La descarga está en progreso. Por favor, espere

La descarga está en progreso. Por favor, espere

Tema 6 Acceso Residencial de Banda Ancha

Presentaciones similares


Presentación del tema: "Tema 6 Acceso Residencial de Banda Ancha"— Transcripción de la presentación:

1 Tema 6 Acceso Residencial de Banda Ancha
Rogelio Montañana Departamento de Informática Universidad de Valencia Ampliación Redes

2 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

3 Acceso Residencial de Banda Ancha
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) El concepto de acceso residencial de banda ancha va asociado a una serie de características entre las que destacamos: Capacidad superior a 128 Kb/s. Esto diferencia el RBB de los accesos residenciales ‘tradicionales’, tales como la red telefónica básica (analógica) o la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). La mayor capacidad permite hacer uso de aplicaciones y contenidos a los que no sería posible o viable acceder con los sistemas tradicionales. Comunicación full dúplex. La comunicación debe poder realizarse en ambos sentidos simultáneamente para que el usuario (cliente) interaccione con el servidor y dirija así su comportamiento. El caudal puede ser asimétrico ya que el flujo de información será mayor normalmente en el sentido servidor->cliente que al contrario. Es habitual encontrar ratios de asimetría 10:1 o incluso superiores entre el caudal en un sentido y el contrario. Precio moderado. Dado que el usuario RBB contrata el servicio normalmente por razones de esparcimiento, no profesionales, los precios deben ser asequibles, ya que de lo contrario renunciará a él. Usuario inmóvil, independientemente de que la conexión se realice mediante cable o por medios inalámbricos. El usuario puede tener una movilidad limitada si dispone en su vivienda de algún tipo de LAN inalámbrica. Conexión permanente (tarifa plana). El usuario paga una cuota fija independientemente de la utilización que haga de la conexión. Esto le permite estar permanentemente conectado y utilizar lo que se denomina ‘push mode’, es decir que el servidor le envíe la información cuando está disponible, sin ninguna acción por su parte. Por ejemplo los mensajes de correo electrónico pueden entregarse en tiempo real. Ampliación Redes

4 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Hace unos 4 ó 5 años casi todas las referencias a RBB planteaban como aplicación típica la difusión de vídeo digital mediante servicios de video bajo demanda (VoD). Sin embargo con el tiempo se ha visto que la implantación a gran escala de este tipo servicios plantea una serie de retos técnicos que encarecen su implementación, y está claro que el usuario normal no está dispuesto a pagar por un servicio VoD una cifra sustancialmente superior a la que paga por alquilar una película en su video club. Por tanto, a pesar de que se han desarrollado, especialmente en Estados Unidos, algunas experiencias piloto de los servicios de VoD, actualmente la principal motivación para la puesta en marcha de servicios RBB estriba en el acceso a Internet de alta velocidad también conocido como Fast Internet. Por otro lado es importante destacar que en casi todos los casos el servicio RBB utiliza el mismo acceso físico que la televisión digital. Existe una gran convergencia entre ambas tecnologías, lo cual redunda en beneficio de los usuarios, ya que en el diseño y fabricación de módems y otros elementos de RBB y televisión digital se pueden utilizar los mismos chips y otros componentes, con el consiguiente abaratamiento de los equipos gracias a la economía de escala. Un canal de TV digital permite enviar entre 4 y 8 canales MPEG-2 donde antes solo cabía uno (según el factor de compresión utilizado). La televisión digital se utiliza ya ampliamente en emisiones vía satélite, empieza a utilizarse en televisión por cable y se encuentra en pruebas en emisiones terrestres. Ampliación Redes

5 Acceso Residencial de Banda Ancha
En esta gráfica se muestra de forma comparativa la evolución prevista para los próximos años del mercado de servicios de bana ancha en el entorno residencial y de negocios. Como puede verse la proporción entre uno y otro se mantiene aproximadamente constante en una relación 2:1 (residencial:negocios). Fuente: Ampliación Redes

6 Acceso Residencial de Banda Ancha
Mercado global de banda ancha Final del 2001 (según GartnerG2) Francia Alemania Reino Unido Estados Unidos Corea Total de hogares 24.8m 37.7m 27.7m 105m 14m Hogares con Internet 4.5m 10.3m 8.8m 63.0m 10.5m Hogares con Banda Ancha .5m 1.0m .2m 13.8m 8m Penetración Internet 18% 27% 34% 60% 75% Penetración Banda Ancha 2% 3% 1% 13% 57% Penetración Banda Ancha en hogares Internet 8% 9% 22% 76% Ampliación Redes

7 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. Para tener éxito la RBB debe tomar en cuenta una serie de limitaciones, entre las que destacaremos las siguientes: Bajo costo: El usuario particular no está dispuesto a pagar una cantidad elevada por un servicio que contrata para fines de esparcimiento. Si se fija una cuota excesiva se pierde la mayor parte de los usuarios potenciales, con lo que el costo de implantación y mantenimiento de las infraestructuras se hace insostenible. Como ya es sabido por servicios similares ofrecidos en otros países la cuota razonable está entre 25 y 50 euros al mes, en función de la calidad del servicio. Por debajo de este rango el tiempo de amortización de las inversiones resulta excesivamente largo, mientras que por encima el número de clientes se reduce de forma excesiva. Compatibilidad con el cableado doméstico. Actualmente esto significa cable telefónico o de antena de televisión. Una tercera opción en estudio es la red de distribución de energía eléctrica, aunque esto plantea problemas técnicos serios, especialmente a velocidades elevadas. Los costes de instalación se incrementan de forma notable si el sistema a implantar requiere la visita de un técnico a domicilio. Idealmente todos los dispositivos necesarios deberían ser instalables por el usuario final. En un estudio se calculó que el tiempo dedicado por un ISP a responder las consultas telefónicas de los nuevos usuarios tenía un costo medio equivalente a dos meses de la cuota de suscripción. La subestimación de este factor ha hecho perder dinero a muchos ISPs, algunos de los cuales han decidido abandonar por este motivo el mercado residencial y dedicarse en exclusiva a empresas, que normalmente tienen personal cualificado propio por lo que utilizan menos el servicio de soporte telefónico. El manejo sencillo es fundamental cuando se trata de un servicio que se dirige al gran público. En lo posible los equipos deben ser autoconfigurables, o sea de funcionamiento ‘Plug & Play’. Ampliación Redes

8 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

9 Fundamentos técnicos de RBB
Acceso Residencial de Banda Ancha 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 Ampliación Redes

10 Arquitectura de una red RBB
Acceso Residencial de Banda Ancha Arquitectura de una red RBB Modelo de referencia RBB 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) Cliente En la red de comunicaciones que ofrece servicios telemáticos al usuario de RBB podemos distinguir diversos elementos: El servidor: es el ordenador que contiene la información solicitada por el usuario, por ejemplo un servidor Web o de vídeo bajo demanda. Red del proveedor de contenidos: esta es la conexión permanente de alta capacidad del servidor a Internet (por ejemplo un enlace punto a punto o una conexión ATM). Red de Transporte: es la red a la que se conecta la del proveedor de contenidos, normalmente gestionada por un operador que puede o no ser el mismo que opera la red RBB. Desde el punto de vista tecnológico esta red puede ser por ejemplo ATM o POS (Packet Over SONET). Red de Acceso: la red de transporte sería como la autopista o carretera principal que solo da acceso a las grandes ciudades.La capilaridad necesaria para llegar a cada ‘pueblo’ (cada vivienda) nos la suministra la red de acceso RBB, que es el objeto de este curso. Es aquí donde se dan todas las propuestas mas o menos novedosas desde el punto de vista tecnológico que comentaremos. El terminador de red es el elemento que delimita las responsabilidades del operador de la red RBB. Por ejemplo en el caso de una red de TV por cable sería el cable módem. Por último el cliente es el ordenador del usuario final, desde el cual éste accede al servicio. Ampliación Redes

11 Arquitectura completa de una red RBB
Acceso Residencial de Banda Ancha Arquitectura completa de una red RBB Merece la pena destacar que, aunque nuestro énfasis irá dirigido a la red de acceso residencial de banda ancha (RBB), ésta es solo un eslabón de la cadena y el correcto funcionamiento de un servicio RBB solo es posible si todos los elementos han sido estudiados y diseñados cuidadosamente para su funcionamiento conjunto, no solo la red de acceso, ya que la calidad del servicio percibido por el usuario final es función de todos. El cuello de botella en la comunicación, que puede darse en cualquier punto del sistema, será a fin de cuentas lo que limitará la calidad del servicio ofrecido. Ampliación Redes

12 Acceso Residencial de Banda Ancha
Red de Datos de un operador ISP2 Comp A ISP1 Comp B Backbone SONET/ATM Cabecera Cable TV DSLAM Switch Inalámbrico (GSM, GPRS, UMTS) VDSL/ ATM ADSL IDSL/ SDSL Frame ATM FUNI Cable RDSI POTS D/C D/C D/C D/C Ampliación Redes

13 Medios de transmisión de la información digital
Acceso Residencial de Banda Ancha 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 Antes de hablar de las tecnologías RBB repasaremos brevemente las características de los medios físicos utilizados para transmitir las ondas electromagnéticas, por medio de las cuales se transporta la información digital que nos interesa. En primer lugar tenemos los denominados medios guiados, es decir cables. Éstos pueden ser metálicos (generalmente de cobre) o de fibra óptica. Los cables de cobre pueden ser a su vez de dos tipos: coaxiales, como el que se utiliza en las redes de TV por cable o de pares trenzados no apantallados, que es el cable utilizado normalmente en telefonía; este cable es el utilizado en ADSL y en todos los servicios denominados conjuntamente como xDSL. La fibra óptica puede ser a su vez multimodo o monomodo. Dado su alcance limitado (2 Km) la fibra multimodo no se utiliza en redes RBB. La monomodo tiene un mayor alcance (hasta Km) y gran capacidad, aunque también un costo mayor pues utiliza emisores láser. Por esta razón la fibra óptica se utiliza normalmente en la red de transporte, no en la red de acceso. Por último tenemos la transmisión de ondas por medios no guiados, es decir por el aire. En esta categoría se encuentran las transmisiones vía satélite y por LMDS (Local Multipoint Distribution System) que utiliza la propagación de microondas por la superficie terrestre. Ampliación Redes

14 Acceso Residencial de Banda Ancha
Problemas de las señales de banda ancha en cables metálicos Atenuación Es la reducción de la potencia de la señal con la distancia. Motivos: Resistencia del cable (calor) Emisión electromagnética al ambiente La atenuación es el principal factor limitante de la capacidad de transmisión de datos. La propagación de ondas electromagnéticas de alta frecuencia a través de conductores metálicos presenta una serie de características que limitan su alcance y/o capacidad. La principal es la atenuación de la señal, que se produce por la pérdida de energía en forma de calor y de radiación electromagnética al ambiente. Ampliación Redes

15 Acceso Residencial de Banda Ancha
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) La frecuencia influye en el aumento de la atenuación de forma aproximadamente proporcional al cuadrado de ésta. Uno de los factores que influyen en este comportamiento es el conocido como ‘efecto piel’ por el cual las corrientes de alta frecuencia se transmiten utilizando únicamente la superficie del conductor de cobre, no el núcleo. Cuanto mayor es la frecuencia mayor es la influencia de este comportamiento. El grosor del cable también influye en la atenuación. Para una frecuencia dada un cable de mayor grosor tiene menor atenuación. Asimismo en el caso de cables coaxiales la atenuación es menor cuanto mayor es el apantallamiento del cable. Ampliación Redes

16 Acceso Residencial de Banda Ancha
Atenuación en función de la frecuencia para un bucle de abonado típico (cable de pares) Frecuencia (KHz) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 20 40 Atenuación (dB) 3,7 Km 60 5,5 Km 80 Esta figura muestra un ejemplo concreto (para el caso de ADSL) de cómo evoluciona la atenuación de la señal en función de la frecuencia para dos longitudes de cable dadas. 100 120 Ampliación Redes

17 Acceso Residencial de Banda Ancha
Constelaciones de algunas modulaciones habituales Amplitud Fase Binaria simple 1 bit/símb. 1 2B1Q (RDSI) 2 bits/símb. 2,64 V 0,88 V -0,88 V -2,64 V 00 01 10 11 QAM de 4 niveles 2 bits/símb. 01 00 10 11 Portadora QAM de 32 niveles (Módems V.32 de 9,6 Kb/s) 5 bits/símbolo 11111 11000 01101 00011 00100 La codificación 2B1Q (utilizada en RDSI, por ejemplo) contempla cuatro valores diferentes de amplitud, con lo que un símbolo puede transportar dos bits. Las técnicas más sofisticadas utilizan amplitud y fase. Por ejemplo la codificación 4QAM consigue también dos bits por baudio combinando dos valores de amplitud y dos de fase. 4QAM es una modulación más robusta que 2B1Q, aunque su mayor complejidad la hace también más costosa. Los estados de una técnica de modulación se representan en gráficos bidimensionales con la amplitud en el eje de abscisas y la fase en el de ordenadas. Dichas gráficas se denominan ‘constelaciones’. En la figura podemos ver las constelaciones de las modulaciones mencionadas, así como la 32QAM utilizada en los módems V.32 (9,6 Kb/s) . Esta define 32 estados combinando diversos valores de amplitud y fase, lo cual permite representar 5 bits por símbolo. Así V.32 sólo ha de transmitir a 1,92 Kbaudios para conseguir los 9,6 Kb/s. Ampliación Redes

18 Modulaciones más utilizadas en RBB
Acceso Residencial de Banda Ancha Modulaciones más utilizadas en RBB Técnica Símbolos Bits/símbolo Utilización QPSK (4QAM) 4 2 CATV ascendente, satélite, LMDS 16QAM 16 CATV ascendente, LMDS 64QAM 64 6 CATV descendente 256QAM 256 8 Varias Hasta 65536 Hasta 16 ADSL En esta tabla se muestran las modulaciones mas utilizadas en redes RBB. Las modulaciones más eficientes suelen ir asociadas a canales de comunicación más fiables (con una mayor relación señal/ruido). QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying QAM: Quadrature Amplitude Modulation Ampliación Redes

19 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ya en 1924 Nyquist demostró por procedimientos puramente teóricos que existía un límite máximo en el número de baudios que podían transmitirse por un canal, y que dicho límite era igual al doble de su ancho de banda. Por ejemplo en el caso de un canal telefónico, con una anchura de 3,1 KHz, el máximo es de 6,2 Kbaudios. Para un canal de televisión PAL con una anchura de 8 MHz el máximo sería de 16 Mbaudios. Podemos comprender intuitivamente el Teorema de Nyquist si pensamos que la secuencia de símbolos a transmitir puede fluctuar entre dos situaciones extremas: transmitir siempre el mismo símbolo o transmitir cada vez un símbolo con un valor de amplitud opuesto al anterior. En el primer caso tendríamos una señal constante d frecuencia cero, mientras que en el segundo la frecuencia será la mitad que el número de símbolos transmitido (ya que dos símbolos consecutivos formarían una oscilación completa). Así pues la anchura de banda, que sería igual a la diferencia entre estos dos casos extremos, sería la mitad del número de símbolos transmitidos por segundo. En la práctica, cuando se trata de señales moduladas (que es el tipo de señales que se dan en casi todos los casos en RBB) el número de baudios no puede ser mayor que el ancho de banda del canal. Por tanto en los ejemplos anteriores (canal telefónico y canal de televisión PAL) el máximo sería de 3,1 Kbaudios y 8 Mbaudios, respectivamente. Ampliación Redes

20 Acceso Residencial de Banda Ancha
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: Anchura Símbolos Bits/Baudio Kbits/s 3,1 KHz 2 1 3,1 8 3 9,3 1024 10 31 El teorema de Nyquist nos limita los baudios, pero no dice nada respecto al número de bits por baudio. Por tanto nos permite transmitir información de forma ilimitada ya que podemos enviar un numero en principio ilimitado de bits por baudio. Por ejemplo en el caso de los módems telefónicos esta es básicamente la técnica que se ha empleado para ir aumentando el caudal sin aumentar la anchura del canal utilizado. En la práctica para enviar varios bits por baudio es necesario utilizar muchos símbolos diferentes, ya que el aumento se realiza de manera exponencial. Ampliación Redes

21 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 * log2 (1 + S/R) donde: BW = Ancho de Banda S/R = Relación señal/ruido Este caudal se conoce como límite de Shannon. A medida que aumenta el número de bits por baudio se incrementa el número de estados diferentes que el receptor ha de poder discernir, y se reduce la distancia entre éstos en la correspondiente constelación. En canales muy ruidosos puede llegar a ser difícil distinguir dos estados muy próximos. Como cabría esperar, el número máximo de estados que el receptor pueda distinguir depende de la calidad del canal de transmisión, es decir de su relación señal/ruido. Ya en 1948 Shannon dedujo una expresión que cuantificaba la capacidad máxima de un canal analógico en función de dos parámetros: su ancho de banda y su relación señal/ruido. Ampliación Redes

22 Acceso Residencial de Banda Ancha
Ley de Shannon: Ejemplos Canal telefónico: BW = 3 KHz y S/R = 36 dB Capacidad = 3,1 KHz * log2 (3981)† = 37,1 Kb/s Eficiencia: 12 bits/Hz Canal TV PAL: BW = 8 MHz y S/R = 46 dB Capacidad = 8 MHz * log2 (39812)‡ = 122,2 Mb/s Eficiencia: 15,3 bits/Hz † 103,6 = 3981 ‡ 104,6 = 39812 Aquí tenemos la aplicación de la ley de Shannon a nuestros dos ejemplos: un canal telefónico con una relación señal/ruido de 36 dB (que corresponde a condiciones ideales) y un canal de televisión por cable PAL, con una relación señal/ruido de 46 dB (valor que se da normalmente en la realidad). Se puede observar que la capacidad de un canal telefónico se encuentra ya cerca del límite de sus posibilidades con la última generación de módems de 33,6 Kb/s. Por eso en la práctica cualquier imperfección en las características de la línea es razón suficiente para que la comunicación no pueda establecerse a dicha velocidad. El teorema de Shannon no se aplica a los módems V.90 (56 Kb/s) ya que en este caso el canal no es analógico. Los módems V.90 consiguen una velocidad superior aprovechando el hecho de que la comunicación se inicia en la RDSI. Los módems V.90 solo mejoran la comunicación en un sentido, ya que en el sentido opuesto se mantiene la velocidad máxima en 33,6 Kb/s. Una simplificación del Teorema de Shannon fácil de recordar es la siguiente: la eficiencia de un canal analógico es de 3,3 bits/Hz por cada 10 dB de relación señal/ruido. Podemos por tanto calcular la eficiencia en bits por Hertzio de un canal simplemente dividiendo por 3 su relación señal/ruido. Esta es una aproximación válida en prácticamente todos los casos, excepto para valores extremadamente pequeños de la relación señal/ruido. Ampliación Redes

23 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Cualquier medio de transmisión está sujeto a errores. En LANs son típicas tasas de error o BER (Bit Error Rate) de 10-8 a 10-12, en función del medio físico utilizado. Los sistemas RBB no suelen tener fiabilidades tan elevadas, ya que utilizan cableados diseñados para otros fines, o enlaces vía radio que son intrínsecamente menos fiables. En RBB son normales valores de BER de 10-5, o incluso 10-4. Ampliación Redes

24 Acceso Residencial de Banda Ancha
Errores de transmisión Algunos valores de BER típicos: Ethernet 10BASE-5: <10-8 Ethernet 10/100/1000BASE-T: <10-10 Ethernet 10/100BASE-F, FDDI: < 4 x10-11 Fiber Channel, SONET/SDH:<10-12 GSM, GPRS: CATV, ADSL, Satélite: < Los flujos MPEG-2 (TV digital) requieren BER < La transmisión de flujos MPEG-2 es muy sensible a los errores, requiere un medio altamente fiable (BER de ). Por tanto es preciso adoptar medidas correctoras. Ampliación Redes

25 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. De las diversas estrategias posibles ante la aparición de errores en RBB se adopta la de enviar redundancia suficiente en los datos para que el receptor sea capaz de corregirlos. Ampliación Redes

26 Acceso Residencial de Banda Ancha
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% A pesar de su mayor overhead en televisión digital siempre se emplean códigos correctores, llamados FEC (Forward Error Correction). No sería posible emplear códigos detectores porque no se puede pedir retransmisión debido a tres razones: La comunicación en televisión digital es normalmente simplex; al no haber canal de retorno el receptor no puede pedir retransmisión. Se trata de una comunicación broadcast, es decir de un emisor a muchos receptores. Aún en el caso de disponer de un canal de retorno no sería factible que el emisor atendiera las peticiones de retransmisión originadas por los receptores (que podrían ser miles). Al tratarse de información en tiempo real el retardo introducido por las peticiones de retransmisión sería excesivo. Dicho de otro modo, para cuando la información errónea llegara correctamente ya no sería útil puesto que el receptor ya habría tenido que reproducir información posterior (fotogramas o sonido). Todas las tecnologías de RBB emplean códigos FEC Reed-Solomon. Dado que estas funciones se implementan a bajo nivel en el hardware siempre que usamos sistemas RBB empleamos códigos FEC, queramos o no. El overhead introducido por el FEC es de un 8-10% aproximadamente. Gracias al FEC el BER típico puede pasar de 10-5 a 10-10, o menos; esto representa un error por hora en una emisión MPEG-2 de 3 Mb/s, valor que es aceptable en todas las aplicaciones normales. Ampliación Redes

27 Control de errores. Interleaving
Acceso Residencial de Banda Ancha 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. A menudo los errores en sistemas RBB se deben a interferencias electromagnéticas externas tales como arranque de motores, etc., lo cual provoca errores a ráfagas. Los FEC resultan más efectivos cuando los errores se dan repartidos en la secuencia de datos que cuando se dan agrupados, por lo que para mejorar su eficacia el FEC se calcula sobre una secuencia modificada de los bits a transmitir. Este cambio de orden conocido como interleaving aumenta el retardo, ya que el receptor no puede verificar la secuencia original hasta después de haber recibido todos los bits utilizados en el cálculo del FEC. Por ejemplo en redes CATV el interleaving puede configurarse para proteger de errores a ráfagas de entre 5 a 220 s, lo cual introduce retardos de 95s a 4 ms. Ampliación Redes

28 Acceso Residencial de Banda Ancha
Efecto de interleaving + FEC en corrección de errores a ráfagas Ráfaga en error Orden de transmisión 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Buffer de interleaving En esta figura vemos un ejemplo simplificado de cómo se realiza el interleaving. Supongamos que tenemos que transmitir 24 bits que numeramos en secuencia , del 1 al 24. Para el cálculo del FEC en vez de manejarlos en su orden natural los organizamos en tres grupos de ocho, y tomamos un bit de cada grupo; por tanto el FEC lo calcularemos sobre la secuencia 1, 9, 17, 2, 10, 18, etc. Al transmitir los bits un error de ráfaga provoca que lleguen alterados los bits 12 a 14; como en la secuencia utilizada para calcular el FEC los bits erróneos están separados el FEC puede corregir esos errores y restaurar la secuencia original. Otra forma de explicar el efecto del interleaving es mediante la siguiente analogía: supongamos que tenemos un fax que por una avería tiene tendencia a omitir fragmentos de líneas de texto cuando éste está escrito en formato vertical (retrato). Como los fragmentos omitidos corresponden a palabras enteras será muy difícil para el receptor adivinar su significado. Pero si escribimos el texto en horizontal (apaisado) los errores afectarán a letras de líneas diferentes (y por tanto de palabras diferentes), con lo que el receptor podrá fácilmente deducir las letras que faltan por el contexto. Por otro lado, mientras que cuando se enviaba en formato vertical el receptor podía ir leyendo líneas a medida que aparecían, cuando se envía en formato horizontal el receptor no puede leer nada de la página hasta que ésta le llega en su totalidad. 1 9 17 2 10 18 3 11 19 4 12 20 5 13 21 6 14 22 7 15 23 8 16 24 Al reordenar los datos para calcular el FEC los errores se reparten Ampliación Redes

29 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

30 Acceso Residencial de Banda Ancha
Redes CATV Evolución histórica y arquitectura HFC Nivel físico Nivel MAC Cable Modems Estándares Redes CATV en España Referencias Ampliación Redes

31 Redes CATV tradicionales (coaxiales, 1949-1988)
Acceso Residencial de Banda Ancha 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. Las redes CATV aparecieron en los Estados Unidos en 1949 para resolver las malas condiciones de recepción de la señal de televisión que se daban en ciudades o barrios por orografía u otras razones. La solución consistía en instalar una antena en un sitio elevado con buenas condiciones de recepción, y desde allí distribuir la señal mediante cable coaxial a los usuarios. El hecho de que la antena se colocara en un lugar elevado dio lugar a la denominación ‘downstream’ o ‘hacia abajo’ que se utiliza para describir la comunicación en el sentido del centro emisor hacia el usuario. Se utiliza cable coaxial de 75  como el de antena de televisión pero con mas apantallamiento, que le confiere la menor atenuación necesaria para cubrir grandes distancias. Para regenerar la señal se colocan amplificadores cada 0,5 – 1,0 Km. La distancia entre amplificadores es función de la cantidad de usuarios en cada tramo (a mas usuarios menor distancia) y de la frecuencia máxima que utilizara la red (a mayor frecuencia máxima menor distancia). Esta frecuencia máxima era de MHz. Las redes CATV antiguas eran unidireccionales. No se contemplaba la necesidad de utilizarlas en sentido ‘ascendente’, por lo que los amplificadores se diseñaban con la única función de amplificar la señal hacia abajo y actuaban como verdaderas válvulas que impedían cualquier propagación de señales en sentido ascendente. Ampliación Redes

32 Acceso Residencial de Banda Ancha
Arquitectura típica de una red CATV coaxial tradicional Hasta 50 amplificadores en cascada Amplificador unidireccional Empalme CABECERA Moduladores y Conversores Receptores y Decodificadores Aquí tenemos un ejemplo de red CATV ‘clásica’ unidireccional que utiliza cable coaxial únicamente. El centro emisor, o cabecera de la red, puede tener una antena de superficie para captar la programación normal, varios receptores de canales vía satélite y una serie de canales de programación propia. Todas estas señales se distribuyen a los abonados a través de la red de cable coaxial, que puede abarcar muchos miles de usuarios. Debido a la necesidad de colocar amplificadores en las redes CATV coaxial la señal podía tener que atravesar hasta 50 amplificadores para llegar a algunos usuarios. Cada amplificador degradaba la señal un poco, y la probabilidad de averías aumentaba al haber tantos elementos en serie. Desde el punto de vista del mantenimiento la red era muy compleja. Contenidos locales Cable Coaxial (75 ) Muchos miles de viviendas Ampliación Redes

33 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. Para resolver los problemas de gestión y mantenimiento de las redes CATV coaxiales a finales de los años 80 empezaron a aparecer redes CATV con la arquitectura denominada HFC (Hibrid Fiber Coax). Esta consiste en dos niveles jerárquicos, el principal formado por un tendido de fibra óptica con topología de estrella que distribuye la señal desde el centro emisor hasta cada zona de la ciudad. En cada zona hay un nodo (normalmente un armario ubicado en la acera) que se encarga de convertir la señal óptica en eléctrica para su distribución final en cable coaxial a los abonados. Cada zona abarca de 500 a 2000 viviendas. Debido a la menor distancia a cubrir el número de amplificadores máximo es de 5 (en muchas redes nunca hay más de 2 ó 3), con la consiguiente mejora en calidad de la señal y sencillez de mantenimiento. Un elemento crucial en la implantación de redes HFC fue la posibilidad de enviar la señal analógica de televisión por fibra óptica sin necesidad de convertirla en digital. Las redes HFC también facilitaron la utilización de la red para tráfico ascendente. Esto permitía labores de monitorización y servicios tales como el pago por visión. Dado que la señal de televisión utiliza el rango de frecuencias altas ( MHz) para el sentido descendente, se utilizan frecuencias por debajo de 50 MHz para el ascendente. Se colocan amplificadores en sentido ascendente para el rango de bajas frecuencias, que no interfieren en la propagación de la señal descendente. En España, dado que la mayoría de las redes CATV son de reciente creación, casi todas son del tipo HFC. Ampliación Redes

34 Acceso Residencial de Banda Ancha
Arquitectura HFC (Híbrida Fibra-Coax.) Nodo fibra Nodo fibra Nodo fibra 8 MHz Cab. local TV1 C9 TV3 Cabecera Regional Cab. local Nodo fibra Nodo fibra Cab. local Nodo fibra COAX Empalme En esta figura tenemos un ejemplo típico de red HFC. Al nivel más alto tenemos un anillo de fibra óptica, seguramente por motivos de fiabilidad, que distribuye la señal del centro emisor a una serie de concentradores. Cada uno de esos concentradores a su vez reenvía la señal, también por fibra óptica, a una serie de nodos que la convierten en señal eléctrica y la envían por cable coaxial a los abonados. Conexión Nodo fibra Nodo fibra Nodo fibra Set-top box-TV Cable módem - ordenador Ampliación Redes

35 Acceso Residencial de Banda Ancha
Arquitectura típica de una red CATV HFC Bidireccional 3-5 amplificadores máx. Amplificador bidireccional Empalme Cable módem Cabecera regional Internet Nodo de fibra ( viviendas) Cabecera local Receptor y Modulador Anillo de fibra (TV y datos viajan por separado) Este esquema representa la arquitectura típica de una red CATV HFC bidireccional preparada para ofrecer servicios de transmisión de datos. Aparte de los equipos utilizados para la distribución de la señal de televisión encontramos en el centro emisor el CMTS (Cable Modem Termination System); en la vivienda además del televisor tenemos el Cable Módem, que conecta el ordenador. Tanto el canal ascendente como el descendente son compartidos, pero gracias a la estructura de la red HFC los canales solo son compartidos por los usuarios de una zona, no entre zonas diferentes. En función de la densidad de usuarios del servicio de datos de cada zona el operador puede adoptar las siguientes estrategias: Si la densidad es baja puede agrupar varias zonas en un mismo canal compartido, con lo que a efectos de datos se comporta todo como una misma zona. Si la densidad es alta puede asignar varios canales ascendentes y/o descendentes a una misma zona, con lo que el resultado es equivalente a dividir la zona en dos. En el caso de los canales ascendentes también es posible jugar con la anchura. Conversor fibra-coaxial viviendas Fibra (monomodo) Cable Coaxial (75 ) Ethernet (10BASE-T) Ampliación Redes

36 Acceso Residencial de Banda Ancha
Elementos de comunicación en una red CATV HFC Señal modulada de radiofrecuencia Ethernet 10BASE-T Cabecera regional Backbone operador Red CATV HFC Cable módem Ordenador (o hub) CMTS (Cable Módem Termination System) Router Domicilio del usuario Internet Cabecera local Esta figura nos muestra los elementos básicos que permiten la comunicación en una red CATV HFC. En primer lugar tenemos el denominado CMTS (Cable Modem Termination System) que es el dispositivo que se encarga de enviar los datos en sentido descendente modulados por el canal de televisión elegido al efecto, así como de recoger de los Cable Módems de los usuarios los datos que éstos envían a través del canal ascendente asignado. El CMTS se ubica normalmente en el centro emisor o cabecera de la red. De allí se conecta al resto de la red (la red de transporte) y a la Internet por alguna tecnología de red de área extensa, por ejemplo POS (Packet over SONET). Por su parte el usuario dispone de un cable módem, dispositivo que se encarga de sintonizar el canal de televisión elegido para los datos y extraer los que le corresponden, es decir los que van dirigidos a él. También debe de enviar los datos de retorno por el canal ascendente correspondiente. Existen diversas formas de conectar el Cable Módem al ordenador del usuario final. De entre ellas la más frecuente es utilizar una conexión Ethernet de 10 Mb/s, que es una interfaz de alta velocidad y bajo costo para prácticamente cualquier ordenador. Proveedor de contenidos Ampliación Redes

37 Acceso Residencial de Banda Ancha
Arquitectura de una moderna red CATV ISP Larga Distancia Red de centros regionales 2,5 Gb/s (SDH) Hosting Cabecera red CATV HFC Red telefónica Red metropolitana 622 Mb/s (SDH) Esta figura nos muestra una visión completa de la arquitectura de una red CATV HFC con acceso RBB. En la red de transporte existen diversas opciones, todas ellas basadas en el uso de fibra óptica y casi siempre en tecnología SONET/SDH. En el ejemplo que aquí aparece tenemos un anillo STM-4 (622 Mb/s) con POS (PPP over SONET), que a su vez se conecta a otro anillo STM-16 (2,5 Gb/s). Un aspecto fundamental en cualquier red de acceso RBB es la instalación de servidores cache. Esta es la única forma de aprovechar realmente la elevada capacidad que brinda una red de acceso RBB. Red HFC Datos Voz Ambos Ampliación Redes

38 Transmisión de datos en CATV
Acceso Residencial de Banda Ancha 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). Cuando se utiliza una red CATV para transmitir datos se reserva un canal de televisión para el sentido descendente. Según se utilice la norma americana (NTSC) o europea (PAL o SECAM) el canal tendrá una anchura de 6 u 8 MHz, respectivamente. Para el retorno en las redes CATV coaxiales puras se emplea una conexión telefónica (módem analógico o RDSI) ya que la comunicación en sentido ascendente a través de la red CATV es imposible. En las redes CATV HFC se utiliza para el sentido ascendente el rango de frecuencias bajas en el que los amplificadores actúan en sentido inverso. En este rango se pueden definir canales de diversas anchuras entre 0,2 y 3,2 MHz. Ampliación Redes

39 Acceso Residencial de Banda Ancha
Organización de los canales en redes HFC Internet desc. MHz Set-Top box digital Televisión digital MHz Frecuencia Televisión analógica MHz Cable módem 28-65 MHz Internet asc. Varios sintonizadores permiten acceder simultáneamente a los canales de TV y de datos. Servicios clásicos (TV) Servicios de datos (Internet) Ampliación Redes

40 Reparto de frecuencias en redes HFC (estándar DOCSIS)
Acceso Residencial de Banda Ancha 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. La menor relación señal/ruido de la señal ascendente se debe a dos razones: El rango de frecuencias es mas ‘sucio’ desde el punto de vista electromagnético, es decir está mas sujeto a interferencias externas de todo tipo. En el sentido ascendente los amplificadores recogen la señal de todos los abonados de la zona; una manipulación incorrecta de un abonado en su televisor puede introducir ruido en la red que será amplificado y afectará a todos los usuarios de la zona. Esto se conoce como efecto ‘embudo’. Este problema es aún mas acusado en redes coaxiales puras, ya que el efecto se suma para todos los usuarios de la red. Las redes CATV antiguas (coaxiales) no llegan generalmente a frecuencias tan elevadas por dos razones: Los equipos antiguos funcionan en frecuencias más bajas. Las frecuencias elevadas sufren una mayor atenuación en cable coaxial, con lo que el número de amplificadores necesarios aumenta. Ampliación Redes

41 Bandas ascendentes utilizables en redes CATV
Acceso Residencial de Banda Ancha Bandas ascendentes utilizables en redes CATV Dentro del rango de frecuencias utilizado para el sentido ascendente por las redes CATV HFC se encuentran multitud de bandas asignadas a diversos servicios tales como radiodifusión comercial de onda corta, radioaficionados, banda ciudadana, fines militares, navegación aérea y naval, etc. Aunque el cable coaxial aísla bastante bien de estas emisiones, en algún caso pueden introducir interferencia, por lo que es preferible evitarlas en el tráfico ascendente. Las mas nocivas en este sentido son las bandas de radiodifusión comercial porque tienen emisoras de mucha potencia, y las de radioaficionado y banda ciudadana, porque aunque son de baja potencia el emisor se puede encontrar muy cerca del usuario de la red de cable. La tabla adjunta muestra la parte aprovechable del rango de frecuencias ascendente después de haber suprimido dichas bandas. También se muestra la cantidad de canales que según la anchura pueden definirse en cada caso (una misma red puede mezclar canales de diferentes anchuras). Como puede verse por debajo de 29 MHz hay pocas bandas libres y las que hay solo pueden aprovecharse con canales estrechos. Ampliación Redes

42 Asignación típica de frecuencias ascendentes en una red CATV
Acceso Residencial de Banda Ancha Asignación típica de frecuencias ascendentes en una red CATV Servicio Banda (MHz) Ancho de banda (MHz) Supervisión de la red (uso reducido por el ruido) 5-25 20 Reserva 25-28 3 Datos (Internet) 28-40 12 Banda de guarda 40-42 2 Señalización interactiva, pago por visión 42-45 45-52 7 52-54 54-65 11 Este es un ejemplo típico de reparto de la banda de frecuencias ascendentes en una red CATV HFC. Debido a los problemas de interferencia electromagnética se suele ignorar toda la gama de frecuencias por debajo de 28 MHz. Solo disponible en Europa Ampliación Redes

43 Asignación típica de frecuencias descendentes en una red CATV
Acceso Residencial de Banda Ancha Asignación típica de frecuencias descendentes en una red CATV Servicio Banda (MHz) Ancho banda Ancho por canal (MHz) Núm. Canales Radiodifusión FM 87,5-108 20,5 0,15 136 Radio Digital (DAB) 10 Televisión analógica PAL B 182 7 26 Televisión analógica PAL G 304 8 38 Televisión digital (MPEG-2) 144 1,6 90 Datos (Internet) 112 14 Por lo que respecta a la banda descendente un reparto típico es el que se muestra en esta tabla. En primer lugar tenemos la banda de radiodifusión de FM, que se respeta colocando las emisoras en sus mismas frecuencias. Así se evitan posibles interferencias y se da al usuario la posibilidad de sintonizar las emisoras de FM a través de la red de cable. A continuación hay 10 MHz libres antes del primer canal de televisión, que se pueden aprovechar para enviar emisiones de radio digital (DAB, Digital Audio Broadcast) codificada en MPEG-1 Layer III. Los canales de televisión analógica PAL ocupan de 118 a 606 MHz (se utilizan dos normas diferentes en función de la frecuencia, con diferente anchura de canal); esto nos da un total de 64 canales analógicos. A partir de 606 MHz hasta los 750 MHz se colocarían las emisiones de televisión digital MPEG-2 utilizando la norma europea DVB (Digital Vídeo Broadcast). Con una conservadora estimación de 5 canales digitales por canal analógico, equivalente a un caudal de algo mas de 5 Mb/s por programa, podríamos colocar en esta banda 90 programas digitales, (que se sumarían a los 64 programas analógicos). Por último la banda de 750 a 862 MHz quedaría reservada para el servicio de datos, lo cual nos permitiría definir en caso necesario hasta 14 canales para este fin. Ampliación Redes

44 Técnicas de modulación para transmisión de datos en redes CATV
Acceso Residencial de Banda Ancha Técnicas de modulación para transmisión de datos en redes CATV Modulación Sentido Bits/símb. S/R mínima Shannon QPSK Ascend. 2 > 21 dB 7 16 QAM 4 > 24 dB 8 64 QAM Descend. 6 > 25 dB 8,3 256 QAM > 33 dB 10,9 Las técnicas de modulación empleadas en redes CATV son diferentes en sentido ascendente y descendente, ya que la menor relación señal/ruido del canal ascendente obliga a utilizar técnicas mas robustas que en el descendente. De acuerdo con lo que cabría esperar por la Ley de Shannon las modulaciones mas resistentes al ruido tienen una eficiencia en bits/símbolo menor . En ascendente se emplea normalmente la modulación QPSK, pudiendo alternativamente emplear la 16 QAM, que requiere una relación señal/ruido 3 dB mayor; también requiere una mayor complejidad de los circuitos y por tanto un mayor costo. En descendente se utiliza normalmente modulación 64 QAM, pudiendo emplearse también 256 QAM. Aquí de nuevo la mayor eficiencia requiere una mayor calidad del canal y supone un mayor costo de los equipos. Debido al mayor costo de 16 QAM y 256 QAM en general se prefiere utilizar QPSK y 64 QAM y recurrir a la utilización de canales adicionales cuando se necesita mayor capacidad. QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying QAM: Quadrature Amplitude Modulation Ampliación Redes

45 Caudales brutos en redes CATV
Acceso Residencial de Banda Ancha Caudales brutos en redes CATV Anchura (KHz) Kbaudios Caudal QPSK (Kb/s) Caudal 16 QAM (Kb/s) 200 160 320 640 400 1280 800 2560 1600 5120 3200 10240 Asc. Anchura (MHz) Kbaudios Caudal 64 QAM (Kb/s) Caudal 256 QAM (Kb/s) 6 (NTSC) 5057 30342 5361 42888 8 (PAL) 6952 41712 55616 Desc. En esta tabla se compara la capacidad de los distintos tipos de canales ascendentes y descendentes en redes CATV en función de su anchura y del tipo de modulación utilizado. Como ya sabemos el número de símbolos transmitidos por segundo no puede superar la anchura del canal en hertzios; en realidad ha de ser algo menor, para asegurar una suficiente separación entre canales contiguos. En los canales ascendentes el número de símbolos por segundo es en todos los casos un 20% inferior a la anchura del canal, con lo que se tiene un margen de separación del 10% a cada lado. Los descendentes, que pueden ser de 6 u 8 MHz de anchura según se utilice la norma americana (NTSC) o europea (PAL), tienen un margen de aproximadamente 500 KHz a cada lado. Sabido el caudal en símbolos/s y el tipo de modulación es fácil calcular el caudal en bits/s. Sin embargo hay que tener en cuenta que estos son los caudales a nivel físico; debido al overhead introducido por el código corrector de errores (FEC) y otros factores (protocolo MAC) los caudales aprovechables son aproximadamente un 15% inferiores en el sentido ascendente y un 10% menores en el descendente que los representados en la tabla. 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 Ampliación Redes

46 Acceso Residencial de Banda Ancha
Capacidad de una red CATV Suponiendo que se utilizara exclusivamente para transmitir datos, la capacidad máxima de una red CATV sería: Descendente: 96 canales de 55,6 Mb/s: 5,338 Gb/s Ascendente: 261 canales de 640 Kb/s: 167,0 Mb/s Esta capacidad estaría disponible para cada zona de la red HFC. La capacidad total para datos de una red CATV depende del número de canales que utilicemos en cada sentido, y del tipo de modulación empleado. Suponiendo que se utilizara exclusivamente para este fin podríamos definir en sentido descendente 96 canales, que a 55,6 Mb/s de capacidad (modulación 256 QAM) nos da una capacidad total de 5,338 Gb/s. En el sentido ascendente podemos como máximo utilizar 261 canales de 200 KHz de anchura, cada uno con una capacidad de 640 Kb/s (modulación 16 QAM), lo cual da un total de 167,0 Mb/s. Esta capacidad estaría disponible para cada zona de una red HFC, ya que la asignación de canales se realiza de forma independiente para cada zona. Vemos pues que la capacidad de transmisión de datos de una red CATV es considerable. Ampliación Redes

47 Acceso Residencial de Banda Ancha
Esquema de una zona en una red CATV Canal Descendente ( MHz) 41,7 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 (2) (1) (3) Un canal ascendente – (29,7–31,3 MHz) 2,56 Mb/s compartidos por 3 usuarios Aquí se representan dos ejemplos de asignación de canales en una zona de una red CATV. En el ejemplo de la izquierda se asigna un canal descendente de 8 MHz y uno ascendente de 1,6 MHz; estos canales son compartidos por todas las viviendas de la zona. En el caso de la derecha todas las viviendas comparten el mismo canal descendente como antes, pero en el sentido ascendente se utilizan dos canales. Uno es compartido por las viviendas 1 y 3, mientras que el otro se dedica a la vivienda 2 (presumiblemente este usuario ha contratado una mayor calidad de servicio que los otros dos). Ampliación Redes

48 Protocolo MAC de CATV (DOCSIS 1.0)
Acceso Residencial de Banda Ancha Protocolo MAC de CATV (DOCSIS 1.0) 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. Está prevista la posibilidad de encriptar el tráfico (DES 56 bits) por razones de seguridad El CMTS puede realizar emisiones multicast. Los CMs no pueden. El canal ascendente es compartido, pero no plantea problemas de seguridad ya que la información solo puede ser recibida por el CMTS. En cambio en el sentido descendente la información enviada a un CM puede ser en principio recibida por cualquier CM de la zona, aunque no sea el destinatario. Por esto la información del CMTS a los CMs se puede enviar encriptada mediante DES 56, lo cual da un nivel de protección aceptable en la mayoría de situaciones frente a posibles intrusos. Sin embargo en la práctica las operadoras no suelen utilizar esta opción ya que supone aumentar la carga en el CMTS. Tanto el CMTS como los CMs reciben para sus interfaces de la red CATV direcciones MAC globalmente únicas de 48 bits (como las de Ethernet) que les identifican de forma no ambigua. Todas las tramas enviadas en la red van acompañadas de la correspondiente dirección MAC de destino. Dado que el medio físico es compartido es posible realizar emisiones multicast, con el consiguiente ahorro de capacidad. Pero esta funcionalidad solo está disponible en el CMTS, no en los CMs. Por ejemplo se puede efectuar una emisión de vídeo de alta calidad (4 Mb/s) a toda la red consumiendo sólo ese caudal en aquellas zonas donde haya algún usuario siguiendo la emisión, independientemente del número de usuarios. Ampliación Redes

49 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. La red CATV es un medio compartido singular; al no ser simétrico el medio físico tampoco lo es su funcionamiento: el CMTS gobierna la red y los CMs se limitan a cumplir sus órdenes. Debido a la forma como funcionan los cable módems la comunicación entre dos usuarios de la red CATV siempre se realiza a través del equipo de cabecera, aun en el caso de que ambos usuarios se encuentren en la misma zona y compartan el canal ascendente y descendente. Así por ejemplo si en el ejemplo de la transparencia anterior el usuario 1 quiere transmitir algo al usuario 3 tendrá que utilizar el canal ascendente para enviar la información al CMTS, el cual la reenviarla por el canal descendente al destinatario. Por tanto dicha información pasará dos veces por el mismo cable. . Ampliación Redes

50 Acceso Residencial de Banda Ancha
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’). En sentido descendente al haber un único emisor no hay necesidad de implementar ningún protocolo MAC en las redes CATV. Las tramas son simplemente enviadas por el CMTS y recibidas por el correspondiente destinatario. En sentido ascendente hay múltiples emisores, que además son incapaces de ‘verse’ entre sí. Por tanto puede haber colisiones entre dos o mas CMs que intentan transmitir a la vez. Es preciso pues implementar un protocolo MAC. Debido a la imposibilidad de los CM de captar la señal del canal ascendente no puede funcionar ningún protocolo MAC tradicional (Ethernet, Token Ring, etc.). En su lugar se utiliza un protocolo basado en la asignación por parte del CMTS de crédito a los CMs para que puedan transmitir. Este crédito, medido en unidades denominadas mini-slots, lo asigna el CMTS a los CMs que lo solicitan. Cuando un CM tiene algo que transmitir solicita al CMTS el número de mini-slots necesario y éste se los otorga en base a la disponibilidad, perfil del usuario solicitante, recursos consumidos,políticas de uso, etc. Las solicitudes de mini-slots viajan por el canal ascendente, y evidentemente no utilizan mini-slots previamente asignados, por lo que es posible que se produzcan colisiones entre dos CMs que solicitan a la vez la asignación de mini-slots. Cuando esto ocurre se entra en un proceso de retroceso exponencial binario similar al de Ethernet. Puesto que las solicitudes de mini-slots son mensajes de muy corta duración la probabilidad de colisión es muy reducida. Al concentrar todas las funciones complejas del protocolo MAC en el CMTS los CMs pueden ser dispositivos de bajo costo, que es uno de los objetivos en el diseño del protocolo. Ampliación Redes

51 Acceso Residencial de Banda Ancha
Funcionamiento del protocolo MAC en DOCSIS Acceso Residencial de Banda Ancha Un mini-slot: 64 símbolos Esta figura muestra el funcionamiento del protocolo MAC en una red CATV. El CMTS transmite por el canal descendente, además del tráfico útil, información sobre el uso que los CMs pueden hacer de los mini-slots disponibles en el canal ascendente (el denominado ‘mapa de asignación’), y que puede ser de tres tipos: Asignados: Estos mini-slos (representados con óvalos) son los que están asignados por el CMTS a CMs que previamente han realizado su solicitud. Cada CM recibe el número de mini-slots necesarios de acuerdo con su solicitud y con la política de asignación de recursos de la red. Libres: Estos mini-slots (representados por rectángulos) pueden ser utilizados libremente por los CMs para solicitar al CMTS la asignación de mini-slots. En estos intervalos pueden producirse colisiones. Mantenimiento: Estos mini-slots (representados con rombos en la figura) están reservados para mensajes de control de DOCSIS y no están por tanto disponibles para su uso por los CMs. Un ejemplo de esto sería el intercambio de mensajes que se produce cuando se enciende o se conecta a la red un cable módem. La duración de un mini-slot es configurable por el CMTS. Su valor por defecto es de 64 símbolos´(16 bytes con QPSK y 32 con 16 QAM), es decir entre 25 y 400 s según la anchura del canal (de 3200 a 200 KHz, respectivamente). Ampliación Redes

52 Acceso Residencial de Banda Ancha
Protocolos implicados en la comunicación CM-CMTS (CM externo conectado por Ethernet) El intercambio de información entre el CM y el CMTS se realiza mediante tramas ethernet. La comunicación entre ambos obedece el funcionamiento de los puentes transparentes de acuerdo con lo establecido en el estándar 802.1D. Por tanto la comunicación CM-CMTS se puede asimilar a la de dos puentes remotos. Esta figura muestra los protocolos que intervienen en dicha comunicación. Por encima de la capa física y la subcapa MAC aparece un protocolo denominado Link Security que se ocupa del encriptado de la información para asegurar la confidencialidad de los datos transmitidos a través de la red CATV. Ampliación Redes

53 Acceso Residencial de Banda Ancha
Protocolos implicados en la comunicación CM-CMTS (CM externo conectado por USB) Ampliación Redes

54 Acceso Residencial de Banda Ancha
Esquema funcional de una red CATV DOCSIS Router por defecto /24 /24 /24 /24 /24 Canal descendente 30 Mb/s compartidos 128 Kb/s 1024 Kb/s 256 Kb/s 512 Kb/s 64 Kb/s CMTS A B CM1 CM2 CM3 C D Red HFC Main { NetworkAccess 1; ClassOfService { ClassID 1; MaxRateDown ; MaxRateUp 64000; PriorityUp 0; GuaranteedUp 0; MaxBurstUp 0; PrivacyEnable 0; } Internet En esta figura se muestra un ejemplo típico de cómo se organiza el servicio de cable módems en una zona de una red HFC. EN primer lugar el medio físico suministra un canal descendente, que en este caso se supone que es de 30 Mb/s, y un canal ascendente que se supone que es de 2,56 Mb/s. Cada cable módem desempeña las funciones de puente transparente entre la LAN 10BASE-T a la que está conectado y el canal de radiofrecuencia descendente o ascendente de la red HFC. Esto significa que el cable módem solo recibirá del canal descendente el tráfico dirigido a los ordenadores que estén en su LAN y el tráfico broadcast/multicast. A su vez enviarán por el canal ascendente solo el tráfico dirigido a estaciones que no se encuentren en su red local, así como el tráfico broadcast/multicast. Obsérevese que el tráfico broadcast/multicast generado por A y B ya no queda confinado a su red local, sino que es escuchado por toda la zona de la red CATV desde el momento en que se conecta el cable módem a la LAN. Por su parte el CMTS desempeña a la vez las funciones de puente y router en un solo equipo; como puente se ocupa de transmitir las tramas dentro de la zona y como router de reenviar las que vayan dirigidas a Internet. Por ejemplo un datagrama emitido por A y dirigido a C será enviado por CM1 por el canal ascendente hacia el CMTS, que a su vez lo enviará por el canal descendente hacia CM2, atravesando tres puentes. En cambio si el datagrama va dirigido al exterior solo irá por el canal ascendente hasta el CMTS, de donde saldrá por el router al exterior. Canal ascendente 2,56 Mb/s compartidos Ampliación Redes

55 Acceso Residencial de Banda Ancha
Correspondencia de DOCSIS con el modelo OSI OSI DOCSIS Aplicación FTP, SMTP, HTTP, etc. Mensajes de control DOCSIS Aplicac. basadas en MPEG, ej. Video, TV digital Transporte TCP y UDP Red IP IEEE 802.2 Enlace MAC DOCSIS Ascendente TDMA (mini-slots) Descendente TDM (MPEG) Esta figura muestra la correspondencia entre los protocolos utilizados en DOCSIS, que es el estándar más extendido en redes CATV, y el modelo OSI. Podemos ver que las peculiaridades de redes CATV se limitan al nivel físico y a la subcapa MAC (mitad inferior de la capa de enlace), compartiendo el protocolo LLC con el resto de redes IEEE 802. En este sentido podemos considerar las redes CATV como una tecnología LAN mas, al lado de Ethernet (802.3) o Token Ring (802.5). Para el nivel de red y superiores DOCSIS sigue en lo posible el modelo y la pila de protocolos TCP/IP, si bien añade una serie de mensajes de control para mejorar la gestión y mantenimiento de la red. Por otro lado las aplicaciones de televisión digital emplean una pila de protocolos propia a partir del nivel de enlace, compartiendo sólo el nivel físico en la especificación de canal descendente (puesto que no se contempla la posibilidad de interacción en este caso no se requiere sentido ascendente). Las características más singulares de las redes CATV son fruto de la asimetría de la comunicación ascendente/descendente. Así, además de las diferencias ya vistas en canales, frecuencias y modulaciones, los canales ascendente y descendente difieren en la forma como agrupan los bits. El canal descendente utiliza como ‘contenedores’ de la información celdas MPEG-2, lo cual le hace compatible con el tráfico de vídeo digital. En cambio el canal ascendente utiliza mini-slots, es decir pequeños intervalos de tiempo que son asignados desde el CMTS. Física MHz (8 MHz/canal) ITU-T J.83 Anexo A 5-65 MHz HFC Ampliación Redes

56 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 La inmensa mayoría de los cable módems actuales utiliza una red ethernet de 10 Mb/s para conectar al ordenador. Esto requiere la instalación de una tarjeta en el ordenador del usuario, con la consiguiente complejidad de instalación, pero a cambio permite conectar varios ordenadores a través de un cable módem, si el operador lo permite. Normalmente este servicio tiene un costo adicional respecto a la conexión de un solo ordenador. Aunque teóricamente la conexión a 10 Mb/s puede suponer un cuello de botella en la comunicación descendente, en la práctica esto no es cierto ya que el rendimiento que se obtiene es siempre muy inferior a 10 Mb/s. Otra posibilidad es la conexión de un módem externo a través del puerto USB; esto evita tener que instalar tarjetas internas en el ordenador (suponiendo que éste disponga de conexión USB). La utilización de cable módems internos presenta problemas de dos tipos: por un lado la división usuario-red no queda tan claramente definida como en el caso de cable módems externos; por otro plantea problemas de aislamiento galvánico entre el ordenador y el cable coaxial. Ampliación Redes

57 Esquema funcional de un Cable Modem
Acceso Residencial de Banda Ancha Esquema funcional de un Cable Modem Caja de empalmes Decodificador TV digital Cable módem Sintonizador de RF Demodulador QAM-64/QAM-256 Lógica de control MAC Emisor de RF Modulador QPSK/QAM-16 Ampliación Redes

58 Acceso Residencial de Banda Ancha
Cable Módems Estos son dos ejemplos de cable módems comerciales. Por alguna razón la mayoría de los cable módems tienen formato vertical, como el que aparece en la imagen de la izquierda. Tambiéne s posible, aunque muy raro, disponer de un cable modem interno, en una tarjeta directamente enchufada al bus del PC. Los operadores son reacios a este tipo de solución por dos motivos: Impide disponer de un punto claro de delimitación del servicio, ya que el dispositivo de comunicación se encuentra embebido en el equipo del cliente. Hace más difícil el control y aislamiento de los posibles problemas eléctricos que puedan producirse en la red por parte del equipo del cliente. Ampliación Redes

59 Funciones del Cable Módem
Acceso Residencial de Banda Ancha 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.) Aun cuando en el diseño de las redes CATV se ha intentado minimizar la complejidad del Cable Módem para reducir su costo, la verdad es que a pesar de ello la cantidad de funciones que desempeña el cable módem es notable. Ampliación Redes

60 Acceso Residencial de Banda Ancha
Cable Módem vs Set-Top Box Función Cable Módem Set-Top Box Microprocesador, 4 MB RAM, memoria Flash 15000 Pts. Elementos de transmisión (sintonizador, ecualizador, modulador, FEC) 9000 Pts. Chips MPEG, gráficos y proc. de sonido No aplicable 7500 Pts. Chip MAC 3000 Pts. Ethernet/ ATM 25 Mb/s 1500 Pts. Chasis, fuente de alimentación, montaje final, PCB y prueba Interfaces analógicas e infrarrojas Licencias de software (Sistema Operativo, encriptación, comunicaciones) TOTAL 39000 Pts. 42000 Pts. Es interesante realizar una comparación entre las funciones de un cable módem y las de una set-top box para televisión digital por cable. En esta tabla se muestra dicha comparativa acompañada de los precios de costo comparados para cada una de las funciones de ambos. La similitud entre ambos dispositivos es evidente. Esto permite que compartan una gran cantidad de componentes, lo cual redunda en un abaratamiento de los costos de ambos. Ampliación Redes

61 Acceso Residencial de Banda Ancha
Estándares en redes CATV Primeros CM y CMTS propietarios. Mayo de 1994: el IEEE crea subcomité (redes CATV). Estándar borrador en septiembre de 1998. En 1995 el DAVIC (Digital Audio Visual Council) empieza a desarrollar estándares para CATV. DAVIC 1.2 se publica en diciembre de 1996. 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. Hasta fechas muy recientes no había estándares que especificaran el funcionamiento de los cable módems, por lo que no era posible la interoperabilidad entre equipos de diferentes fabricantes; todos los cable módem debían ser del mismo fabricante. En 1994 el IEEE puso en marcha el subcomité con el fin de elaborar un estándar para la transmisión de datos en redes CATV que fuera consistente con el conjunto de estándares 802. La publicación del primer borrador estaba prevista para el año siguiente, pero debido a la multitud de problemas que surgieron se produjo en 1998. A la vista de la lentitud con la que avanzaba el comité una serie de operadores de redes CATV de Estados Unidos se asociaron en 1996 y crearon el MCNS, consorcio que tenía la finalidad de elaborar un estándar de redes CATV en poco tiempo. Dicho estándar (denominado DOCSIS 1.0) estuvo listo en marzo de En 1998 se elaboró una adaptación europea de la norma, denominada Euro-DOCSIS. En marzo de 1999 se publicó DOCSIS 1.1 Por otro lado DAVIC, organización creada para el desarrollo de estándares en materia audiovisual, elaboró a finales de 1996 su propio estándar de redes CATV, denominado DAVIC 1.2. DAVIC es una organización con fuerte implantación europea. Aunque el funcionamiento en líneas generales es similar los estándares DOCSIS y DAVIC son incompatibles. Nuestra descripción corresponde fundamentalmente al estándar Euro-DOCSIS 1.0. Ampliación Redes

62 Cronología estándares CATV
Acceso Residencial de Banda Ancha Cronología estándares CATV IEEE DAVIC MCNS 5/1994 Creación 12/1995 DAVIC 1.0 1/1996 9/1996 DAVIC 1.1 12/1996 DAVIC 1.2 3/1997 DOCSIS 1.0 Espec. 9/1997 DAVIC 1.3 6/1998 DAVIC 1.4 DOCSIS 1.0 Interop. 9/1998 Publicación borrador 3/1999 DOCSIS 1.1 Espec. 4/1999 DAVIC 1.5 DOCSIS 1.0 Certif 4/2000 Aprobada disol. 8/2000 DOCSIS 1.1 Interop. 8/2001 DOCSIS 1.1 Certif. 11/2001 DOCSIS 2.0 Espec. 11/2002 DOCSIS 2.0 Certif. A la vista de su fracaso en convencer a la industria de que desarrollara sus propuestas, en abril de 2000 el comité IEEE aprobó su autodisolución por unanimidad. Ampliación Redes

63 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 ITU-T ha adoptado tanto DOCSIS 1.0 como DAVIC 1.2. Los estándares de redes de cable elaborados por el MCNS reciben el nombre de estándares DOCSIS. En 1997 MCNS publicó los documentos relativos a DOCSIS v 1.0, que contemplaban el funcionamiento tanto de redes bidireccionales como con retorno telefónico. En 1999 MCNS publicó el estándar DOCSIS v 1.1. La mayoría de las redes que se instalan actualmente utilizan equipos DOCSIS v 1.0. Ampliación Redes

64 MCNS/DOCSIS vs DVB/DAVIC
Acceso Residencial de Banda Ancha MCNS/DOCSIS vs DVB/DAVIC MCNS/DOCSIS DVB/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 Ampliación Redes

65 Acceso Residencial de Banda Ancha
Mejoras DOCSIS 1.1 Fragmenta paquetes grandes para impedir que un usuario monopolice el canal ascendente. 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 (telefonía) ya que mejora Calidad de Servicio (reduce jitter) gracias a la fragmentación. Permite emisiones multicast desde cualquier CM (no solo desde el CMTS) Mejora nivel de seguridad Duplica capacidad respecto a DOCSIS 1.0 con mejor ecualización Ya existen algunos CMs DOCSIS 1.1. Las principales mejoras introducidas por DOCSIS 1.1 son las siguientes: El CMTS puede asignar al CM un número de mini-slots menor que el solicitado, obligando al CM a fragmentar la información que desee enviar. Se prevén mecanismos para fijar prioridades de tráfico, pudiendo establecer redes con calidad de servicio. Como consecuencia de la posibilidad de fragmentación y las mejoras en calidad de servicio la red está mejor adaptada a aplicaciones isócronas altamente sensibles al retardo, tales como voz sobre IP. Las emisiones multicast pueden realizarse desde cualquier CM (en DOCSIS 1.0 tenía que ser el CMTS el emisor). Ya existen en el mercado algunos cable módems DOCSIS v 1.1, si bien su uso aun es escaso. La mayoría de los cable módems DOCSIS v 1.0 desarrollados antes del estándar 1.1 requieren modificaciones hardware para funcionar como DOCSIS v1.1. Los que se venden actualmente son normalmente actualizables por software a DOCSIS 1.1. Ampliación Redes

66 Acceso Residencial de Banda Ancha
Mejoras DOCSIS 2.0 Triplica capacidad respecto a DOCSIS 1.1 (6x respecto a 1.0) Canales de doble anchura (6,4 MHz) Eficiencia 1,5 veces (opera con 64QAM) Mejora corrección de errores Permite servicios simétricos de hasta 30 Mb/s asc./desc. Orientado a ofrecer servicios de gran capacidad a entornos empresariales. Ampliación Redes

67 Acceso Residencial de Banda Ancha
Evolución Cable Módems Generación Período Estándares Características Sistemas propietarios Retorno telefónico DOCSIS 1.0, 1.1 DAVIC Servicio asimétrico bidireccional ? DOCSIS 2.0 Servicio simétrico (30 Mb/s) Ampliación Redes

68 Acceso Residencial de Banda Ancha
Servicios IP en redes CATV Por sencillez, comodidad y seguridad se utiliza DHCP para asignación de direcciones IP 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, aunque no es lo habitual. Se puede restringir el número de direcciones MAC que pueden acceder a través de un CM. En redes CATV la asignación de direcciones IP se realiza de forma dinámica mediante el protocolo DHCP (Dynamic Host Control Protocol). La información sobre parámetros de configuración de la red (incluida la dirección IP) se mantiene así de forma centralizada en el servidor DHCP, transmitiéndose al equipo cuando se incorpora a la red. Esto simplifica la configuración y permite un mayor control, ya que el administrador del servidor DHCP puede modificar cualquiera de los parámetros sin intervención del usuario del equipo. Cada equipo nuevo que se incorpora a la red ha de registrarse (mas concretamente ha de registrar su dirección MAC) en el servidor DHCP. En el caso de que se conecten varios ordenadores a través de un cable módem habrán de registrarse todos ellos. Esto permite al operador limitar el número de ordenadores que el usuario conecta a la red mediante un cable módem, según el tipo de contrato establecido. Los cable módems también han de registrarse en el servidor DHCP y recibir direcciones IP propias. Esto permite la gestión remota vía SNMP de los equipos. Además el cable módem necesita una configuración que se le carga también de manera remota desde un servidor TFT de la red del operador. En dicha configuración se especifican diversos parámetros del cable módem, como el caudal máximo autorizado a ese usuario para el sentido ascendente y descendente. El servidor DHCP y el TFTP se encuentran normalmente en la cabecera de la red y son un elemento clave para el funcionamiento de la misma. Ampliación Redes

69 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. La asignación de direcciones IP es un tema crucial en el desarrollo de una red CATV. EN caso de que el operador no disponga de un rango suficiente de números asignados por el NIC (la autoridad central de asignación de direcciones IP) tendrá que echar mano de los rangos privados según se especifica en el RFC Esto significa que cualquier comunicación con el exterior tendrá que hacer uso del NAT (normalmente implementado en un router) o bien de un servidor proxy, que haría una función equivalente. Algunas aplicaciones avanzadas o que no utilizan puertos estándar no pueden funcionar en estas condiciones; esto incluye por ejemplo los servicios de telefonía por Internet y muchos juegos. La segunda alternativa es asignar direcciones públicas a todos los ordenadores conectados a la red, de forma estática; para esto es preciso disponer de un amplio rango de números asignados por el NIC, cosa que no siempre es posible. La tercera opción, intermedia entre las dos anteriores, consiste en asignar direcciones de forma dinámica a los ordenadores solo durante el tiempo que realmente lo necesiten para salir a Internet. Esto es posible gracias a la facilidad que da DHCP para el ‘alquiler’ de direcciones. De este modo se reduce considerablemente el rango de direcciones necesario, si bien tiene el inconveniente de que el usuario no sabe a priori que dirección IP le corresponderá, por lo que impide utilizar una red CATV para instalar servidores accesibles desde el exterior. Por último las direcciones IP de los cable módems, que solo se utilizan para la gestión de la red, deben ser normalmente direcciones privadas. Ampliación Redes

70 Redes privadas virtuales sobre CATV
Acceso Residencial de Banda Ancha 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. Para montar este tipo de servicios se necesita un router. Es frecuente en este caso usar un router Eth-Eth En ocasiones el uso de redes CATV se plantea como la solución óptima para conectar oficinas de una empresa. Sin embargo esta no es una opción viable si no se garantiza la seguridad y la completa integración de las diversas oficinas. La solución en estos casos estriba en utilizar túneles IPSEC de forma que la información viaja encriptada por la red del operador y por la Internet. Además los túneles también permiten encapsular datagramas con las direcciones IP propias de la empresa a través de Internet, de forma que el usuario percibe su conexión a través de la red CATV como una conexión interna de su empresa (limitado evidentemente al rendimiento que obtenga de los enlaces que atraviese). Evidentemente la creación de túneles IPSEC no es algo exclusivo de redes CATV sino que se puede aplicar en cualquier situación como conexiones ADSL o incluso en RDSI o conexiones vía módem. Ampliación Redes

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

72 Acceso Residencial de Banda Ancha
Administración y mantenimiento de una red CATV El equipo del usuario se debe configurar de forma automática (autoprovisionamiento) Backbone Host de Administración 1: Definir y salvar la configuración del CM 3: Solicitar asignación de identificador Router Red CATV HFC En esta figura se muestra una configuración básica típica de una red CATV con cable módems. En el centro de control de la red tenemos, además del CMTS, el servidor DHCP/TFTP. Dado que este es un elemento crítico para el funcionamiento de la red su funcionalidad estará normalmente replicada o será un equipo de alta disponibilidad. El mantenimiento y actualización de toda la información relativa a la configuración de los ordenadores y cable módems es una tarea compleja y delicada, que normalmente se realiza en otro host previsto al efecto. Esta función, aunque importante, no requiere un nivel de disponibilidad tan elevado como el servidor DHCP/TFTP. Cable Módem Servidor DHCP/TFTP Conmutador LAN CMTS 2: Cargar fichero de configuración (protocolo de acceso DOCSIS) Ampliación Redes

73 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 128 64 750 MB 3495 Pts. 256 1000 MB 5495 Pts. 512 1500 MB 9495 Pts. Aunque los cable módems permiten capacidades de transferencia del orden de megabits por segundo, los servicios comerciales que se ofrecen actualmente limitan la capacidad a valores menores por razones de marketing. Las velocidades que se ofrecen normalmente están entre 128 Kb/s (velocidad de un acceso RDSI básico). De esta forma se pueden ofrecer servicios de mayor caudal a precios superiores, y se evita que un usuario pueda llegar a ocupar toda la capacidad disponible, degradando así de forma apreciable el rendimiento de la red percibido por el resto de los usuarios. También se suele establecer un límite máximo a la cantidad de información que un usuario puede transferir durante un período largo de tiempo (por ejemplo un mes). De esta forma se evita que un usuario pueda ocupar de forma sustancial la capacidad del acceso a Internet, afectando de forma sensible el rendimiento para el resto de los usuarios. Normalmente las limitaciones de caudal y datos transferidos no se aplican al tráfico multicast. Alquiler de cable módem (DOCSIS 1.0): 1500 Pts/mes Ampliación Redes

74 Acceso Residencial de Banda Ancha
CATV en España Legislación sobre redes de TV por cable: Norma básica: RD 2066/1996 de 13/7/1996 Proyectos sobre redes de cable en España: Información diversa: Ampliación Redes

75 Acceso Residencial de Banda Ancha
España está dividida en una serie de demarcaciones, cada una de las cuales se adjudica de forma independiente a un operador por la Comunidad Autónoma correspondiente. Telefónica dispone de una empresa filial, Telefónica Cable, que también ofrece servicios de televisión por cable. Para compensar por la situación de monopolio disfrutada por Telefónica la ley establece una moratoria de 24 meses a la prestación de servicios por parte de Telefónica Cable a partir del momento en que se resuelve el concurso de adjudicación de cada demarcación. Esta figura muestra el momento en que vencía dicha moratoria para las diversas demarcaciones. Como puede apreciarse la moratoria ya ha expirado en todas ellas. En algunas demarcaciones, al haber quedado desierto el concurso de adjudicación del primer operador Telefónica Cable tenía libertad para operar desde el primer momento, sin moratoria. Se trata sin embargo de demarcaciones de escaso interés comercial por su reducido tamaño y/o su baja densidad de población. Este es el caso de Extremadura, Castilla la Mancha (excepto Albacete, que es demarcación propia por motivos históricos), Menorca, Ibiza, Ceuta y Melilla. Ampliación Redes

76 Acceso Residencial de Banda Ancha
Grupos y Empresas de redes CATV en España Grupo Empresa Comunidades, regiones o ciudades Viviendas (miles) Inversión (MPts) Auna (Retevisión, Eresmas, Amena) Madritel Comunidad de Madrid 1.929 Menta Cataluña 2.748 Able Aragón 574 33.233 Supercable Sevilla, Andalucía I, Andalucía II, Andalucía III, Almería 897 Telec. Canarias Canarias 581 (30.000) Ono Comunidad Valenciana, Andalucía IV, Murcia, Palma de Mallorca, Cantabria, Cádiz, Huelva, Albacete, Puerto de Santa María 4.200 Mundo-r Galicia 1.113 43.275 Euskaltel País Vasco 774 (42.000) Retecal Castilla y León 1.268 37.621 Retena, Reterioja Navarra, Rioja 330 32.215 Cabletelca Telecable Asturias 431 17.772 Atcom Vélez-Málaga (26) 2.408 TDC-Sanl. Sanlúcar de Barrameda (30) (1.450) Ampliación Redes

77 Acceso Residencial de Banda Ancha
Grupos de facto de empresas CATV en España Grupo Comunidades, regiones o ciudades Viviendas (miles) Inversión (MPts) Ono Comunidad Valenciana, Andalucía IV, Murcia, Palma de Mallorca, Cantabria, Cádiz, Huelva, Albacete, Puerto de Santa María 4.200 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 9.377 1.929 897 2.748 1.113 774 574 330 581 431 43.275 (42.000) 33.233 32.215 (30.000) 17.772 Retecal Castilla y León 1.268 37.621 TOTAL 14.845 AOC: Asociación de Operadores de Cable Ampliación Redes

78 Acceso Residencial de Banda Ancha
Grupo Web Cable módem Veloc. desc./asc. Precio mensual (Euros) Madritel Si 777/777 6.450 (500 MB/mes), (1.500 MB/mes) Ono Internet ONO alta vel. Int. ONO alta v. sin l. Alta vel. 128/64, 300/150, 512/256, 1000/500, 4000/2000 24,01, 36,03, 156,23, 300,45 588,96 Supercable Super 128, Super 256, Super 128 empresas Super 256 empresas Super 512 empresas 128/? 256/? 128/64 256/128 512/256 21,04, 30,00, 28,55 30,00 70,00 Menta 256/128, 1024/512 5.400, 7.400, 17.400 Mundo-r Modem de cable prof. 150/? 33,00 Euskaltel (En pruebas) 512/512 14,40 Retecal Pro Xtra Pro Max 512/128, 1000/256 31,25 (1.500 MB/mes), 62,20 (2.000 MB/mes), 118,70 (3.500 MB/mes) Able Cable IP ABLE negocio 128 ABLE Negocio 256 64/64 128/?, 128/128 256/256, 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 Cabletelca Cable orilla 34,26 46,23 Telecable Opción BIT BIT Avanzado BIT Superior 512/? 39,00 (con TV) 50,75 (con TV) 99,25 (con TV) Atcom ? TDC-Sanl. Ampliación Redes

79 Acceso Residencial de Banda Ancha
Referencias CATV Tutoriales: CATV CyberLab: Actualidad: Estándares MCNS/DOCSIS: Cable Television Laboratories: Estándares DVB/DAVIC: Digital Audio Visual Council: Digital Video Broadcasting Project: European Cable Communications Association: Ampliación Redes

80 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

81 Acceso Residencial de Banda Ancha
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) Justificación Fundamentos técnicos ADSL G.Lite RADSL Otros tipos de xDSL. VDSL ADSL en España Referencias Ampliación Redes

82 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

83 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. El sistema telefónico convencional está limitado por los 3,3 KHz de anchura del canal utilizado para la voz. Aún en el caso de utilizar RDSI la capacidad de un canal es de tan solo 64 Kb/s. El cable telefónico de pares que une al abonado con la central (denominado bucle de abonado) permite velocidades bastante superiores, pero la necesidad de utilizar la infraestructura telefónica a partir de la central impide el uso de canales de mayor anchura o capacidad. Cualquier tecnología que consiga una mayor capacidad del bucle de abonado deberá adoptar una de las dos estrategias siguientes: Hacer uso de múltiples canales de telefónicos para transmitir esa información hacia el destino. Esta es la aproximación adoptada por RDSI (el acceso básico consigue 128 Kb/s usando dos canales). Disponer en la central de un acceso a una red de datos independiente del sistema telefónico que no esté sujeta a las limitaciones de éste. Esto es lo que hacen las tecnologías xDSL. Ampliación Redes

84 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. ADSL es un servicio de datos y vídeo digital, pero no está pensado para sustituir al servicio de voz. Para que sea compatible con la telefonía analógica, que emplea frecuencias por debajo de 4 KHz, ADSL utiliza frecuencias superiores a 32 KHz.RDSI utiliza frecuencias de hasta 80 KHz, por lo que para que coexista con ADSL es necesario desplazar hacia arriba el espectro de frecuencias de ADSL. ADSL suministra una comunicación full dúplex. Para simplificar su implementación generalmente se emplea un rango de frecuencias distinto para cada sentido; esto evita interferencias entre la señal de ida y de vuelta, y los problemas producidos por ecos de la señal transmitida. En total se utiliza un ancho de banda de 1 MHz aproximadamente. Como interesa una comunicación asimétrica el rango de frecuencias se reparte de forma desigual, asignando una parte mucho mayor a la comunicación descendente. Además de que para la mayoría de aplicaciones interesa así, técnicamente es mas fácil implementar un reparto asimétrico que uno simétrico o con la asimetría opuesta, ya que la interferencia inducida por señales paralelas de gran ancho de banda en el lado del usuario es muy baja al tratarse de diferentes viviendas; si las señales de gran ancho de banda fuera en sentido ascendente la interferencia entre diferentes usuarios sería excesiva, ya que todos confluyen en el equipo de la central telefónica. Ampliación Redes

85 Acceso Residencial de Banda Ancha
Configuración de una conexión ADSL Central Telefónica Domicilio del abonado Teléfonos analógicos Bajas Frecuencias Red telefónica analógica Switch telefónico Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Splitter Splitter Altas Frecuencias Internet Para reducir la interferencia entre las señales de alta frecuencia de ADSL y las de baja frecuencia del servicio telefónico, cuando se instala una línea ADSL se pone en el acceso a la vivienda un separador de frecuencias. Este separador (también llamado ‘splitter’ de su nombre en inglés) está formado por un filtro de altas frecuencias al que se conecta el teléfono y uno de bajas frecuencias al cual se conecta el módem ADSL. Con la misma finalidad que en la vivienda, en la central telefónica también se coloca un divisor de frecuencias al bucle de abonado. La salida de baja frecuencia se conecta al conmutador telefónico tradicional y la de alta frecuencia al DSLAM (DSL Access Multiplexor) que es el dispositivo que contiene los módems ADSL de los usuarios. El módem ADSL se denomina también ATU-R (ADSL Transmission Unit- Remote). EL DSLAM se llama también ATU-L (ADSL Transmission Unit-Local). Las conexiones ADSL son siempre punto a punto, no hay medio compartido; por tanto el DSLAM ha de contener un módem ADSL por cada usuario conectado al servicio. DSLAM (ATU-C) Modem ADSL (ATU-R) Ordenador DSLAM: DSL Access Multiplexor ATU-C: ADSL Transmission Unit - Central ATU-R: ADSL Transmission Unit - Remote Ampliación Redes

86 Acceso Residencial de Banda Ancha
Splitter ADSL Bucle de abonado (2 hilos, de la central) Módem ADSL Teléfono Ampliación Redes

87 Acceso Residencial de Banda Ancha
Esquema de conexión ADSL en una central telefónica Central telefónica Oficina Principal de la Empresa Conmutador ATM Red ATM DSLAM Hogar Splitters Conmutador telefónico Internet El DSLAM se conecta normalmente a un conmutador ATM, a través del cual el usuario podrá tener acceso al proveedor de Internet con el que haya contratado el servicio. También es posible tener conexiones de red privada virtual, por ejemplo para teletrabajadores que quieran acceder a la red corporativa de su empresa a través de la conexión ADSL. ISP Pequeña Oficina Red telefónica Ampliación Redes

88 Acceso Residencial de Banda Ancha
Comparación Conexión a Internet mediante ADSL y por red telefónica conmutada Splitter Central telefónica Conmutador ATM Usuario ADSL DSLAM Internet Conmutador telefónico ISP Usuario RTC (RTB o RDSI) Este esquema muestra a título comparativo como se conectaría a Internet un usuario de ADSL frente a uno de red telefónica convencional. Aunque en el ejemplo se supone que el usuario de red telefónica utiliza una conexión analógica la figura sería prácticamente la misma si se utilizara la RDSI. La principal ventaja de ADSL frente a una conexión tradicional es la no utilización de la red telefónica. Esto supone un considerable ahorro de recursos, y evita la tarificación por tiempo a la que esta sujeto este tipo de servicios. Red telefónica Ampliación Redes

89 Módems ADSL (ATU-Remote)
Acceso Residencial de Banda Ancha Módems ADSL (ATU-Remote) El módem ADSL puede ser: Externo: conectado al ordenador por: Ethernet 10BASE-T. Normalmente actúa como router ADSL/Ethernet Puerto USB Interno, conectado al bus PCI del ordenador Mientras que los cable módems casi siempre son dispositivos externos, en el caso de ADSL existen múltiples alternativas. Los módems externos se conectan al ordenador mediante una interfaz Ethernet o también por una interfaz ATM de 25 Mb/s. El uso de ATM se explica por el hecho de que ADSL siempre emplea celdas ATM y de esta forma el usuario puede tener acceso a las funcionalidades propias de esta tecnología desde su PC, cosa que no es posible cuando utiliza la interfaz Ethernet. En cualquier caso el dispositivo que conecta el PC actúa como puente transparente entre la red local (o el PC del usuario) y el DSLAM, de forma análoga a lo que ocurría con los cable módems. También existe la opción de conectar el módem ADSL al puerto USB del ordenador, lo cual tiene la ventaja de no requerir ninguna tarjeta adicional en el PC. Asimismo existen tarjetas internas que permiten conectar el PC directamente a ADSL. Esta opción es la mas económica. Por último existen routers con una interfaz Ethernet y una ADSL, y conmutadores ATM con conexión a ADSL. Estos dispositivos son más apropiados cuando se quiere conectar una pequeña oficina con varios ordenadores utilizando una línea ADSL. Ampliación Redes

90 Acceso Residencial de Banda Ancha
Conexión ADSL por módem USB Conectores telefónicos (RJ11) Conectores USB Bucle de abonado Splitter Ordenador con puerto USB Modem ADSL USB (ATU-R) Bucle de abonado Cable USB Cable telefónico La figura muestra cómo se haría la conexión de un ordenador a ADSL utilizando un módem externo conectado al puerto USB. Obsérvese la existencia del divisor de frecuencias (POTS splitter) al cual se conecta por un lado el módem ADSL y por otro los diversos teléfonos. A la oficina central Ampliación Redes

91 Acceso Residencial de Banda Ancha
Conexión de un router/hub ADSL A la central telefónica Par telefónico Splitter Bucle de abonado Router/Hub ADSL Ethernet Conector RJ11 Latiguillo Ethernet 10BASET (2 pares) Conector RJ45 En esta figura se muestra la conexión de una pequeña oficina con varios ordenadores a ADSL, utilizando para ello un hub/router. Como router dispone de una nica interfaz Ethernet cuyos 10 Mb/s son compartidos por los cuatro ordenadores. El modem ADSL se encuentra integrado en el equipo. En esta figura puede verse también como el splitter está formado por un filtro de altas frecuencias y uno de bajas frecuencias. Ampliación Redes

92 Acceso Residencial de Banda Ancha
Bucle de abonado típico Puentes de derivación (instalaciones anteriores) Central Telefónica 200 m 0,4 mm 1600 m 0,5 mm 60 m 0,4 mm 1200 m 0,4 mm 1300 m 0,4 mm 1100 m 0,4 mm Empalme En esta figura puede verse un caso típico de bucle de abonado con los diversos elementos que perjudican la propagación de la señal ADSL. En primer lugar tenemos el cable de alimentación que sale de la Central. Este cable es de diámetro 24 (0,5 mm) en vez del habitual de 26 (0,4 mm). En algún punto del cable de alimentación se empalma el cable de distribución que recorrerá la calle. Este mazo, que tiene menos pares que el cable de alimentación, recorrerá toda la calle y a sus diferentes pares se irán conectando los teléfonos de los abonados mediante cables de suministro (‘bridge taps’). Un detalle importante a tener en cuenta es que el cable de distribución nunca se corta, cuando se conecta un nuevo abonado se hace empalmando el cable que le conecta mediante un puente a un par libre en el cable de distribución (y empalmando el par correspondiente en el par de alimentación) ; después cuando ese abonado se da de baja el par correspondiente del cable de distribución queda libre para conectar a otro abonado, pero no se retira normalmente el cable de suministro, ya que no es necesario. El resultado de esta práctica, habitual en todas las compañías telefónicas, es que los bucles de abonado típicamente contienen varios cambios de diámetro y acumulan cables de derivación que no van a ninguna partes; además suele haber poca o ninguna documentación al respecto. Todas estas ‘imperfecciones’ degradan de forma notable la calidad de la señal a las altas frecuencias a las que trabaja ADSL. 150 m 0,4 mm Cable de Alimentación Cable de Distribución Abonado Ampliación Redes

93 Relación Caudal/grosor /alcance en ADSL
Acceso Residencial de Banda Ancha Relación Caudal/grosor /alcance en ADSL Caudal Desc. (Mb/s) Grosor (mm) Distancia max. (Km) 2 0,5 5,5 0,4 4,6 6,1 3,7 2,7 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). Ampliación Redes

94 Acceso Residencial de Banda Ancha
Atenuación en función de la frecuencia para un bucle de abonado típico Frecuencia (KHz) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 20 40 Atenuación (dB) 3,7 Km 60 5,5 Km 80 Uno de los mayores problemas de ADSL es la enorme variación que se produce en las características de la onda electromagnética transmitida en el cable de pares cuando se utiliza un ancho de banda grande. En la figura se muestra la evolución de la atenuación con la frecuencia para dos casos concretos: un bucle de abonado de 3,7 Km de longitud y uno de 5,5 Km, distancia máxima a la que puede funcionar ADSL. Como puede apreciarse en la gráfica se llegan a dar niveles de atenuación de la señal de más de 90 dB, que representa una atenuación de mil millones de veces respecto a la potencia de la señal original. 100 120 Ampliación Redes

95 Acceso Residencial de Banda Ancha
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). Se estima que el 10% de los usuarios de telefonía no puede utilizar ADSL porque su bucle de abonado tiene una longitud mayor de 5,5 Km. En otro 5% la baja calidad del cable (debido a cambios de grosor, empalmes, etc) impide disponer del servicio. A veces los problemas son resolubles y el servicio puede ofrecerse después de acondicionar el bucle del abonado. Aunque el 85% de los usuarios de telefonía si puede utilizar ADSL no es posible dar garantías a priori, ni saber cual será la velocidad máxima utilizable, es preciso hacer pruebas y mediciones en cada caso. Esta incertidumbre es el principal problema de ADSL, ya que no se puede asegurar de antemano la disponibilidad del servicio. Además el rendimiento puede variar con el tiempo en función de condiciones ambientales y factores ajenos al abonado. En el caso de RADSL las variaciones pueden producirse incluso en una misma sesión. Otro inconveniente de ADSL es su sensibilidad a interferencias externas, sobre todo las producidas por la radiodifusión AM de onda larga y onda media, que caen dentro del rango de frecuencias utilizado por ADSL. Dado que el cable utilizado no es coaxial y que la señal en el receptor es extremadamente débil ADSL es especialmente sensible a cualquier tipo de interferencias. Ampliación Redes

96 Acceso Residencial de Banda Ancha
Atenuación de la señal descendente en ADSL 3 Km 1 Km A B Central Telefónica Atenuación: 20 dB/Km Esta figura compara la atenuación por la distancia en el canal descendente de una red ADSL para dos abonados que denominaremos A y B. Se supone que los dos dependen de la misma central y que sus bucles de abonado discurren por un mismo cable de distribución, es decir por la misma manguera de cable de pares, pero que se encuentran a diferentes distancias de la central telefónica, concretamente a 1 y a 3 Km de distancia respectivamente. Si suponemos que la atenuación del cable es de 20 dB/Km podemos calcular fácilmente la atenuación que sufrirá la señal en cada caso, que será 20dB (es decir –20 dB) para A y 60 dB para B. Evidentemente B no podrá optar a la misma calidad de servicio que A, ya que la mayor atenuación limitará el caudal máximo a valores inferiores. Sin embargo desde el punto de vista de la interferencia relativa de una señal con otra (para el tramo de cable en que ambas viajan juntas) la situación es simétrica, ya que la intensidad de la señal de A y de B en el primer kilómetro de cable es comparable. Dicho de otro modo, la misma interferencia sufre A por culpa de la señal de B que B por culpa de la señal de A. 0 dB -20 dB -60 dB Ampliación Redes

97 Acceso Residencial de Banda Ancha
Atenuación de la señal ascendente en ADSL 3 Km 1 Km A B Central Telefónica Atenuación: 20 dB/Km A En cambio, si comparamos lo que ocurre con el sentido ascendente observaremos que para cuando llegan a la central las señales de A y B la señal de ha viajado durante 1 Km en paralelo con la señal de B disfrutando de una intensidad 40 dB superior. En este caso la interferencia que A induce en B es mucho mayor que la que B induce en A. Esta asimetría entre lo que ocurre en el sentido descendente y ascendente es una de las razones técnicas que hacen que el canal ascendente tenga un menor caudal que el descendente, y es simplemente una consecuencia de que la topología de la red no es simétrica, ya que en el sentido descendente hay un emisor común a todos los receptores, mientras que en el ascendente los emisores se encuentran dispersos en un rango de distancias muy amplio respecto al receptor. -20 dB 0 dB B -60 dB -40 dB 0 dB Competencia desigual Ampliación Redes

98 Acceso Residencial de Banda Ancha
Frecuencias en ADSL ADSL utiliza frecuencias por encima de los 30 o 100 KHz para ser compatible con el teléfono analógico (4 KHz) o RDSI (80 KHz). La comunicación es full dúplex. Se asigna un rango de frecuencias distinto en ascendente y descendente. La comunicación es asimétrica. Se reserva una anchura mayor al descendente (1000 KHz) que al ascendente (100 KHz). El canal ascendente se sitúa en las frecuencias mas bajas. ADSL es un servicio de datos y vídeo digital, pero no está pensado para sustituir al servicio de voz. Para que sea compatible con la telefonía analógica, que emplea frecuencias por debajo de 4 KHz, ADSL utiliza frecuencias superiores a 32 KHz.RDSI utiliza frecuencias de hasta 80 KHz, por lo que para que coexista con ADSL es necesario desplazar hacia arriba el espectro de frecuencias de ADSL. ADSL suministra una comunicación full dúplex. Para simplificar su implementación generalmente se emplea un rango de frecuencias distinto para cada sentido; esto evita interferencias entre la señal de ida y de vuelta, y los problemas producidos por ecos de la señal transmitida. En total se utiliza un ancho de banda de 1 MHz aproximadamente. Como interesa una comunicación asimétrica el rango de frecuencias se reparte de forma desigual, asignando una parte mucho mayor a la comunicación descendente. Además de que para la mayoría de aplicaciones interesa así, técnicamente es mas fácil implementar un reparto asimétrico que uno simétrico o con la asimetría opuesta, ya que la interferencia inducida por señales paralelas de gran ancho de banda en el lado del usuario es muy baja al tratarse de diferentes viviendas; si las señales de gran ancho de banda fuera en sentido ascendente la interferencia entre diferentes usuarios sería excesiva, ya que todos confluyen en el equipo de la central telefónica. Ampliación Redes

99 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. La transmisión a distancias significativas de caudales de megabits por segundo a través del par telefónico del bucle de abonado no es tarea fácil. Se han tenido que explorar muchas técnicas de modulación novedosas, y resolver multitud de problemas. En las investigaciones de ADSL se han desarrollado dos técnicas de modulación que coexisten en la actualidad: La llamada CAP es mas antigua y sencilla. Es mas barata de implementar pero consigue eficiencias menores y está mas retrasada en el proceso de estandarización. La mas reciente, denominada DMT, es mas compleja y consigue una mayor eficiencia. Actualmente parece que la tendencia de los fabricantes es hacia el uso de DMT. Ampliación Redes

100 Acceso Residencial de Banda Ancha
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) 340 680 952 En CAP se utiliza un canal ascendente que va de 25 a 200 KHz, y un canal descendente que empieza en 240 KHz hasta la máxima frecuencia que pueda soportar la conexión (típicamente 1 MHz o más) en función de la distancia, grosor del cable, número de empalmes, etc. En función de las condiciones del canal (relación señál/ruido) se elige la modulación más eficiente posible. El número de bits por símbolo está entre 2 y 9; esto junto a la anchura del canal determina el caudal con que se transmitirán los datos. La amplia gama de frecuencias cubierta por el canal descendente provoca una variación importante en la atenuación y demás características de propagación de la onda electromagnética. Para compensar estas diferencias los módems realizan una ecualización adaptativa, que consiste en que cuando se conectan transmiten entre ellos una serie de señales de referencia y observan como se reciben, con lo que averiguan como se distorsiona la señal y por ende el comportamiento de la línea; entonces los módems alteran la señal transmitida, intentando compensar de antemano las alteraciones que introducirá la línea. Ampliación Redes

101 Acceso Residencial de Banda Ancha
ADSL CAP Teléfono Analógico Canal Ascendente Canal Descendente Amplitud Este gráfico muestra el espectro típico de una conexión ADSL con modulación CAP. Como puede verse el canal de voz analógico de 4 KHz es plenamente compatible con el servicio ADSL. La frecuencia máxima del canal descendente depende de las características de la línea. Frec. kHz (depende de la línea) 4 kHz 25 kHz kHz Ampliación Redes

102 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. La amplia gama de frecuencias cubierta por el canal descendente provoca una variación importante en la atenuación y demás características de propagación de la onda electromagnética. Para compensar estas diferencias los módems realizan una ecualización adaptativa, que consiste en que cuando se conectan transmiten entre ellos una serie de señales de referencia y observan como se reciben, con lo que averiguan como se distorsiona la señal y por ende el comportamiento de la línea; entonces los módems alteran la señal transmitida, intentando compensar de antemano las alteraciones que introducirá la línea. Ampliación Redes

103 Modulación DMT (Discrete MultiTone)
Acceso Residencial de Banda Ancha Modulación 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. Para resolver el problema de variabilidad en las características de propagación de la onda electromagnética en función de la frecuencia DMT divide el ancho de banda disponible en multitud de canales estrechos, de los que asigna una parte al sentido ascendente y el resto al descendente. Con una anchura similar al canal telefónico tradicional, cada canal ADSL DMT tiene unas propiedades sensiblemente constantes a lo largo de todo el rango. DMT evita así el principal problema de CAP, ya que no es necesaria ninguna ecualización compleja para asegurar que la atenuación será la misma en un rango de frecuencias tan estrecho. Por otro lado si aparece una interferencia en una frecuencia concreta (por ejemplo por una emisora de onda media físicamente próxima) DMT puede inhabilitar el canal correspondiente y sólo habrá perdido una pequeña proporción de su capacidad total; además DMT puede adecuar cada uno de los canales activos a las condiciones ambientales, utilizando para cada canal el esquema de modulación que mejor se adapte a la calidad de éste. Ampliación Redes

104 Acceso Residencial de Banda Ancha
Reparto de bins en ADSL DMT Uso Bins Rango frecuencias (KHz) Teléfono analógico 0-5 0-25,9 Tráfico ascendente 6-38 25,9-168,2 Tráfico descendente 33-255 142,3-1104 La asignación de bins al tráfico ascendente o descendente en ADSL DMT se realiza de acuerdo con lo indicado en el cuadro. El canal ascendente puede llegar hasta el bin 38 y el descendente puede empezar en el bin 33; dentro de este rango se decide para cada caso concreto donde se pone la división entre ascendente y descendente. Además se reserva un bin en cada sentido para funciones de control. Ampliación Redes

105 Acceso Residencial de Banda Ancha
ADSL DMT (ITU G.992.1) Teléfono Analógico Canal Ascendente Canal Descendente Amplitud Frec. 4 kHz 30 kHz kHz 1.104 MHz Bin 7 32 37 255 Ampliación Redes

106 Acceso Residencial de Banda Ancha
Modulaciones utilizadas en una conexión ADSL DMT Energía Sin Datos 16 QAM 64 QAM 64 QAM 64 QAM 64 QAM 16 QAM QPSK En cada canal se utiliza la técnica de modulación óptima, de acuerdo con su relación señal/ruido. Así es posible obtener el máximo rendimiento de cada uno. En los casos más favorables se emplean técnicas de modulación que transmiten 16 bits por símbolo (frente a 9 bits por símbolo en el caso mas favorable de CAP). Cuando la calidad de un canal está por debajo de los mínimos aceptables éste deja de utilizarse, como ocurre en el canal más a la derecha en la figura. En su conjunto DMT es una técnica eficiente y sofisticada. Pero no hay duros a cuatro pesetas. A cambio de sus ventajas DMT ha de resolver el nada sencillo problema de tener que manejar mas de 200 canales independientes de forma simultánea, repartir el tráfico entre ellos en el emisor y agruparlo en el receptor. Hasta hace relativamente poco tiempo era impensable disponer de la potencia de proceso necesaria para llevar a cabo estas tareas en un dispositivo de ámbito residencial. Bin 0 MHz 1 MHz Frecuencia 4 Ksímbolos/s por bin. Eficiencia máxima: 16 bits/símbolo Ampliación Redes

107 Acceso Residencial de Banda Ancha
Proceso de negociación de un módem ADSL. 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 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) 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) En esta figura se muestra el proceso seguido para ajustar el caudal descendente en una conexión ADSL en función de las características del enlace y las condiciones ambientales. En primer lugar el equipo ADSL de la central telefónica manda una señal de prueba al módem ADSL del usuario. Analizando las señales recibidas el módem ADSL averigua cual es la modulación óptima en cada bin, e informa de ello al equipo de la central telefónica, que adecúa así la codificación utilizada en cada bin a las características del enlace. Este proceso se realiza para cada sentido de la comunicación, empleando los bins adecuados en cada caso. Ampliación Redes

108 Acceso Residencial de Banda Ancha
Intereferencias externas en ADSL Señal de prueba 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 Frecuencia (KHz) Derivación Relación señal/ruido (dB) 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 Emisora de onda media (AM) Frecuencia (KHz) 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 En este caso se supone que, a diferencia del anterior, existen interferencias externas importantes debidas a dos factores: por un lado una derivación del bucle de abonado, probablemente debida a un residuo no retirado de una instalación anterior. Esto provoca que en cierto rango de frecuencias la relación señal/ruido se reduzca de forma sustancial, con lo que la modulación elegida para esos bins permite incluir menos bits por baudio y su eficiencia también disminuye. Por otro lado hay otro rango de frecuencias en el que se presenta una fuerte interferencia debida a la presencia de una emisora de onda media (AM) cercana. En este caso la interferencia llega a ser mayor que la señal de ADSL por lo que los bins afectados se inutilizan por completo (en la práctica la señal de una emisora de AM afectaría a dos o tres bins, ya que tiene una anchura de 9 KHz). Ampliación Redes

109 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. Ampliación Redes

110 Acceso Residencial de Banda Ancha
CAP vs DMT Ventajas Inconvenientes CAP Bajo Costo Sencillez Rendimiento bajo No Estandarizado DMT Rendimiento alto Estandarizado Costo Elevado Complejidad Actualmente la mayoría de los fabricantes tiende hacia DMT Ampliación Redes

111 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 o ADSL ‘splitterless’. Sin splitter hay más interferencias, sobre todo a altas frecuencias. Uno de los problemas que presenta el uso de ADSL es la instalación del separador de frecuencias en la vivienda del usuario. Esto requiere la visita de un técnico, lo cual encarece de forma considerable la conexión. Desde finales de 1997 han aparecido en el mercado diversas variantes de ADSL denominadas ADSL G.Lite que suprimen el divisor de frecuencias en casa del abonado (el divisor en la central telefónica se mantiene ya que allí no hay problemas para su instalación). Existen equipos DSLAM en el mercado actualmente que pueden interoperar indistintamente con equipos de usuario ADSL y ADSL G.Lite. ADSL: G.Lite es también un estándar ITU-T. Ampliación Redes

112 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. El splitter está formado por un filtro de altas y uno de bajas frecuencias. Su supresión aumenta la interferencia mutua entre el teléfono y el módem ADSL. El filtro de bajas frecuencias se puede mantener integrándolo en el módem ADSL, con lo que el problema se reduce a reducir la interferencia que producen en el teléfono las altas frecuencias de ADSL. Para ello se adoptan dos medidas: La frecuencia máxima se reduce aproximadamente a la mitad. Por ejemplo en el caso de utilizar modulación DMT ADSL G.Lite usa solo hasta el bin 127 (552 KHz), y la modulación más eficiente que emplea es la 256 QAM (8 bits/simbolo). Se reduce la intensidad de la señal ascendente a la cuarta parte, es decir en 6 dB. La señal descendente no plantea problema porque llega ya muy atenuada al teléfono del abonado (recordemos que en el lado de la central sí que hay splitter). Como consecuencia de las modificaciones introducidas en ADSL G.Lite se reduce en cierta medida el rendimiento del sistema. Por ejemplo la modulación más eficiente empleada en DMT transmite 8 bits por símbolo (frente a 16 en ADSL normal). En algunas variantes de ADSL splitterless se han conseguido caudales descendentes de 7 Mb/s. En el sentido ascendente se produce una mayor reducción del caudal debido a la reducción en la potencia de la señal emitida. Ampliación Redes

113 Acceso Residencial de Banda Ancha
Configuración de ADSL G.Lite o ‘splitterless’ Central Telefónica Domicilio del abonado Teléfonos analógicos Red telefónica Switch telefónico Bajas Frecuencias Splitter Altas y bajas Frecuencias Altas Frecuencias Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Internet Modem ADSL (con filtro de bajas frec.) DSLAM (ATU-C) Ampliación Redes

114 Acceso Residencial de Banda Ancha
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). Tanto si se utiliza CAP como DMT los módems ADSL negocian entre sí la forma como van a transmitir los datos (tipo de modulación, anchura de canal en el caso de CAP o uso de los canales en el caso de DMT); una vez pactadas las condiciones éstas permanecían inalterables durante toda la sesión. Sin embargo a veces ocurren modificaciones en la red que mejoran o empeoran las características de la conexión, por ejemplo una interferencia que aparece súbitamente en una frecuencia concreta puede incrementar la tasa de errores de un canal hasta dejarlo inservible. En condiciones normales sería necesario reiniciar los módems para que se produjera una nueva negociación. Con RADSL esto se consigue de forma automática. Los módems están monitorizando continuamente la calidad de la conexión para modificar, en más o en menos, el caudal transmitido. Esto es algo análogo a lo que ocurre con los módems de red conmutada V.34 (28,8 Kb/s) y V.34+ (33,6 Kb/s), que pueden renegociar a mas o a menos la velocidad de la comunicación RADSL es una característica disponible actualmente en la mayoría de las implementaciones de ADSL y de ADSL G.Lite. Ampliación Redes

115 Acceso Residencial de Banda Ancha
Arquitectura de una red ADSL /25 /25 /25 /25 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 Red ATM Red telefónica DSLAM (ATU-C) Internet Router-modem ADSL (ATU-R) En esta figura se muestra un ejemplo completo de cómo se diseñaría la arquitectura de una red ADSL. En primer lugar los usuarios conectarían sus ordenadores al router ADSL, normalmente mediante una conexión Ethernet 10BASE-T. El router ADSL se conecta mediante el par telefónico con la central, donde el DSLAM actúa como módem y conmutador ATM. El DSLAM se coencta mediante la red ATM del operador con un router, que es el que le dará salida a Internet. Cuando el usuario contrata el servicio ADSL con un operador éste constituye un circuito virtual permanente (PVC) ATM tipo CBR, es decir con un caudal constante, si bien normalmente dicho caudal es asimétrico. Dado que diferentes usuarios accederán al router por la misma interfaz se le asigna a cada uno un número de VPI/VCI diferente. Obsérvese que el operador con el que se contrata el servicio ADSL puede no ser el mismo que gestiona el bucle de abonado, puesto que la red ATM permite establecer el PVC a través de distancias arbitrariamente grandes. Una vez constituidos los PVC ya es posible asociar direcciones IP a cada dispositivo. Normalmente se constituye una subred formada por cada interfaz del router y el conjunto de usuarios que dependen de el (en el ejemplo de la figura la /24). Esta es una organización habitual en redes NBMA (Non-Broadcast Multiple Access) como ATM, Frame Relay o RDSI. Ethernet 10BASE-T Bucle de abonado (conexión ADSL) Enlace ATM OC-3 (155 Mb/s) Ampliación Redes

116 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

117 Acceso Residencial de Banda Ancha
Configuración de un router ADSL usando RFC 1483 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 Caudal descendente (bits/s) Caudal ascendente (bits/s) Interfaz ADSL Interfaz Ethernet Ruta por defecto (por la ADSL) Números de circuito ATM asignados por el operador (Virtual Path Identifier y Virtual Circuit Identifier) Indica la forma como se transportan los paquetes IP en celdas ATM (según RFC 1483) Ampliación Redes

118 Acceso Residencial de Banda Ancha
Router Ethernet/ADSL (Cisco 827-4V) Ethernet 10BASE-T (RJ45) ADSL (RJ11) Conexiones telefónicas (RJ11) para voz sobre IP Consola (RJ45) Ampliación Redes

119 Acceso Residencial de Banda Ancha
Conexiones RDSI en UV Internet RedIRIS /30 Red UV ( /16) Terra gordius A /26 por Cisco 7500 ADSL 2000/300 Kb/s /32 (Interfaz loopback) /30 /26 A /0 por roglaro Campus de Burjassot /26 Cisco 827 Joan Roglá /26 Ampliación Redes

120 Acceso Residencial de Banda Ancha
Config. router roglaro con túnel VPN roglaro#show conf ! ! router C827-4V ! IOS version 12.1(5) interface Tunnel0 bandwidth 300 ip address tunnel source ATM0.1 tunnel destination tunnel mode ipip interface Ethernet0 ip address interface ATM0 no ip address no atm ilmi-keepalive pvc 0/16 ilmi bundle-enable dsl operating-mode auto interface ATM0.1 point-to-point description ADSL telefono ip address pvc 8/32 ubr 300 encapsulation aal5snap ip route ip route ATM0.1 Interfaz virtual túnel Caudal ascendente (para métrica de routing) Interfaz física ADSL/ATM Subinterfaz ATM Caudal ascendente (para métrica de routing) IP en la subred ADSL (asignado por operador) No. Circuito ATM (asignado por operador) Caudal ascendente (para gestión de tráfico) Ruta por defecto: enviar todo por Tunnel0 Ruta host para que haga el túnel por ATM0.1 Ampliación Redes

121 Acceso Residencial de Banda Ancha
‘show int’ interfaz ATM/ADSL en roglaro roglaro#show int ATM0 ATM0 is up, line protocol is up Hardware is PQUICC_SAR (with Alcatel ADSL Module) MTU 1500 bytes, sub MTU 1500, BW 640 Kbit, DLY 80 usec, reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255 Encapsulation ATM, loopback not set Keepalive not supported Encapsulation(s): AAL5, PVC mode 11 maximum active VCs, 6 current VCCs VC idle disconnect time: 300 seconds Last input 00:01:20, output 00:00:00, output hang never Last clearing of "show interface" counters never Input queue: 0/75/0/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0 Queueing strategy: Per VC Queueing 5 minute input rate 1000 bits/sec, 1 packets/sec 5 minute output rate 1000 bits/sec, 2 packets/sec packets input, bytes, 0 no buffer Received 0 broadcasts, 0 runts, 0 giants, 0 throttles 0 input errors, 180 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored, 0 abort packets output, bytes, 0 underruns 0 output errors, 0 collisions, 1 interface resets 0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out Máximo caudal ascendente en ADSL Ampliación Redes

122 Acceso Residencial de Banda Ancha
‘show int’ subinterfaz ATM en roglaro roglaro#show int ATM0.1 ATM0.1 is up, line protocol is up Hardware is PQUICC_SAR (with Alcatel ADSL Module) Description: ADSL telefono Internet address is /26 MTU 1500 bytes, BW 300 Kbit, DLY 80 usec, reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255 Encapsulation ATM packets input, bytes packets output, bytes 0 OAM cells input, 0 OAM cells output AAL5 CRC errors : 0 AAL5 Oversized SDUs : 0 Ampliación Redes

123 Acceso Residencial de Banda Ancha
‘show int’ interfaz Ethernet en roglaro roglaro#show int Ethernet0 Ethernet0 is up, line protocol is up Hardware is PQUICC Ethernet, address is fd.4591 (bia fd.4591) Internet address is /26 MTU 1500 bytes, BW Kbit, DLY 1000 usec, reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255 Encapsulation ARPA, loopback not set Keepalive set (10 sec) ARP type: ARPA, ARP Timeout 04:00:00 Last input 00:00:13, output 00:00:02, output hang never Last clearing of "show interface" counters never Queueing strategy: fifo Output queue 0/100, 0 drops; input queue 0/32, 0 drops 5 minute input rate 0 bits/sec, 0 packets/sec 5 minute output rate 0 bits/sec, 0 packets/sec packets input, bytes, 0 no buffer Received broadcasts, 0 runts, 0 giants, 0 throttles 0 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored 0 input packets with dribble condition detected packets output, bytes, 0 underruns(223/314/0) 4 output errors, 537 collisions, 1 interface resets 0 babbles, 0 late collision, 2151 deferred 4 lost carrier, 0 no carrier 0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out Ampliación Redes

124 Acceso Residencial de Banda Ancha
‘show int’ interfaz túnel en roglaro roglaro#show int Tunnel0 Tunnel0 is up, line protocol is up Hardware is Tunnel Internet address is /30 MTU 1514 bytes, BW 300 Kbit, DLY usec, reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255 Encapsulation TUNNEL, loopback not set Keepalive set (10 sec) Tunnel source (ATM0.1), destination Tunnel protocol/transport IP/IP, key disabled, sequencing disabled Checksumming of packets disabled, fast tunneling enabled Last input 00:00:00, output 00:00:00, output hang never Last clearing of "show interface" counters never Queueing strategy: fifo Output queue 0/0, 0 drops; input queue 0/75, 0 drops 5 minute input rate 1000 bits/sec, 2 packets/sec 5 minute output rate 2000 bits/sec, 2 packets/sec packets input, bytes, 0 no buffer Received 0 broadcasts, 0 runts, 0 giants, 0 throttles 0 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored, 0 abort packets output, bytes, 0 underruns 0 output errors, 0 collisions, 0 interface resets 0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out Específico de interfaces Túnel Ampliación Redes

125 Acceso Residencial de Banda Ancha
Configuración router gordius (extremo remoto túnel VPN) show conf ! hostname gordius interface Loopback0 ip address interface Tunnel1 description Tunel a Joan Rogla (ADSL) telefono bandwidth 2000 ip address tunnel source Loopback0 tunnel destination tunnel mode ipip ip route Tunnel1 end Interfaz virtual Loopback0 Interfaz virtual Tunel1 Caudal descendente (2 Mb/s) IP en el otro lado del túnel (como si fuera una línea serie) IP asignada al acceso ADSL de cidero por el operador Ruta hacia la LAN del router ADSL Ampliación Redes

126 Acceso Residencial de Banda Ancha
‘show int’ interfaz loopback gordius gordius# show int Loopback0 Loopback0 is up, line protocol is up Hardware is Loopback Internet address is /32 MTU 1514 bytes, BW Kbit, DLY 5000 usec, rely 255/255, load 1/255 Encapsulation LOOPBACK, loopback not set Last input 00:00:02, output never, output hang never Last clearing of "show interface" counters never Queueing strategy: fifo Output queue 0/0, 0 drops; input queue 0/75, 0 drops 5 minute input rate 0 bits/sec, 0 packets/sec 5 minute output rate 0 bits/sec, 0 packets/sec 0 packets input, 0 bytes, 0 no buffer Received 0 broadcasts, 0 runts, 0 giants, 0 throttles 0 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored, 0 abort packets output, bytes, 0 underruns 0 output errors, 0 collisions, 0 interface resets 0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out Ampliación Redes

127 Acceso Residencial de Banda Ancha
‘show int’ interfaz túnel gordius gordius# show int Tunnel1 Tunnel1 is up, line protocol is up Hardware is Tunnel Description: Tunel a Joan Rogla ADSL telefono Internet address is /30 MTU 1514 bytes, BW 2000 Kbit, DLY usec, rely 255/255, load 1/255 Encapsulation TUNNEL, loopback not set, keepalive set (10 sec) Tunnel source (Loopback0), destination Tunnel protocol/transport IP/IP, key disabled, sequencing disabled Checksumming of packets disabled, fast tunneling enabled Last input 00:00:29, output 00:00:03, output hang never Last clearing of "show interface" counters never Queueing strategy: fifo Output queue 0/0, 5 drops; input queue 0/75, 0 drops 5 minute input rate 0 bits/sec, 0 packets/sec 5 minute output rate 0 bits/sec, 0 packets/sec packets input, bytes, 0 no buffer Received 0 broadcasts, 0 runts, 0 giants, 0 throttles 0 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored, 0 abort packets output, bytes, 0 underruns 0 output errors, 0 collisions, 0 interface resets 0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out Específico de interfaces Túnel Ampliación Redes

128 Acceso Residencial de Banda Ancha
Aplicación de VoIP Red telefónica Valencia Pamplona CATV Línea dedicada ISP1 ISP2 Internet ISP3 RDSI Tarifa Plana ISP4 Zaragoza ADSL Salamanca Llamadas gratis entre oficinas Coste urbano en llamadas desde cualquier oficina hacia teléfonos de Pamplona Ampliación Redes

129 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. ADSL es el miembro más destacado de una familia de tecnologías globalmente conocidas como xDSL. Nos referiremos ahora brevemente al resto de los ‘hermanos’. Todos se caracterizan por no hacer uso de la red telefónica convencional, puesto que emplean una red de datos dispuesta al efecto a partir de la central telefónica con la que conecta el bucle de abonado. La principal ventaja de este tipo de servicios desde el punto de vista del operador radica precisamente en la no utilización de la infraestructura telefónica para la transmisión de los datos.. Ampliación Redes

130 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. En IDSL se utiliza RDSI (ISDN) para transmitir los datos entre el usuario y la central telefónica, empleando a partir de allí una red paralela distinta de la red telefónica. En la central telefónica se instala por ejemplo un router con interfaces RDSI y una conexión ATM o punto a punto para conectar a la red de un ISP. La conexión RDSI está permanentemente establecida entre el equipo del abonado y el router de la central. Al emplear un par telefónico estándar solo es posible utilizar el acceso RDSI básico, que ofrece dos canales B (64 Kb/s) y un canal D (16 Kb/s) de señalización (para las llamadas). Puesto que IDSL es una conexión permanente no requiere canal de señalización, de forma que además de los dos canales B se puede utilizar el canal D para transmitir datos. Esto da una capacidad total de 144 Kb/s. Debido a que la conexión es permanente el acceso RDSI queda inhabilitado para otros fines. Tampoco es posible compatibilizar el servicio IDSL con la voz, ya que RDSI no respeta la franja de 4 KHz necesaria para la telefonía analógica. IDSL, como RDSI, sufre la misma limitación de distancia que ADSL, es decir la longitud máxima del bucle de abonado es de 5,5 Km. La principal ventaja de IDSL es que utiliza una tecnología muy probada y de bajo costo. Sin embargo su baja capacidad y la incompatibilidad con la voz la descartan como una alternativa en el servicio de acceso RBB. Ampliación Redes

131 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. Los desarrollos que desembocaron en todo el conjunto de tecnologías hoy conocidas como xDSL tuvieron su origen a principios de los años 80 en los laboratorios de investigación de la Bell. Lo que entonces se perseguía no era realmente conseguir un acceso residencial de alta capacidad, sino disponer de un mecanismo que permitiera establecer enlaces punto a punto simétricos de alta capacidad para interconectar centrales telefónicas con uno o varios pares de cobre para transmitir por él múltiples conversaciones (por ejemplo un enlace E1 de 2,048 Mb/s puede transmitir 30 conversaciones simultáneamente). El resultado de tales investigaciones fue HDSL, que es la tecnología xDSL más antigua y más extendida, pues es desde hace varios años la técnica habitual para constituir enlaces de 2 Mb/s. Sin embargo HDSL no es una tecnología apropiada para servicios de acceso residencial puesto que requiere dos o tres pares de hilos, en función de la distancia, cosa no disponible normalmente en viviendas. Además HDSL no reserva las bajas frecuencias, por lo que es incompatible con el servicio de voz. Por último HDSL utiliza el mismo rango de frecuencias en ambos sentidos, lo cual lo hace más sensible que ADSL a ecos e interferencias entre el canal ascendente y descendente, así como a problemas de cableado. Ampliación Redes

132 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. Ampliación Redes

133 Acceso Residencial de Banda Ancha
Equipo HDSL de 2 Mb/s Parte frontal Conexión al router (interfaz G.703) Cable de la central (2 pares) Parte posterior Ampliación Redes

134 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. SDSL es similar a HDSL, pero utiliza un par de hilos únicamente; al no repartir la información en varios pares tiene que transmitir frecuencias superiores (con lo cual el alcance se reduce), o un caudal menor, o ambas cosas. Al utilizar solo un par de hilos SDSL resuelve una de las limitaciones que presentaba HDSL como acceso RBB, pero se mantienen las demás objeciones, especialmente la relativa a la incompatibilidad con el servicio de voz. A diferencia de HDSL SDSL no está todavía estandarizado. Ampliación Redes

135 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 m 51,84 – 55,2 Mb/s 1000 m 25,92 – 27,6 Mb/s 1500 m 12,96 – 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) Al hablar de ADSL vimos que la capacidad era función de la distancia, con un máximo de 8,5 Mb/s para distancias de 2,7 Km. VDSL es una técnica análoga a ADSL que permite conseguir capacidades aún mayores cuando las distancias son menores; podemos decir pues que VDSL es el ADSL de cortas distancias. VDSL es algo bastante novedoso que no está aun estandarizado y algunos detalles de su implementación están por decidir. Como en ADSL el caudal máximo en sentido descendente depende de la distancia a cubrir, según se muestra en la transparencia. Para el sentido ascendente se barajan tres posibles alternativas, aunque las primeras versiones de VDSL seguramente incorporarán la asimétrica de baja veocidad. Dado que la mayoría de los abonados se encuentra a mas de 1,5 Km de su central telefónica la implantación de un servicio VDSL requiere instalar equipos de distribución en bastidores de intemperie, en la acera de cada manzana por ejemplo, realizando la conexión por par de cobre a partir de alli. Esta estructura es lo que se denomina Fiber To The Curb (FTTC) o Fibra Hasta La Acera (curb = acera en inglés) de la que hablaremos mas tarde. Ampliación Redes

136 Acceso Residencial de Banda Ancha
Capacidad del bucle de abonado en función de la distancia 60 50 40 30 Capacidad (Mb/s) 20 10 En esta gráfica puede apreciarse la disminución de la capacidad de un enlace VDSL/ADSL con la distancia. El punto de inflexión en la curva a la distancia de 1,4 Km marca el límite máximo de funcionamiento de VDSL. Evidentemente ADSL puede funcionar a distancias menores de 1,4 Km, pero debido a la forma como está diseñado la capacidad máxima ya no aumenta, manteniéndose en torno a 8 Mb/s. 2 3 5 1 4 6 Distancia (Km) Ámbito de ADSL Ámbito de VDSL Ampliación Redes

137 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. Al haberse desarrollado como medio de acceso RBB VDSL utiliza un par de hilos y es compatible con el servicio de voz, como ADSL. Aunque utiliza velocidades superiores, desde el punto de vista técnico VDSL es más sencillo que ADSL ya que las menores distancias reducen considerablemente los problemas técnicos. VDSL se encuentra todavía en proceso de estandarización. Se han realizado algunas experiencias piloto y existe algún servicio comercial en ámbitos muy reducidos, pero realmente aún no se percibe la demanda de capacidades tan elevadas para aplicaciones de acceso residencial. Ampliación Redes

138 Acceso Residencial de Banda Ancha
Comparación de servicios xDSL Servicio Modulación Capacidad desc./asc. (Mb/s) Distancia Max. (Km) Compatible con voz ADSL CAP ó DMT 8/1 5,5 SI ADSL G.Lite 1,5/0,2 IDSL 2B1Q 0,144/0,144 NO HDSL OPTIS 2/2 4,6 SDSL 2B1Q ó CAP 3,0 VDSL Por decidir 13-52/1,6-2,3 ó 13-52/13-52 1,5 Ampliación Redes

139 Acceso Residencial de Banda Ancha
Espectro de las diversas modalidades de xDSL En esta figura se muestra el espectro de la señal generada en los cables por cada una de las técnicas xDSL que hemos descrito. La curva etiquetada T1 AMI corresponde al espectro que genera la señal de una línea T1 convencional (T1 corresponde a una línea de 1,536 Mb/s que es la versión equivalente americana de las líneas E1 de 2 Mb/s en Europa). Ampliación Redes

140 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Básica 256 Kb/s 128 Kb/s 8.017 Class 512 Kb/s 13.966 Premium 2 Mb/s 300 Kb/s 27.328 Ampliación Redes

141 Acceso Residencial de Banda Ancha
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: Información ‘underground’: Ampliación Redes

142 Acceso Residencial de Banda Ancha
Referencias ADSL W. Goralski: ‘Tecnologías ADSL y xDSL’, Osborne McGraw-Hill, 2000. J. Lane: ‘Personal Broadband Services: DSL and ATM’, o también (Muy bueno en ADSL, flojo en ATM). Web del ADSL forum: Web de Alcatel sobre ADSL: ‘Digital Subscriber Line’: (Artículo bastante completo que describe toda la familia de tecnologías xDSL). Ampliación Redes

143 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

144 Acceso Residencial de Banda Ancha
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). FTTC y FTTH son dos etapas en la evolución hacia una red basada en fibra óptica exclusivamente; en cierto modo podemos considerarlas como la continuación del proceso iniciado con las redes HFC. FTTC hace llegar la fibra óptica a la acera, es decir a cada manzana. FTTH es el caso límite. Hace llegar la fibra a cada vivienda. En el interior de ésta se realiza la conversión a cobre en caso necesario. Aunque existen otras variantes, tales como redes FTTB (Fiber To The Building), todas ellas se pueden considerar variantes de FTTC o FTTH. En su conjunto se las denomina redes FTTx. Debido a su elevado coste ninguna de las variantes FTTx ha pasado del nivel experimental. La estandarización de estas redes se encuentra aún en fase de discusión. Ampliación Redes

145 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. En redes FTTC (también llamadas a veces FTTB) la distancia a cubrir por cable de cobre (coaxial o de pares) es normalmente menor de 300 metros. En algún punto de la manzana (por ejemplo un armario de intemperie) se encuentran los dispositivos necesarios para la conversión de señales ópticas a eléctricas, y viceversa. Mientras que en redes HFC la capacidad disponible es compartida por todos los usuarios de la zona, en FTTC se asigna un caudal dedicado a cada vivienda. En este sentido FTTC se asemeja más a redes ADSL o VDSL que a redes CATV. El DAVIC (Digital Audio Visual Council) ha planteado cuatro niveles diferentes (denominados perfiles) de redes FTTC que se diferencian por el caudal que asignan a la vivienda en sentido ascendente y descendente. Ampliación Redes

146 Acceso Residencial de Banda Ancha
Perfiles DAVIC para FTTC Perfil DAVIC Caudal Descendente Caudal Ascendente Cable metálico A 51,84 Mb/s 19,44 Mb/s Coaxial B 1,62 Mb/s Coaxial o telefónico C 25,92 Mb/s D 12,96 Mb/s Ampliación Redes

147 Acceso Residencial de Banda Ancha
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). Es difícil cumplir los requisitos del perfil A de FTTC con la tecnología actual. En cambio los perfiles B, C y D pueden ser satisfechos con VDSL cuando las distancias a cubrir en cobre no superan los 300, 900 ó 1400 metros, respectivamente. La tecnología de redes CATV actual no resulta muy apropiada para las redes FTTC debido a la necesidad de garantizar un caudal determinado a cada vivienda. Por ejemplo para cubrir las necesidades del perfil B sería necesario asignar en descendente un canal de 8 MHz a cada vivienda, y en sentido ascendente un canal de 800 KHz (utilizando en ambos casos las modulaciones más eficientes actualmente disponibles en los estándares DOCSIS). Ampliación Redes

148 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. FTTH es el límite de la evolución de redes HFC. Dentro de las redes FTTH hay dos propuestas: Las redes punto a punto, en que cada vivienda dispone de un caudal propio e independiente del resto. Las denominadas PON (Passive Optical Network) intentan reducir los enormes costos de una red completamente óptica repartiendo el costo del emisor láser de fibra óptica entre varias viviendas. Como consecuencia de esto las viviendas comparten la capacidad disponible. Ampliación Redes

149 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. En FTTH Punto a Punto se utiliza un enlace ATM dedicado de 155 Mb/s para cada vivienda. Es la propuesta de mayor capacidad de todas las tecnologías de acceso RBB en discusión. Se propone un caudal de 155 Mb/s, aunque en realidad el caudal es casi ilimitado al disponer de fibra óptica. Desde el punto de vista tecnológico no aporta ninguna novedad, puesto que utiliza tecnologías estandarizadas muy conocidas y probadas. Los principales problemas que se plantean en su utilización como acceso RBB son: El elevado costo de la optoelectrónica necesaria para el dispositivo transmisor/receptor láser en cada vivienda. Este dispositivo supone él solo un costo varias veces superior al de un cable módem o módem ADSL actual. La elevada cantidad de fibras ópticas necesarias para ofrecer un canal dedicado independiente a cada vivienda. Una solución a este problema podría ser el uso de técnicas de multiplexación densa por longitudes de onda (DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing) si bien aquí de nuevo aparece el inconveniente del elevado costo. Ampliación Redes

150 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. FTTH PON es un compromiso que intenta reducir los elevados costos que tiene FTTH Punto a Punto. Para ello se propone que un conjunto de viviendas (entre 8 y 32) compartan la conexión, de forma que se utilice un solo emisor láser para todo el conjunto. Como consecuencia de esto la capacidad es compartida, por lo que en cierto modo podemos considerar FTTH PON como una variante de red HFC en la que la zona ha sido reducida a 8-32 viviendas y se ha sustituido el cable coaxial por fibra óptica. En FTTH PON se propone utilizar enlaces SONET/SDH de 155 Mb/s en sentido ascendente y de 155 ó 622 Mb/s en sentido descendente. De nuevo en este caso la capacidad podría ser muy superior por lo que al medio físico se refiere. Al utilizar un medio compartido las redes FTTH PON necesitan un protocolo MAC. Ampliación Redes

151 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

152 Acceso Residencial de Banda Ancha
Sistemas inalámbricos fijos LMDS Satélites geoestacionarios Satélites de órbita baja Ampliación Redes

153 Acceso Residencial de Banda Ancha
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) Una de las incorporaciones más recientes a la lista de tecnologías de acceso RBB es la comunicación por microondas de superficie denominada LMDS (Local Multipoint Distribution System). Como su nombre indica este sistema consiste en enviar la señal de radio desde el emisor a diversos puntos, es decir con una antena omnidireccional, por lo que se trata de una emisión tipo broadcast. Debido a la elevada frecuencia utilizada la señal se atenúa con rapidez, por lo que el alcance está limitado a distancias máximas de 3 a 15 Km, según la frecuencia, potencia de los emisores y condiciones ambientales. El servicio LMDS utiliza frecuencias por encima de 20 GHz. A estas frecuencias la emisión es muy direccional y la onda se transmite estrictamente en línea recta, por lo que es preciso tener visión directa entre las antenas. A cambio es fácil disponer de grandes anchos de banda. La información digital se envía normalmente en modulación QPSK ya que es más robusta y dado el ancho de banda disponible no parece necesario recurrir a modulaciones mas eficientes; sin embargo también se utiliza a veces 16-QAM y más raramente 64-QAM. Debido a la rápida atenuación de la señal el alcance es pequeño, y se ve afectado de forma importante por la lluvia. Cualquier objeto que interrumpa la visión (por ejemplo hojas de un árbol movido por el viento) es causa suficiente para cortar la comunicación. Ampliación Redes

154 Factores que influyen en el alcance
Acceso Residencial de Banda Ancha Factores que influyen en el alcance Disponibilidad Tiempo fuera de servicio al año Alcance 99,9 % 8 h 45’ 14 Km 99,99 % 53’ 5 Km 99,999 % 5’ 2,5 Km Disponibilidad: Modulación Bits/símbolo Alcance QPSK 2 10 Km 16-QAM 4 5 Km 64-QAM 6 2,5 Km Modulación: Pluviometría Ejemplo Alcance 400 mm/año Valencia 5 Km 1250 mm/año Oviedo 3 Km Pluviometría: Ampliación Redes

155 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. Ampliación Redes

156 Acceso Residencial de Banda Ancha
LMDS: Configuración punto a punto TDM TDM 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 La tecnología de microondas de LMDS puede utilizarse en configuraciones punto a punto como la que se muestra en esta figura. En este caso podemos decir que no se trata estrictamente de LMDS pues no hay una comunicación multipunto. Las configuraciones punto a punto son equivalentes a todos los efectos a enlaces telefónicos. La capacidad disponible se puede repartir entre varios usuarios o servicios mediante la TDM, utilizando generalmente la jerarquía PDH. Dado que se sabe exactamente la ubicación de los dos puntos a unir se pueden utilizar antenas parabólicas altamente direccionales. Esto tiene la doble ventaja de permitir utilizar potencias más pequeñas y evitar la difusión de ondas electromagnéticas al ambiente, con lo que la misma frecuencia puede ser utilizada en diferentes enlaces, incluso en zonas relativamente próximas entre sí. Ampliación Redes

157 Acceso Residencial de Banda Ancha
LMDS: Configuración multipunto Parabólica 30 cm muy direccional Sector (60º) FDMA Antena sectorial direccional (60º) Retorno vía radio TDM TDMA Antena plana direccional (16x16 cm) solo recepción Estación base En el caso de configuraciones multipunto tenemos una estación base que emite la señal de radio en un sector determinado de acuerdo con el tipo de antena y el diseño de la red. Dentro de un mismo sector podemos encontrar a varios tipos de usuarios que podemos agrupar en dos categorías: los que utilizan el retorno por radio y los que hacen uso del retorno telefónico, para evitar el costo de un equipo transmisor. El usuario de retorno telefónico necesita una antena direccional plana de pequeño tamaño, mientras que el que utiliza el retorno por radio dispone de una antena parabólica de pequeño tamaño. A su vez dentro de los usuarios de retorno por radio podemos distinguir dos tipos, de acuerdo con el protocolo utilizado para dicho retorno. En el caso de utilizar FDMA (Frequency Division Multiple Access) el usuario dispone de un canal de una determinada anchura para su uso exclusivo, por lo que dispone de una capacidad garantizada en la red. En cambio, los usuarios que utilizan TDMA (Time Division Multiple Access) comparten el canal ascendente como en las redes CATV. Como ocurría en las redes CATV será necesario en estos casos implementar un protocolo MAC que resuelva (o evite) las colisiones. La arquitectura de una red LMDS es muy similar a la de una red CATV. Red telefónica (analógica o RDSI) Retorno telefónico Ampliación Redes

158 Acceso Residencial de Banda Ancha
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’) El corto alcance de las ondas LMDS requiere el despliegue de una red de emisores cuando se quiere cubrir una zona tal como una urbanización, casco urbano, etc. El conjunto de emisores configura sobre el terreno una estructura celular. La potencia de cada emisor se ajusta en función de la densidad de población y la orografía del terreno para que cada célula abarque de a viviendas. El interés en mantener células de un tamaño no demasiado grande se debe a que la capacidad de cada célula es compartida por todos los usuarios, tanto en sentido ascendente como en descendente (salvo que se utilice retorno telefónico). Ampliación Redes

159 Acceso Residencial de Banda Ancha
Topología de una red LMDS BSU (Base Station Unit) Fibra óptica H Polarización horizontal V Polarización vertical Ángulo por sector Sectores por BSU 90º 4 60º 6 45º 8 30º 12 22,5º 16 15º 24 Aquí se muestra una red LMDS con células en forma de triángulos equiláteros. La red esta formada por un cetro de operaciones, el NOC, al cual se conectan mediante fibra óptica las estaciones base (BSU). Cada estación base emite seis haces diferentes, cada uno con una apertura de 60º. Obsérvese la alternancia entre polarización vertical y horizontal entre sectores contiguos, de forma que se minimiza la interferencia entre zonas contiguas debido a la reutilización de frecuencias. Es posible reducir el número de estaciones base sin tener que reducir por ello el número de células utilizando ángulos más pequeños por sector. Por ejemplo con sectores de 15º es posible configurar 24 sectores por cada estación base, con lo que éstas se pueden colocar cuatro veces menos estaciones base manteniendo la misma área de cobertura por célula. NOC (Network Operations Center) Ampliación Redes

160 Acceso Residencial de Banda Ancha
Comunicación bidireccional entre estación base y usuario TDMA Antena parabólica V H TDM Unidad exterior BSU (Base Station Unit) NIU (Network Interface Unit) Este esquema muestra un caso de comunicación LMDS con retorno vía radio. Por un lado tenemos la estación base que transmite en seis sectores diferentes. El usuario se conecta mediante una NIU (Network Interface Unit) que dispone de una pequeña antena parabólica. Obsérvese la posibilidad de conectar el teléfono convencional y el decodificador de televisión digital. LMDS aspira a ser una red de servicios integrados, es decir a ofrecer al usuario todas las comunicaciones (voz, datos y vídeo) por un único medio físico. Evidentemente esto no es posible cuando se utiliza retorno telefónico. LMDS también puede suministrar acceso a múltiples canales de televisión analógicos y digitales, como si se tratara de una red de televisión por cable;por esta razón a veces LMDS se denomina ‘la red de cable sin cable’. Ampliación Redes

161 Acceso Residencial de Banda Ancha
Arquitectura de un sistema LMDS BSU: Base Station Unit Red telefónica Unidad de provisión de vídeo DCU: Digital Connection Unit NIU Esta figura muestra otra perspectiva del usuario que se conecta con un enlace de radio bidireccional. Las diversas estaciones base de la red se interconectan con un centro de operación de la red o NOC, equivalente al centro emisor de una red CATV. Dado que la red LMDS suministra el servicio de voz este nodo central dispone de un conmutador conectado a la red telefónica convencional. Por otro lado también dispone de conexión a una serie de proveedores de contenidos de vídeo. Por último el operador también dispondrá normalmente de una conexión a Internet a través de un ISP. La DCU (Digital Connection Unit) se encarga de convertir las tres señales digitales recibidas (voz, vídeo y datos) en señales de banda ancha adecuadas para ser transportadas por el sistema de microondas LMDS en el canal asignado. Internet CPE: Customer Premises Equipment NOC: Network Operations Center Ampliación Redes

162 Multiplexación en LMDS
Acceso Residencial de Banda Ancha 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 En enlaces punto a punto se utiliza multiplexación TDM, lo cual permite que diferentes servicios o usuarios compartan la capacidad del enlace. En enlaces multipunto el canal descendente se organiza también con TDM, siendo la estación base la encargada de repartir la capacidad entre los diferentes usuarios. Para el sentido ascendente (vía radio) se puede utilizar FDMA, asignando un canal a cada usuario, o bien TDMA (Time Division Multiple Access), el protocolo MAC empleado en redes CATV. Ampliación Redes

163 Protocolo MAC ascendente en LMDS multipunto
Acceso Residencial de Banda Ancha Protocolo MAC ascendente en LMDS multipunto Acceso FDMA: TDM NIU 1 NIU 2 NIU 3 BSU FDMA 1 FDMA 2 FDMA 3 Acceso FDMA/TDMA: TDM NIU 1 2 3 FDMA 1 TDMA (compartido) BSU Aquí se muestran gráficamente dos ejemplos; en el primero la capacidad ascendente se reparte entre tres usuarios de forma estática mediante FDMA, asignándole a cada uno una parte de la capacidad disponible. Cuando ese usuario no utiliza su canal ascendente dicha capacidad es desperdiciada. En el segundo caso solo un usuario (NIU1) tiene asignado un canal, mientars que los otros dos (NIU2 y NIU 3) comparten un canal mediante el protocolo MAC TDMA. En este caso cuando uno de ellos no esté utilizando el canal ascendente toda la capacidad podrá ser en principio utilizada por el otro, dando así lugar a un aprovechamiento más eficiente de los recursos. El uso de TDMA está aconsejado en situaciones donde se produce tráficoa ráfagas e irregular, de forma que cada usuario pueda aprovechar una gran capacidad durante breves intervalos de tiempo. En cambio FDMA permite un control más riguroso y una garantía de recursos cuando el tipo de aplicaciones utilizado así lo requiera. Por otro lado la mayor complejidad de TDMA conlleva un mayor overhead debido a la información de control que es necesario manejar y a la posibilidad de que se produzcan colisiones, con la consiguiente pérdida de eficiencia. Ampliación Redes

164 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

165 Acceso Residencial de Banda Ancha
Ejemplo: Virginia Tech (www.lmds.vt.edu) Haz 1, Remoto 1 Museo de Historia Natural Haz 1, Remoto 2 Oficina Gestión de Riesgos HUB o Nodo central Slusher Tower En este mapa de la red LMDS de la Universidad de Virginia se aprecia claramente la emisión de tres haces sectoriales diferentes que constituyen tres células distintas para la comunicación con diversos centros remotos. Haz 2, Remoto 3 Edif. Sist. Información Andrews Ampliación Redes

166 Acceso Residencial de Banda Ancha
Nodo central: Slusher Tower Acceso Residencial de Banda Ancha Modulación: 16 QAM Canal: 8.33 MHz Capacidad: 10,752 Mb/s simétrico Anchura de haz: 30º Interfaces: OC-3 y 10Base-T 12 Kg 4 Kg Unidad Exterior 21 Kg 27 cm 30 cm Unidad Interior Aquí se muestra el equipo que constituye el nodo principal en la red LMDS de la Universidad de Virginia, junto con algunas de sus características técnicas más relevantes. El equipo utiliza canales de 8,33 MHz. Esto permitiría transmitir por ejemplo a 6,5 Msímbolos/s, que con la modulación 16QAM utilizada daría un caudal de 26 Mb/s. Restando a esto el overhead debido al FEC tenemos unos 24 Mb/s. El caudal disponible se presenta al usuario como siete enlaces T1,cada uno con un caudal simétrico de 1,536 Mb/s, o 10,752 Mb/s full dúplex, que equivale a un total de 21,504 Mb/s. 44 cm Ampliación Redes

167 Acceso Residencial de Banda Ancha
Museo de Historia Natural Capacidad: 4,608 Mb/s simétricos (3 enlaces T1). Voz, datos y vídeo sobre un solo enlace Slusher Tower 5 Kg Esta fotografía corresponde a uno de los equipos LMDS remotos que comunica con el nodo LMDS central. Puede apreciarse en la fotografía la pequeña antena parabólica para la comunicación bidireccional, así como la visión directa entre ésta y la antena del nodo principal red. Unidad Exterior Remota Ampliación Redes

168 Estandarización de LMDS
Acceso Residencial de Banda Ancha Estandarización de LMDS IEEE creó el comité en julio de 1999 En abril de 2002 se aprobó el estándar ‘Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems” La arquitectura es más compleja que en otros estándares 802. La seguridad forma parte integral del diseño Ampliación Redes

169 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

170 Acceso Residencial de Banda Ancha
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) Ampliación Redes

171 Acceso Residencial de Banda Ancha
Sistemas inalámbricos fijos LMDS Satélites geoestacionarios Satélites de órbita baja Ampliación Redes

172 Acceso Residencial de Banda Ancha
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) Los satélites geoestacionarios se encuentran a Km de altura. A esta distancia una órbita dura exactamente 24 horas, por lo que estos satélites mantienen su posición relativa en el cielo (de ahí su nombre). Esto los hace especialmente interesantes para las comunicaciones, ya que actúan como repetidores ’colgados del cielo’ que reenvían hacia la tierra la señal recibida desde abajo. Al no necesitar el despliegue de infraestructuras sobre el terreno, los satélites representan una solución interesante cuando se quiere disponer de la conexión con rapidez. Además, dado que pueden cubrir vastas áreas geográficas el costo de la conexión es independiente de la distancia y son apropiados para cubrir zonas con baja densidad de población. Los satélites geoestacionarios se utilizan desde hace bastantes años para comunicaciones. Recientemente se ha popularizado su uso como medio para captar las señales de televisión digital, que utiliza la norma DVB-S (Digital Video Broadcast - Satellite). Gracias a estos desarrollos se han abaratado los componentes para la captura de señales digitales vía satélite, lo cual ha permitido plantear el satélite como alternativa para el acceso RBB. Ampliación Redes

173 Acceso Residencial de Banda Ancha
Huella Eutelsat Las frecuencias utilizadas por los satélites se encuentran dentro del rango de las microondas. A estas frecuencias las señales tienen una elevada direccionalidad, por lo que orientando adecuadamente las antenas se puede elegir con bastante precisión la zona que se desea cubrir. Esto es lo que se denomina la ‘huella’ del satélite. Normalmente se intenta que la huella cubra lo mejor posible las zonas a las que va destinada la emisión. En la figura se muestra una de las huellas del satélite Eutelsat (un satélite puede tener varias huellas, a veces muy diferentes entre sí). Puede observarse que sigue con bastante aproximación el perfil del continente europeo (incluidas las islas Canarias). La huella se muestra mediante curvas isopotenciales, es decir curvas que representan niveles constantes de intensidad de la señal emitida. Así por ejemplo Valencia y Estocolmo, que se encuentran en la curva de 53 dBW, necesitarán una antena de unos 60 cm. En cambio Lisboa, que está en la curva de 50 dBW, recibe una señal de la mitad de potencia (al ser una escala logarítmica 3 dB de diferencia significa la mitad de potencia); por tanto Lisboa necesitará una antena con el doble de ganancia (el doble de superficie) que Valencia o Estocolmo, es decir una antena de unos 60 * 1,414 = 85 cm. Ampliación Redes

174 Acceso Residencial de Banda Ancha
Satélites GEO: Bandas y Frecuencias Para evitar interferencias se usa una banda diferente en subida y bajada (microondas) Banda Anchura (GHz) F. Bajada (GHz) F. Subida Problemas Ejemplos C 0,5 3,7-4,2 5,92-6,42 Interfer. terrestre Intelsat,Telecom Ku 2,0 10,7-12,75 13,0-15,0 Lluvia Astra, Eutelsat, Hispasat, Intelsat, Telecom Ka 3-4 17,7-21,7 27,5-30,5 Lluvia, costo Teledesic (LEO) Dado que generalmente el emisor y receptor de la señal de radio se encuentran en la misma zona geográfica se utiliza para evitar interferencias una frecuencia diferente para las señales de subida y de bajada. Existen varias bandas reservadas a nivel mundial para las comunicaciones vía satélite. En la tabla se muestran las tres más habituales. La banda Ku es la mas utilizada actualmente, aunque la banda Ka con su gran ancho de banda promete grandes capacidades. Ampliación Redes

175 Acceso Residencial de Banda Ancha
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). La banda de frecuencias atendidas por un satélite se divide en canales. Cada canal es atendido por un dispositivo encargado de captar la señal proviniente de la tierra, amplificarla y reenviarla de nuevo hacia la tierra por la frecuencia descendente corrrespondiente (con una potencia típica de entre 50 y 100 vatios). Dicho dispositivo se denomina transponder (o transpondedor). Un satélite moderno puede soportar en torno a 20 transponders. Dado que generalmente un satélite no es capaz de cubrir toda la banda Ku, se suele poner en la misma posición orbital varios satélites de forma que abarquen toda la banda, formando lo que se conoce como una constelación. Para aprovechar mejor la banda y minimizar la interferencia entre canales vecinos se utiliza diferente polarización entre transponders contiguos, por ejemplo horizontal/vertical o circular derecha/circular izquierda. Ampliación Redes

176 Acceso Residencial de Banda Ancha
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). Las emisiones de televisión digital vía satélite se realizan modulando los datos en el canal correspondiente. Una configuración típica es la siguiente: Ancho de banda: 33 MHz Caudal en símbolos: 27,5 Msímbolos/s Modulación: QPSK (2 bits/símbolo) Caudal en bits: 55 Mb/s El caudal de 55 Mb/s es en bruto, que después de descontar el overhead debido al FEC se queda en unos 50 Mb/s. Sobre este caudal se pueden enviar unos diez programas de televisión MPEG-2 simultáneamente. Los datos se envían por el transponder de la misma forma que las señales de televisión digital. Normalmente los aproximadamente 50 Mb/s útiles se dividen en canales de menor capacidad, por ejemplo de 2 o 6 Mb/s, que pueden ser utilizados para enviar información en sentido descendente (es decir hacia el usuario). Ampliación Redes

177 Acceso Residencial de Banda Ancha
Frecuencias y canales de datos en Eutelsat Banda de guarda (5 MHz) 38 MHz 38 MHz 38 MHz 33 MHz 33 MHz 33 MHz Transponder 1 Transponder 2 Transponder 3 Aquí se muestra como se asignan anchos de banda a los transponders y como se definen dentro del transponder varios canales de diferentes capacidades. Como puede verse en la figura la anchura de banda realmente ocupada por cada transponder es superior a 33 MHz debido a las bandas de separación; en realidad el ancho de banda ocupado por cada transponder es de unos 38 MHz. Con una constelación de satélites que abarca la banda Ku completa es posible transmitir en total de 3 a 4 Gb/s de información . Canales de 6 MHz Canales de 2 MHz Ampliación Redes

178 Acceso Residencial de Banda Ancha
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). Las emisiones por satélite son de naturaleza broadcast, por lo que la capacidad de un canal de datos es compartida por todos los usuarios del mismo. El retorno en las comunicaciones vía satélite se hace normalmente por canal telefónico. Es posible realizar el retorno también vía satélite, pero para ello hay que disponer de un equipo transmisor hacia el satélite, lo cual requiere una antena parabólica mayor y resulta excesivamente costoso para aplicaciones residenciales. Ampliación Redes

179 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Las comunicaciones a través de satélite presentan inconvenientes que dependen de la banda utilizada. La banda C se ve afectada por la interferencia de señales terrestres. Las señales de alta frecuencia son absorbidas por el agua, por lo que la recepción en las bandas Ku y Ka se ve afectada por la lluvia. Por último las elevadas frecuencias de la banda Ka requieren equipos costosos, aunque este problema se reduce a medida que dichos equipos se popularizan. El problema mas grave de la comunicación por satélites geoestacionarios es consecuencia de su distancia a la tierra. El viaje de ida y vuelta introduce un retardo adicional de 240 ms o mas (480 ms si el retorno se realiza también por satélite). Esto impide o dificulta mucho el unos de aplicaciones interactivas como videoconferencia o vídeo bajo demanda. Con el protocolo de transporte más utilizado en Internet, TCP, este retardo limita el rendimiento máximo a valores entre 1 y 2 Mb/s, salvo que se utilicen versiones modificadas de TCP (la denominada ventana extendida). Pero estas modificaciones han de estar disponibles en el TCP de los dos hosts que participan en la comunicación para que sean efectivas. La puesta en órbita y mantenimiento de satélites son labores muy costosas, lo cual repercute en los costos de los servicios. Por último el retorno telefónico (que es lo normal en las conexiones vía satélite) encarece las conexiones permanentes. Ampliación Redes

180 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Como un ejemplo de servicio RBB vía satélite comentamos aquí el servicio Astra-Net. En este caso se utiliza retorno telefónico, por lo que al costo de suscripción del servicio hemos de añadir el de la conexión telefónica. En sentido descendente se puede disponer de un caudal de 64 a 400 Kb/s. Ampliación Redes

181 Acceso Residencial de Banda Ancha
Servicio ASTRA-NET con retorno telefónico Acceso Residencial de Banda Ancha Este esquema muestra el funcionamiento del servicio de acceso vía satélite con retorno telefónico, que se asemeja bastante a las redes CATV con retorno telefónico. Ampliación Redes

182 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 transmisor/receptor del satélite acoplado en tarjetas especiales en un PC que actúa como router. Astra también ofrece un servicio denominado Astra Broadband Interactive con retorno por satélite. En este caso se ofrece un caudal descendente de hasta 38 Mb/s, aunque el máximo por sesión TCP es de 1,6 Mb/s (por el problema del tamaño de ventana de TCP). En ascendente se anuncia un caudal de hasta 2 Mb/s. La antena parabólica es en este caso de mayor diámetro ya que se requiere transmitir hacia el satélite. Dados los costes del equipamiento necesario no podemos calificar este servicio como una opción para el acceso residencial, siendo este un servicio pensado para empresas. Ampliación Redes

183 Acceso Residencial de Banda Ancha
Servicio bidireccional vía satélite La comunicación vía satélite bidireccional se asemeja a las redes CATV HFC; en este caso el canal de retorno vía satélite compartido requiere el uso de protocolos MAC para resolver los conflictos que se producen cuando dos clientes transmiten a la vez. En la figura se representa un ejemplo de comunicación entre varios ordenadores utilizando en ambos sentidos la comunicación vía satélite. Ampliación Redes

184 Acceso a Internet vía satélite (Astra)
Acceso Residencial de Banda Ancha Acceso a Internet vía satélite (Astra) Servicio  Satnode DSL Básico (simplex) Satnode DSL Avanzado (simplex) Two-Way.2 Básico (dúplex) Two-Way.2 Avanzado (dúplex) Descendente 512 Kb/s 768 Kb/s 400 Kb/s Ascendente Retorno Telefónico 150 Kb/s CIR 1/10 1/8 1/4 Equipamiento 500 € 2.500 € Cuota alta 25 € 180 € Cuota mensual 58 € 92 € 140 € 165 € Fuente: Ampliación Redes

185 Acceso Residencial de Banda Ancha
Sistemas inalámbricos fijos LMDS Satélites geoestacionarios Satélites de órbita baja Ampliación Redes

186 Acceso Residencial de Banda Ancha
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). Recientemente han aparecido diversos sistemas de comunicaciones basados en los denominados satélites de órbita baja o satélites LEO (Low Earth Orbit), con órbitas de alturas entre 750 y 1500 Km. Como consecuencia de su poca altura los satélites LEO tienen una serie de características que les diferencian de los GEO: Debido a su poca altura introducen un bajo retardo, del orden de 10 ms como máximo. Por consiguiente no es necesario modificar el software para su eficiente funcionamiento. La menor altura permite utilizar una menor potencia en las emisiones; esto reduce el costo de los equipos necesarios para una comunicación bidireccional a través del satélite. Las huellas son más pequeñas, con lo que las zonas de emisión broadcast son menores. La principal desventaja estriba precisamente en el hecho de no ser estacionarios, por lo que para disponer de un servicio permanente es necesario poner en órbita conjuntos de satélites, conocidos como constelaciones. Ampliación Redes

187 Acceso Residencial de Banda Ancha
Comparación satélites LEO Frec. Asc. (GHz) Frec. Desc. (GHz) Nº Satel. Órbita (Km) Caudal max. Puesta en marcha Conmu- tación Globalstar 1,61-1,626 2,483-2,5 48 (6x8) 1414 9,6 Kb/s 2000 Tierra Iridium 1,616-1,625 66 (11x6) 750 4,8 Kb/s Satélite Teledesic 28,6-29,1 18,8-19,3 288 (24x12) 1375 64/2 Mb/s Desc./asc. 2005 En esta tabla se muestran las principales características de los sistemas de satélites LEO en marcha o previstos. De todos ellos el único que nos interesa desde el punto de vista de RBB es el llamado Teledesic, que prevé entrar en funcionamiento en el 2004. Teledesic estará formado por 24 anillos de 12 satélites cada uno. Se utilizará una subbanda de 500 MHz dentro del rango correspondiente a la banda Ka, y se prevé poder ofrecer caudales de 64 Mb/s en sentido descendente y 2 Mb/s en sentido ascendente. Ampliación Redes

188 Acceso Residencial de Banda Ancha
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. La peculiaridad mas interesante de Teledesic es que se prevé que la constelación de satélites funcione como una red de conmutación de paquetes no orientada a conexión; la ruta seguida por cada datagrama vendrá fijada por el protocolo de routing, que de forma dinámica calculará la ruta óptima a seguir en el cielo según el tráfico y otros factores. Esta forma de funcionamiento sirve también como medida de salvaguardia ante el eventual fallo de algún satélite, o para resolver situaciones de saturación que puedan producirse en algunas rutas. Ampliación Redes

189 Acceso Residencial de Banda Ancha
Funcionamiento de la ‘constelación’ Teledesic En esta animación se muestra el funcionamiento de la constelación Teledesic. Para evitar que la comunicación se interrumpa cuando el satélite se pierde en el horizonte se construyen constelaciones de satélites, de forma que siempre haya uno a la vista. Una vez en el satélite la información se transmite hacia el satélite mas próximo al destinatario y se le envía directamente. Ampliación Redes

190 Acceso Residencial de Banda Ancha
Referencias satélites Geoestacionarios: Servicios IP: Astra: Eutelsat: Equipos de acceso a Internet por satélite con tecnología DVB: (MDS) De órbita baja: Teledesic: (Ver también Ampliación Redes

191 Acceso Residencial de Banda Ancha
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 Ampliación Redes

192 Acceso Residencial de Banda Ancha
Comparación de las diversas tecnologías Tecnología Ventajas Inconvenientes CATV Capacidad Fiabilidad Cobertura limitada Medio compartido Requiere densidad elevada Fuerte inversión inicial Estándares en evolución ADSL Ubicuidad (cable de pares) Medio dedicado Estándares consolidados Limitación distancia (5 Km) Disponibilidad incierta (5 %) Incompatible RDSI LMDS Rapidez despliegue Densidad media Necesidad visión directa Disponibilidad/Fiabilidad Costo CPE Satélites GEO Despliegue inmediato Densidad baja Amplia cobertura Independiente distancia Costo (o retorno telefónico) LEO ¿Costo? Ampliación Redes

193 Acceso Residencial de Banda Ancha
Fuente: Ampliación Redes


Descargar ppt "Tema 6 Acceso Residencial de Banda Ancha"

Presentaciones similares


Anuncios Google