario Introducción Fundamentos técnicos Redes CATV ADSL y xDSL Redes basadas en fibra: FTTC y FTTH Sistemas inalámbricos: LMDS y satélite Comparación de las diversas tecnologías

146 145 FTTC y FTTH FTTC (Fiber To The Curb, curb=acera): evolución de las redes HFC en la que la zona se reduce a una manzana. FTTH (Fiber To The Home) hace llegar fibra a cada vivienda. Ambas arquitecturas están aun en fase puramente experimental y en proceso de estandarización. No existen aún servicios comerciales de este tipo debido a su elevado coste (aunque los servicios VDSL son en cierto modo FTTC).

147 146 FTTC (Fiber To The Curb) La fibra llega a unos pocos cientos de metros de la vivienda. También se llama a veces FTTB (Fiber To The Building) A diferencia de las redes HFC en FFTC el caudal es dedicado a cada vivienda, como ocurre con ADSL y VDSL. El DAVIC (Digital Audio Visual Council) propone cuatro tipos de redes FTTC denominadas perfiles A, B, C y D.

148 147 Perfiles DAVIC para FTTC Perfil DAVIC Caudal Descendente Caudal Ascendente Cable metálico A51,84 Mb/s19,44 Mb/sCoaxial B51,84 Mb/s1,62 Mb/sCoaxial o telefónico C25,92 Mb/s1,62 Mb/sCoaxial o telefónico D12,96 Mb/s1,62 Mb/sCoaxial o telefónico

149 148 FTTC Los requerimientos de los perfiles B, C y D coinciden con las prestaciones de VDSL cuando las distancias no superan 300, 900 ó 1400 m, respectivamente. Para cumplir los requerimientos de FTTC con redes CATV sería preciso dedicar canales en cada sentido a cada vivienda. Por ejemplo el perfil B requeriría un canal de 8 MHz en desc. (256QAM) y uno de 800 KHz en asc. (16QAM).

150 149 FTTH (Fiber To The Home) Utiliza solo fibra, no cable metálico (salvo quizá en el interior de la vivienda). Se puede considerar el caso extremo de red HFC. Se plantean dos propuestas: –Punto a Punto. Se asigna un caudal dedicado a cada vivienda. –PON (Passive Optical Network). La red se divide en zonas; a cada zona se le asigna un caudal compartido.

151 150 FTTH Punto a Punto Enlace dedicado de 155 Mb/s (simétrico) para cada vivienda. Técnicamente no supone nada novedoso, se trata de enlaces ATM/SDH. Requiere dos fibras por vivienda. Para reducir el número se plantea utilizar DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) de forma que cada fibra soporte varios enlaces simultáneamente.

152 151 FTTH PON (Passive Optical Network) Se crea una zona con cada 8-32 viviendas. Las viviendas se conectan mediante fibra óptica. La zona disfruta de Mb/s desc. y 155 asc., compartidos. Compartiendo la capacidad se reparte el costo del emisor láser. Al ser medio compartido se requiere un protocolo MAC. FTTH es parecido a HFC pero sin coaxial y con zonas de 8-32 viviendas.

153 152 Sumario Introducción Fundamentos técnicos Redes CATV ADSL y xDSL Redes basadas en fibra: FTTC y FTTH Sistemas inalámbricos: LMDS y satélite Comparación de las diversas tecnologías

154 153 Sistemas inalámbricos fijos LMDS Satélites geoestacionarios Satélites de órbita baja

155 154 LMDS (Local Multipoint Distribution System) Comunicación por microondas de superficie. Frecuencias muy altas (27,5-42,5 GHz). Grandes anchos de banda Alcance típico 3-5 Km (max. 15 Km). Depende de la frecuencia, modulación, clima, etc. Necesaria visión directa. Comunicación interrumpida por hojas, etc. Rápida atenuación de la señal. Alcance afectado seriamente por lluvia Modulación QPSK (2 b/s) o 16-QAM (4 b/s). Raramente 64-QAM (6 b/s)

156 155 Factores que influyen en el alcance DisponibilidadTiempo fuera de servicio al año Alcance 99,9 %8 h 4514 Km 99,99 %535 Km 99,999 %52,5 Km ModulaciónBits/símboloAlcance QPSK210 Km 16-QAM45 Km 64-QAM62,5 Km PluviometríaEjemploAlcance 400 mm/añoValencia5 Km 1250 mm/añoOviedo3 Km Disponibilidad: Modulación: Pluviometría:

157 156 Topología redes LMDS Conexiones punto a punto Conexiones punto a multipunto: –Bidireccional: retorno vía radio. Antena parabólica muy direccional –Unidireccional: retorno telefónico. Antena plana direccional. Bajo costo.

158 157 LMDS: Configuración punto a punto Equivalente a enlace dedicado. Puede ser simétrico Antenas parabólicas altamente direccionales Alta frecuencia, alcance limitado Buen reaprovechamiento de canales sin interferencia La capacidad se reparte por TDM TDM

159 158 LMDS: Configuración multipunto Estación base Antena sectorial direccional (60º) Sector (60º) Antena plana direccional (16x16 cm) Retorno telefónico Retorno vía radio Parabólica 30 cm muy direccional Red telefónica (analógica o RDSI) TDMTDMA FDMA

160 159 Arquitectura y topología de una red LMDS Despliegue en estructura celular. Cada emisor cubre una zona que suele abarcar de a viviendas. Se suelen crear varias zonas mediante sectorización desde una misma estación base La polarización permite reutilizar las mismas frecuencias en zonas adyacentes. Arquitectura y funcionamiento parecidos a una red CATV HFC (la red de cable sin cable)

161 160 Topología de una red LMDS Ángulo por sector Sectores por BSU 90º4 60º6 45º8 30º12 22,5º16 15º24 NOC (Network Operations Center) Fibra óptica BSU (Base Station Unit) H HHH H H HH H HHH H H H HH H H H H Polarización horizontal V V V V V V VV V V V V VV V V V V V V V Polarización vertical

162 161 Comunicación bidireccional entre estación base y usuario V V V H H H NIU (Network Interface Unit) Antena parabólica TDM TDMA BSU (Base Station Unit) Unidad exterior

163 162 Arquitectura de un sistema LMDS NIU Red telefónica Unidad de provisión de vídeo DCU: Digital Connection Unit Internet BSU: Base Station Unit NOC: Network Operations Center CPE: Customer Premises Equipment

164 163 Multiplexación en LMDS Enlaces punto a punto: TDM (Time Division Multiplexing) Enlaces multipunto: –Descendente: TDM (Time Division Multiplexing) –Ascendente (retorno vía radio): FDMA (Frequency Division Multiple Access) TDMA (Time Division Multiple Access). Requiere protocolo MAC

165 164 Protocolo MAC ascendente en LMDS multipunto TDM BSU NIU 1 NIU 2 NIU 3 FDMA 1 FDMA 2 FDMA 3 TDM NIU 1 NIU 2 NIU 3 FDMA 1 TDMA (compartido) BSU Acceso FDMA: Acceso FDMA/TDMA:

166 165 Ventajas/desventajas de LMDS Opción interesante en zonas con densidad de población media (urbanizaciones). Despliegue rápido Bajo costo de las infraestructuras (comparado con HFC). La inversión se desplaza al CPE; menor riesgo inicial para operadoras (en el despliegue de la red) Retorno vía radio: equipo caro (CPE) Retorno telefónico: lento, conexión permanente inviable

167 166 Haz 1, Remoto 1 Museo de Historia Natural Haz 1, Remoto 2 Oficina Gestión de Riesgos HUB o Nodo central Slusher Tower Haz 2, Remoto 3 Edif. Sist. Información Andrews Ejemplo: Virginia Tech (www.lmds.vt.edu)

168 167 Nodo central: Slusher Tower Modulación: 16 QAM Canal: 8.33 MHz Capacidad: 10,752 Mb/s simétrico Anchura de haz: 30º Interfaces: OC-3 y 10Base-T 44 cm 21 Kg 27 cm 30 cm Unidad Interior 12 Kg 4 Kg Unidad Exterior

169 168 Slusher Tower 5 Kg Museo de Historia Natural Capacidad: 4,608 Mb/s simétricos (3 enlaces T1). Voz, datos y vídeo sobre un solo enlace Unidad Exterior Remota

170 169 LMDS en España Complemento adecuado para las redes de TV por cable. Operadoras de CATV principales interesadas Posibilidad de despliegue muy rápido Actualmente se ofrecen servicios de enlaces punto a punto para caudales desde 256 Kb/s

171 170 LMDS en España Tres licencias concedidas en la actualidad Se han asignado dos bandas: –27,5 – 29,5 GHz, y en particular: 27,50 – 27,78 (280 MHz) ida, 34 Mb/s 28,50 – 28,78 (280 MHz) retorno, 34 Mb/s 28,36 – 28,50 (140 MHz) ida, 8 y 2x2 Mb/s 29,36 –29,50 (140 MHz) retorno, 8 y 2x2 Mb/s –40,5 – 42,5 GHz (aun por decidir)

172 171 Sistemas inalámbricos fijos LMDS Satélites geoestacionarios Satélites de órbita baja

173 172 Satélites geoestacionarios (GEO) Giran a Km de altura (cinturón de Clark). Se utilizan desde hace 30 años Solución interesante cuando: –Se quiere despliegue rápido –La densidad de población es baja o muy baja –La distancia a cubrir es grande. El área de cobertura de un satélite se denomina huella Su reciente uso en RBB ha sido posible gracias al abaratamiento de componentes producido por la TV digital vía satélite (estándar DVB-S)

174 173 Huella Eutelsat

175 174 Satélites GEO: Bandas y Frecuencias BandaAnchura (GHz) F. Bajada (GHz) F. Subida (GHz) ProblemasEjemplos C0,53,7-4,25,92-6,42Interfer. terrestre Intelsat,Telecom Ku2,010,7-12,7513,0-15,0LluviaAstra, Eutelsat, Hispasat, Intelsat, Telecom Ka3-417,7-21,727,5-30,5Lluvia, costo Teledesic (LEO) Para evitar interferencias se usa una banda diferente en subida y bajada (microondas)

176 175 Satélites GEO: transmisión de datos Cada banda se divide en canales. Cada canal es atendido por un transponder (repetidor) con W de potencia. Para evitar interferencia entre canales contiguos se usa polarización (vertical/horizontal o circular derecha/circular izquierda) Un satélite lleva de 16 a 28 transponders. Para cubrir toda la banda se pueden usar varios satélites (constelaciones) ej. Astra 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G y 1H (120 transponders).

177 176 Transmisión de datos Satélites GEO Ancho de banda por transponder: de 26 a 72 MHz (DVB- S). Ejemplo Eutelsat: –Anchura canal: 38 MHz (33 efectivos) –Caudal símbolos: 27,5 Msímbolos/s –Modulación QPSK: 2 bits/símbolo –Caudal: 55 Mb/s La relación señal/ruido desaconseja usar modulaciones superiores a QPSK Al caudal en bruto hay que restar un 10-12% de overhead FEC Para datos el caudal del transponder se divide en canales (típicamente de 2 y 6 Mb/s).

178 177 Frecuencias y canales de datos en Eutelsat 33 MHz 38 MHz Transponder 1 Transponder 3Transponder 2 Canales de 6 MHzCanales de 2 MHz Banda de guarda (5 MHz)

179 178 Satélites GEO: transmisión de datos Sentido descendente: medio broadcast compartido en toda la huella del satélite. Sentido ascendente: –Retorno telefónico. Bajo costo, equipo sencillo, no requiere protocolo MAC. –Retorno vía satélite: requiere equipo transmisor (caro) y protocolo MAC (específicos para redes vía satélite).

180 179 Problemas de los satélites GEO Interferencia terrestre (banda C) Lluvia (banda Ku y Ka) Retardo elevado: –Retorno telefónico: > 240 ms –Retorno satélite: > 480 ms –Necesidad de usar TCP con ventana extendida para flujos de más de 1-2 Mb/s. Costo elevado del satélite: puesta en órbita, seguro, imposibilidad de reparar, vida limitada, etc. Retorno telefónico limita rendimiento y encarece conexiones permanentes

181 180 Ej.: Servicio ASTRA-NET (retorno telefónico) Servicio: –Descendente: CIR desde 64 hasta 400 Kb/s –Ascendente: 33,6 ó 64 Kb/s (analógico o RDSI) Equipamiento: –Antena parabólica de 50 cm –Tarjeta PCI para recepción de satélite –Módem o tarjeta RDSI –PC con Windows Costes: –Equipamiento: Pts –Alta: Pts –Suscripción: Pts/mes (250 Kb/s) –Gasto telefónico: según utilización

182 181 Servicio ASTRA-NET con retorno telefónico

183 182 Servicio ASTRA Broadband Interactive (bidireccional) Servicio: –Descendente: hasta 38 Mb/s –Ascendente: desde 144 Kb/s hasta 2 Mb/s Equipamiento: –Antena parabólica de 65 a 130 cm (depende de velocidad ascendente) –Equipo completo conectado a LAN para transmisión/recepción de datos por satélite Costes: –Equipamiento: Pts –Alta: Pts –Suscripción: Pts/mes (200/20 MB/mes)

184 183 Servicio bidireccional vía satélite

185 184 Sistemas inalámbricos fijos LMDS Satélites geoestacionarios Satélites de órbita baja

186 185 Satélites de órbita baja (LEO) Ventajas de las órbitas de poca altura ( Km): –Retardos pequeños (<10 ms) –Menor potencia de emisión (aparatos y antenas menores) –Huellas más pequeñas (menos usuarios a repartir) Desventajas: –No estacionarios. Necesidad de crear constelaciones para cobertura permanente (y mundial).

187 186 Comparación satélites LEO Frec. Asc. (GHz) Frec. Desc. (GHz) Nº Satel.Órbita (Km) Caudal max. Puesta en marcha Conmu- tación Globalstar1,61-1,6262,483-2,548 (6x8)14149,6 Kb/s2000Tierra Iridium1,616-1, (11x6)7504,8 Kb/s2000Satélite Teledesic28,6-29,118,8-19,3288 (24x12)137564/2 Mb/s Desc./asc. 2004Satélite

188 187 Sistema Teledesic Pensado para transmisión de datos bidireccional con gran capacidad. Potencias de emisión de 0,01 a 4,7 W Antenas de 16 cm a 1,8 m, según velocidad y potencia. Red de conmutación de paquetes entre satélites con routing dinámico. Auténtica Internet en el espacio. Células cuadradas de 53 Km de lado. Capacidad prevista 64 Mb/s por célula.

189 188 Funcionamiento de la constelación Teledesic

190 189 Referencias satélites Geoestacionarios: –Servicios IP: –Astra: –Eutelsat: –Equipos de acceso a Internet por satélite con tecnología DVB: (MDS)http://hypercable.net De órbita baja: –Teledesic: (Ver también

191 190 Sumario Introducción Fundamentos técnicos Redes CATV ADSL y xDSL Redes basadas en fibra: FTTC y FTTH Sistemas inalámbricos: LMDS y satélite Comparación de las diversas tecnologías

192 191 TecnologíaVentajasInconvenientes CATVCapacidad Fiabilidad Cobertura limitada Medio compartido Requiere densidad elevada Fuerte inversión inicial Estándares en evolución ADSLUbicuidad (cable de pares) Medio dedicado Estándares consolidados Limitación distancia (5 Km) Disponibilidad incierta (5 %) Incompatible RDSI LMDSRapidez despliegue Densidad media Necesidad visión directa Medio compartido Disponibilidad/Fiabilidad Costo CPE Satélites GEO Despliegue inmediato Densidad baja Amplia cobertura Independiente distancia Costo (o retorno telefónico) Medio compartido Disponibilidad/Fiabilidad Satélites LEO Despliegue inmediato Densidad baja Amplia cobertura Disponibilidad/Fiabilidad ¿Costo? Comparación de las diversas tecnologías

193 192 Fuente:


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