Redes de banda ancha.
La Red de Acceso abarca los elementos tecnológicos que soportan los enlaces de telecomunicaciones entre los usuarios finales y el último nodo de la red. A menudo se denomina lazo de abonado o simplemente la última milla. Sus principales componentes son: los medios de comunicación (par de cobre, cable coaxial, fibra óptica, canal radioeléctrico) y los elementos que realizan la adecuación de la señal a los mismos. Se estima que existan alrededor de 1100 millones de accesos fijos y 1000 millones de accesos móviles. El lazo local, sin lugar a dudas, constituye un punto de mira de los científicos, tecnólogos y economistas en la búsqueda de alternativas para incrementar el aprovechamiento del espacio de señal dentro de los medios de transmisión, a un precio que permita la asimilación por los abonados finales, aprovechándose de la creciente necesidad de ancho de banda para la satisfacción de las necesidades naturales o inducidas de información, comunicación y entretenimiento en que la época actual nos sumerge.
Tecnologías de acceso a la red.La necesidad de ancho de banda ha hecho nacer varias tecnologías de acceso de banda ancha: DSL (Línea de Abonado Digital) en todas sus formas simétricas y asimétricas, utiliza la infraestructura de cobre para dar servicios a velocidades de hasta algunos megabits por segundo; LMDS, los servicios locales de distribución multipunto ofrecen velocidades de banda ancha a usuarios residenciales y a profesionales independientes (SOHO) vía tecnología inalámbrica; CMTS (Sistema de terminación de módem por cable) emplea el cable coaxial para entregar servicios digitales a muchos usuarios; UMTS, fue concebido para servicios de voz y de datos de tercera generación.
A pesar de las enormes diferencias entre estas tecnologías, todas ellas se caracterizan por el aumento de la velocidad de transferencia de datos al usuario final en un orden de magnitud muy superior en comparación con las soluciones de banda estrecha que les precedieron. En consecuencia, todas abren la puerta a un conjunto amplio de nuevos servicios.
De forma general, en documentos especializados se acostumbra a clasificar las redes de acceso en cuatro grupos principales según el medio de soporte: par trenzado, fibra/coaxial, inalámbrico, y todo fibra.
Las tecnologías xDSL en la red de acceso.
La tecnología xDSL, surge por la necesidad de aumentar la capacidad de transmisión del par de cobre. Hace referencia a toda la familia DSL las cuales utilizan técnicas de modulación modernas ayudadas por los avances en el procesamiento digital de señales para lograr transmitir a altas velocidades sobre el lazo de abonado local. En la siguiente tabla se muestra un resumen comparativo entre algunas de las tecnologías xDSL.
Tipo
de DSL
|
Simétrico/
Asimétrico
|
Distancia de la línea (m)
|
Velocidad Descendente (Mbps)
|
Velocidad
Ascendente
(Mbps)
|
IDSL
|
Simétrico
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5400
|
0.128
|
0.128
|
SDSL
|
Simétrico
|
3000
|
1.544
|
1.544
|
HDSL (2 pares)
|
Simétrico
|
3600
|
1.544
|
1.544
|
SHDSL
|
Simétrico (1 par)
|
1800
|
2.312
|
2.312
|
Simétrico (2 pares)
|
1800
|
4.624
|
4.624
|
|
ADSL G.lite
|
Asimétrico
|
5400
|
1.5
|
0.512
|
ADSL
|
Asimétrico
|
3600
|
8
|
0.928
|
VDSL
|
Asimétrico
|
300
|
52
|
6
|
Simétrico
|
300
|
26
|
26
|
|
Asimétrico
|
1000
|
26
|
3
|
|
Simétrico
|
1000
|
13
|
13
|
El DSLAM (Multiplexor de Acceso DSL) es un equipo ubicado en la central que agrupa gran número de tarjetas, cada una de las cuales consta de varios módems ATU-C, y que además concentra el tráfico de todos los enlaces ADSL hacia la red WAN. Su utilización favoreció el despliegue de ADSL, al requerir menos espacio en las centrales.
Aplicación
|
Sentido descendente
|
Sentido ascendente
|
ADSL
|
VDSL
|
Acceso
a Internet
|
400 Kbps-1.5 Mbps
|
128 Kbps-640 Kbps
|
Sí
|
Sí
|
Web
Hosting
|
400 Kbps-1.5 Mbps
|
400 Kbps-1.5 Mbps
|
Sólo
en la actualidad
|
Sí
|
Video
conferencia
|
384 Kbps-1.5 Mbps
|
384 Kbps-1.5 Mbps
|
Sólo
en la actualidad
|
Sí
|
Video
bajo demanda
|
6 Mbps-18 Mbps
|
64 Kbps-128 Kbps
|
Sólo
en la actualidad
|
Sí
|
Video
interactivo
|
1.5 Mbps-6
Mbps
|
128 Kbps-1.5
Mbps
|
Sólo
en la actualidad
|
Sí
|
Telemedicina
|
6 Mbps
|
384 Kbps-1.5 Mbps
|
Sólo
en la actualidad
|
Sí
|
Aprendizaje
a distancia
|
384 Kbps-1.5 Mbps
|
384 Kbps-1.5 Mbps
|
Sólo
en la actualidad
|
Sí
|
TV
digital múltiple
|
6 Mbps-24 Mbps
|
64 Kbps-640 Kbps
|
Sólo
en la actualidad
|
Sí
|
VoD
múltiple
|
18 Mbps
|
64 Kbps-640
Kbps
|
No
|
Sí
|
TV
de alta definición
|
16 Mbps
|
64 Kbps
|
No
|
Sí
|
Servicios de video basados en VDSL
Pasarela de Voz
El empleo de POTS, con los estándares americanos en su primera versión; y en un futuro incluir una versión internacional. El uso de la interfaz GR-303 para la conexión a un conmutador de voz Clase-5. El uso de la funcionalidad provista por Telcordia TR-57 desde la interfaz telefónica en el lado del cliente, con la calidad de voz especificada en Telcordia TR-909. Uso de un PVC dedicado para múltiples llamadas de voz entre el cliente y la red. El uso de AAL2 como se define en la recomendación I.366.2 de la ITU-T “Subcapa de convergencia específica de servicio de capa de adaptación del modo transferencia asíncrono tipo 2 para troncalización”. El uso de AAL2 como se define en la especificación del ATM Forum VTOA-0113.000 Uso de troncalización ATM con AAL2 para servicios de banda estrecha, como el establecido en Enero/99 Uso del LES definido en el grupo VMOA del ATM Forum.
En sentido ascedente la capacidad es reducida a 149.19 Mbps debido a que hay 3 bytes de overhead por celda ATM. En adición a estos 3 bytes por celda, existen también celdas PLOAM, donde la tasa de las mismas está definida por la OLT para cada ONT, dependiendo de la funcionalidad requerida. La tasa mínima de celdas PLOAM en esta dirección es una celda cada 100 ms. Esto equivale a una PLOAM cada 655 tramas, lo cual resulta despreciable. Los 3 bytes de overhead contienen un campo Periodo de guarda con un mínimo de 4 bits para proveer la distancia suficiente en tiempo entre dos celdas consecutivas para prevenir colisiones con celdas de otras ONT. La longitud de este campo es de hecho programable por la OLT. Un campo Preámbulo es usado para sincronización de bit y recuperación de la amplitud. El campo Delimitador es un patrón único que indica el comienzo de la celda ATM, que puede utilizarse para efectuar la sincronización de octeto.
Beneficios de la APON
Pasarela de Voz
El empleo de POTS, con los estándares americanos en su primera versión; y en un futuro incluir una versión internacional. El uso de la interfaz GR-303 para la conexión a un conmutador de voz Clase-5. El uso de la funcionalidad provista por Telcordia TR-57 desde la interfaz telefónica en el lado del cliente, con la calidad de voz especificada en Telcordia TR-909. Uso de un PVC dedicado para múltiples llamadas de voz entre el cliente y la red. El uso de AAL2 como se define en la recomendación I.366.2 de la ITU-T “Subcapa de convergencia específica de servicio de capa de adaptación del modo transferencia asíncrono tipo 2 para troncalización”. El uso de AAL2 como se define en la especificación del ATM Forum VTOA-0113.000 Uso de troncalización ATM con AAL2 para servicios de banda estrecha, como el establecido en Enero/99 Uso del LES definido en el grupo VMOA del ATM Forum.
En sentido ascedente la capacidad es reducida a 149.19 Mbps debido a que hay 3 bytes de overhead por celda ATM. En adición a estos 3 bytes por celda, existen también celdas PLOAM, donde la tasa de las mismas está definida por la OLT para cada ONT, dependiendo de la funcionalidad requerida. La tasa mínima de celdas PLOAM en esta dirección es una celda cada 100 ms. Esto equivale a una PLOAM cada 655 tramas, lo cual resulta despreciable. Los 3 bytes de overhead contienen un campo Periodo de guarda con un mínimo de 4 bits para proveer la distancia suficiente en tiempo entre dos celdas consecutivas para prevenir colisiones con celdas de otras ONT. La longitud de este campo es de hecho programable por la OLT. Un campo Preámbulo es usado para sincronización de bit y recuperación de la amplitud. El campo Delimitador es un patrón único que indica el comienzo de la celda ATM, que puede utilizarse para efectuar la sincronización de octeto.
Beneficios de la APON
La APON está basada en una planta exterior óptica completamente pasiva. En general, la planta de fibra requiere menos mantenimiento que la planta de cobre. La vida esperada de la fibra es más larga que la del cobre desde el punto de vista físico y de la capacidad, por lo que los portadores se benefician al reducir sus costos, permitiendo bajar los precios a los abonados.
Al no haber componentes activos entre la central y el usuario, la fiabilidad de la red es alta y los costes de mantenimiento bajos.
Una única fibra puede ser compartida por hasta 64 usuarios en una implementación APON, proporcionando de este modo importantes ahorros de coste.
Desde la perspectiva de la central, la APON es una tecnología punto a multipunto, que reduce el número de interfaces ópticas requeridas en la OLT en un factor de hasta 64, en comparación con los sistemas punto a punto. La naturaleza TDMA del protocolo de la APON proporciona una concentración inherente. Solamente cuando una ONT tiene datos para enviar, requiere tiempo de transmisión a la OLT. Debido a la distribución estadística del tráfico de datos, esta técnica permite a los usuarios acceder a un mayor ancho de banda cuando lo necesitan del que sería posible con implementaciones TDM.
APON utiliza ATM como protocolo de nivel 1, haciendo que todas sus capacidades de QoS queden a disposición de servicios como voz, transporte de redes de área local, y video, esto de acuerdo a los acuerdos de nivel de servicio (SLAs). Aún más, la capacidad entre la OLT y cada ONT puede ser proporcionada por software. Esto significa que cuando los requerimientos de un usuario cambian, la oferta de servicios puede modificarse sin necesidad de enviar un técnico al domicilio del usuario para actualizar el servicio.
Debido a que el sistema está basado en ATM, un solo sistema de gestión puede completamente brindar el ancho de banda extremo a extremo, ahorrando en operaciones y mantenimiento. Además, si la interfaz de servicios es una LAN de alta velocidad como 10/100Base-T, donde el circuito ATM constituye el factor limitante al ancho de banda, este ancho de banda se podrá incrementar en el tiempo hasta las limitaciones de la interfaz física ATM. Por ejemplo, si un negocio pequeño necesita solo 1 Mbps de capacidad y en futuro requerirá 2 Mbps, entonces el proveedor sólo proporcionará una tasa mayor al ATM PVC, en vez de establecer más líneas T1 sobre cobre (como se hace aún en la actualidad).
Comparación de la tecnología con xDSL
La técnica ADSL, por su carácter asimétrico, se adapta mejor al mercado residencial por lo que ha sido la más extendida a nivel mundial. Ésta va a ser objeto de análisis al igual que VDSL, que se puede emplear tanto en el sector residencial como en el corporativo.
ADSL.
El ADSL es una técnica para la transmisión de datos a gran velocidad sobre el par de cobre. Una diferencia entre el esquema de modulación empleado por ella y las usadas por los módems en banda vocal (V.32 a V.90), es que estos últimos sólo transmiten en la banda de frecuencias usada en telefonía (300 Hz a 3400 Hz), mientras que los módems ADSL operan en un margen de frecuencias mucho más amplio que va desde los 24 KHz hasta los 1104 KHz, aproximadamente. Esto hace que el ADSL pueda coexistir en un mismo lazo de abonado con el servicio telefónico, pues no se solapan sus intervalos de frecuencia, cosa que no es posible con un módem convencional pues opera en banda vocal, la misma que la telefonía, lo que constituye otra diferencia de gran importancia.
Funcionamiento y características de ADSL
Al tratarse de una modulación asimétrica, o sea, en la que se transmiten diferentes caudales en los sentidos Usuario-Red y Red-Usuario, el módem ADSL situado en el extremo del usuario es distinto del ubicado al otro lado del lazo, en la central local.
Este dispositivo no es más que un conjunto de dos filtros: uno paso alto y otro paso bajo. La finalidad de estos filtros es la de separar las señales transmitidas, o sea, las señales de baja frecuencia (telefonía) de las de alta frecuencia (ADSL).
En una primera etapa coexistieron dos técnicas de modulación para el ADSL: CAP (Carrierless Amplitude/Phase, Modulación de fase y amplitud con supresión de portadora) y DMT (Discrete MultiTone, Modulación multitono discreto). Finalmente los organismos de estandarización (ANSI, ETSI e ITU) optaron por la solución DMT. Básicamente consiste en el empleo de múltiples portadoras y no sólo una, que es lo que se hace en los módems de banda vocal. Cada una de estas portadoras (denominadas subportadoras) es modulada en cuadratura (modulación QAM) por una parte del flujo total de datos que se van a transmitir. Estas subportadoras están separadas entre sí 4,3125 KHz, y el ancho de banda que ocupa cada subportadora modulada es de 4 KHz. El reparto del flujo de datos entre subportadoras se hace en función de la estimación de la relación Señal/Ruido en la banda asignada a cada una de ellas. Cuanto mayor es esta relación, tanto mayor es el caudal que puede transmitir por una subportadora. Esta estimación de la relación Señal/Ruido se hace al comienzo, cuando se establece el enlace entre el ATU-R y el ATU-C, por medio de una secuencia de entrenamiento predefinida.
La técnica de modulación usada es la misma tanto en el ATU-R como en el ATU-C. La única diferencia consiste en que el ATU-C dispone de hasta 256 subportadoras, mientras que el ATU-R sólo puede disponer como máximo de 32. El algoritmo de modulación se traduce en una IFFT (Transformada Rápida de Fourier Inversa) en el modulador, y en una FFT (Transformada Rápida de Fourier) en el demodulador situado al otro lado del enlace. Estas operaciones se efectúan fácilmente por el núcleo del módem al desarrollarse sobre un DSP; las mismas se describen a continuación:
Las últimas modificaciones a los estándares sobre ADSL han llevado al desarrollo de una nueva generación de módems capaces de transmitir hasta 8,192 Mbps en sentido descendente y hasta 0,928 Mbps en sentido ascendente. La separación de los trayectos en ADSL se efectúa por Multiplexación por División en Frecuencias (FDM) o por Cancelación de Eco, siendo esta última la que se ha impuesto.
Servicios de vídeo sobre ADSL
La arquitectura de servicios de video punto a punto ofrece la provisión de nuevas aplicaciones de servicios de video entre las que se incluyen televisión de difusión, VoD, servicio de video personalizado estilo VCR (Video Cassette Recorder), difusión interactiva y comercio por TV (T-Commerce).
El suministro de servicios de video que usan tecnología ADSL es una alternativa competitiva para la próxima generación de TV interactiva por infraestructuras de cable y de satélites. La red ADSL es punto a punto desde el DSLAM al abonado, suministrando un enlace dedicado en los dos sentidos al abonado.
En la dirección descendente, sólo se entrega al abonado el contenido de video seleccionado, tanto como canal de TV de difusión, como programa VoD. El ADSL da más escalabilidad que los servicios ofrecidos por cable y satélite, los cuales llegan hasta aproximadamente 500 canales de emisión. Una red ADSL puede ofrecer alrededor de mil canales. (Teóricamente no hay límite, ya que la última milla es un enlace dedicado).
VDSL
La necesidad imperante de enviar servicios de banda ancha sobre la red de banda estrecha existente, ha hecho que la mayoría de los portadores hayan invertido en la distintas tecnologías DSL. Una gran parte de ellos, ofrecen el servicio ADSL. El estándar ADSL provee velocidades de hasta 8 Mbps en sentido descendente y 928 Kbps en sentido ascendente sobre distancias por encima de los 5 Km. La mayoría de las instalaciones ADSL soportan el estándar G.Lite el cual presenta velocidades de 1.5 Mbps y 512 Kbps en sentido descendente y ascendente respectivamente. Mientras ADSL permite acceso a Internet de alta velocidad, no se considera capaz de poder entregar servicios integrados que incluyan video, esto debido a que las líneas de abonado son generalmente grandes.
Una alternativa para alcanzar altas velocidades de transmisión de datos, es la combinación de cables de fibra óptica alimentando a las unidades ópticas de red (ONU, Optical Network Units) en los sectores residenciales con la conexión final a través de la red telefónica de cobre. Dentro de éstas topologías se incluyen las llamadas FTTx (fiber-to-the, Fibra hasta), donde se llega con fibra a localidades cercanas al usuario final. Aquí podemos encontrar a FTTCab (hasta el gabinete), FTTB (hasta el edificio) y FTTC (hasta la acera).
El objetivo original de ADSL fue el envío de un conjunto completo de servicios de banda ancha para usuarios residenciales. La realidad es que ADSL es una tecnología de solo Internet. La siguiente tabla ilustra que en grandes distancias, ADSL se ve limitado en el envío de un complemento completo de servicios de banda ancha. VDSL, por otro lado, se adapta mejor para el envío de estos servicios en el presente y en el futuro. Las comparaciones realizadas están basadas en el estándar ADSL de la UIT-T de 6 Mbps y 640 Kbps
VDSL tiene la capacidad de soportar difusión de TV digital, VoD y HDTV sobre el par de cobre estándar. El equipamiento terminal puede ser ubicado centralmente o distribuido a través de la red, transportando ancho de banda garantizado sobre ATM al nodo de acceso local. Todos los canales de programación disponibles se conmutan en el nodo de acceso y son transportados hacia las premisas del cliente vía VDSL. Hoy, las compañías de cable, envían video analógico, existiendo una transición hacia el video digital. Estos sistemas pueden ser actualizados para soportar VoD y requerirían una reconstrucción para soportar HDTV. Mientras, los operadores de DBS pueden ofrecer servicios de video digital y HDTV, pero sus sistemas no soportan VoD o servicios de Internet. En cambio, VDSL, además de video digital y servicios Internet, también soporta servicios de video interactivo, Web TV, e-commerce, videoconferencia, y video games, representado un conjunto de servicios no disponibles por los operadores de cable o DBS.
Proveer acceso a Internet de alta velocidad, es de esencial valor para los usuarios residenciales, negocios medianos, etc. Tecnologías DSL como ADSL y G.Lite, pueden satisfacer los requerimientos de las actuales aplicaciones de Internet, pero la rápida evolución a nuevas aplicaciones con necesidad de mayor ancho de banda, hará que éstas ya no sean adecuadas. En cambio, VDSL tiene la capacidad para soportar las aplicaciones de hoy y del mañana. Con el crecimiento de Internet, ha aumentado el backbone ATM, siendo ATM la tecnología preferida por el FSAN para manejar la creciente carga de la red y soportar aplicaciones de misión crítica. La arquitectura ATM fue escogida porque ella habilita a una única red ATM soportar todas las aplicaciones, transportando datos, voz y video, en vez de enviarlos a ellos hacia redes distintas e incompatibles. La combinación de VDSL y ATM proporcionará los servicios Internet de hoy y una arquitectura que soportará las aplicaciones emergentes del mañana.
Un servicio clave para todos los operadores es el servicio telefónico. VDSL, soporta el servicio POTS, y además de esta funcionalidad ofrece otras adicionales, como el envío de canales voz sobre el mismo par de cobre. Las tecnologías voz sobre IP (VoIP), voz telefónica sobre ATM (VToA) y el servicio de emulación de lazo local (LES) proveen servicios de telefonía de calidad estándar sobre una red digital. Debido al hecho de que ATM puede transportar comunicaciones basadas en IP, ATM over VDSL soportará tales estándares de telefonía digital. El mayor ancho de banda provisto por VDSL proporcionará un mayor envío de canales de voz que VoDSL, donde el ancho de banda constituye también una limitante. Los operadores de cable están entrando al mercado de voz usando tales tecnologías, pero presentan un problema al no proveer servicios POTS. Por tanto, la nueva clase de operadores de telecomunicaciones que proveen servicios POTS y telefonía digital, acceso a Internet, y servicios de video digital representa la principal ventaja sobre los operadores de cable y DBS.
VoDSL
Tras el éxito inicial del ADSL, llegó a ser obvio que éste podría utilizarse para ofrecer líneas de voz múltiples, así como un mayor abanico de servicios dirigidos a mercados específicos. Esto es posible gracias al gran ancho de banda intrínseco del ADSL, el apoyo facilitado por los progresos en la compresión de la voz, el cancelador de eco y las tecnologías de procesamiento de señales digitales, así como, por las tecnologías de silicio en general.
ADSL ofrece un gran ancho de banda para datos, parte del cual se puede utilizar para ofrecer servicios adicionales de voz, integrados con los servicios de datos. Las técnicas empleadas para transportar voz y datos de manera integrada sobre DSL, ya sea ADSL o SHDSL, están referidas a Voz sobre DSL (VoDSL).
VoDSL es una tecnología que utiliza la infraestructura de cobre existente para proveer servicios de voz de calidad en formato paquete, a la vez que permite el soporte de una gran variedad de aplicaciones de datos.
El número de líneas de voz en el circuito depende del nivel de compresión aplicado y de la velocidad del enlace. En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos sobre lo anterior.
Con VoDSL, se abren dos grandes mercados de interés para los proveedores de servicios. El primero es el de los negocios de pequeño y mediano tamaño, ya que un porcentaje significativo de éstos necesitan ser capaces de recibir y enviar datos a una velocidad aproximada de 500 Kbps. Las necesidades de voz para este tipo de clientes se encuentran normalmente entre las cuatro y las doce líneas de teléfono salientes, que comúnmente se efectúan por el sistema de arrendamiento de líneas usando la tecnología TDM, por ejemplo, circuitos E1 o T1. Utilizando por ejemplo, el código simple de voz ADPCM (Adaptative Differential Pulse Code Modulation) en los momentos pico estas líneas de teléfono solamente consumen entre 128 y 256 Kbps del ancho de banda de ADSL, que normalmente supera los 2 Mbps en dirección descendente y los 500 Kbps en dirección ascendente.
El segundo segmento de mercado se centra en los usuarios residenciales, donde se puede utilizar la tecnología VoDSL para ahorrar en los pares de cobre. Incluso, un porcentaje de los usuarios residenciales puede encontrar interesante tener una segunda línea en la mesa de trabajo donde haya una terminación ADSL y un PC. Esta segunda línea de voz se puede, por ejemplo, utilizar para conectarse a una centralita privada (PBX) corporativa, mientras la conexión para datos hacia la LAN, usando la PC, se facilita a través del ADSL.
Equipamiento del cliente
Se destacan los teléfonos, centralitas privadas (PBX), fax, módem, PC, LAN, entre otros.
Dispositivo de Acceso Integrado (IAD)
En los domicilios de los clientes, un IAD proporciona una interfaz de datos (ej. Ethernet) y varias interfaces de voz (ej., conectores RJ11 para POTS). El IAD incluye las funciones de un módem DSL y a la vez es el encargado de la conversión de las señales de voz analógicas en el lado del usuario a las señales de voz transportadas por AAL2/ATM en el lado de la red. Todos los flujos de la banda de voz (típicamente entre 2 y 32) están multiplexados sobre una única conexión virtual dedicada AAL2/ATM hasta la pasarela de voz. El equipamiento del cliente (CPE, customer premises equipment) prioriza los paquetes de voz sobre los de datos para asegurar la calidad de la voz y después se dispone a enviarlos sobre la línea DSL.
El IAD debe, además, efectuar protocolos de señalización hacia la pasarela de voz para indicar cuándo están presentes llamadas de voz en los flujos de AAL2/ATM. Los flujos de AAL2/ATM que transportan voz se multiplexan junto con la señalización para controlar los flujos de voz y otros datos ATM, para así transportarlos por el enlace DSL hacia la red.
Línea DSL
Transporta los datos y la voz paquetizada hacia el portador utilizando el lazo local de abonado existente que tendrá que estar habilitado para el soporte de los requerimientos de distancia y calidad que exige el servicio DSL.
DSLAM
Como es sabido, es el dispositivo donde se multiplexan los datos de varias líneas DSL.
Conmutador de datos
El conmutador de datos (ej., un conmutador ATM) recibe el tráfico desde el DSLAM y separa los canales virtuales de voz y dato. Los datos se tratan de una manera característica y más ampliamente por el BRAS (Servidor de Acceso Remoto de Banda Ancha) para su envío a la red de datos (ej. Internet). El BRAS termina el Circuito Virtual ATM y utiliza ALL5 para proveer acceso a Internet. La voz se pasa a una pasarela de voz central, que convierte la señales de voz transportadas por el acceso de banda ancha, a señales que se pueden transportar por las interfaces de banda estrecha existentes.
La pasarela de voz realiza las funciones que se necesitan para funcionar como interfaz, aplicando los formatos correctos a los de la red de voz ya existente(RTPC): pone fin a los flujos de AAL2/ATM, realiza la función de codificación/decodificación y provee la señalización entre el domicilio del usuario y la oficina central de la red telefónica. Su principal función consiste en relacionar las interfaces estándar de la red de voz de banda estrecha existente y el de la red de VoDSL. Como primer paso, la pasarela debe extraer las señales de voz desde los circuitos de AAL2/ATM y entonces, realizar en ellas cualquiera de los tratamientos de voz (ej. la descompresión, la cancelación de eco). De manera similar, se debe llevar a cabo la señalización con el IAD que se usa para indicar cuándo hay llamadas presentes en las interfaces de voz. Finalmente, la pasarela debe proveer la apropiada interfaz de banda estrecha y completar la señalización con la central telefónica local.
En los mercados ETSI se utiliza normalmente el protocolo V5.2, mientras que en los mercados pertenecientes al ANSI, principalmente en EE.UU, se usa el protocolo GR-303. Ambas interfaces proporcionan, bajo demanda, concentración del tráfico de voz para minimizar el número de interfaces requeridas en la central telefónica local. Una proporción de concentración típica para abonados del tipo empresa es de 4:1 o, lo que es lo mismo, se necesita un solo canal entre la pasarela y la central telefónica local por cada cuatro canales de abonados.
El servicio de emulación de lazo local (LES, Loop Emulation Service), estándar del ATM Forum define los protocolos para controlar los canales AAL2 entre el IAD y la pasarela de voz.
LEX (Local Exchange)
Es la central telefónica local. Interviene un conmutador telefónico clase 5 que provee tono de discado, enrutamiento de llamadas, y servicios; también genera registros con fines de facturación.
RTPC
Es la red telefónica tradicional.
Grupo de trabajo de VoDSL
Entre los grupos de trabajo de VoDSL el más importante es el encargado del BLES (Broadband Loop Emulation Service, Servicio de Emulación de Lazo Local de Banda Ancha), logrando resultados concretos ya publicados en el reporte técnico del DSL Forum correspondiente.
El BLES está encargado de establecer los requerimientos y recomendar una arquitectura que permita la derivación de los servicios tradicionales de telefonía desde la red DSL basada en paquete, logrando una interrelación entre el equipamiento de red y el del usuario final.
Comparación de la tecnología con xDSL
La técnica ADSL, por su carácter asimétrico, se adapta mejor al mercado residencial por lo que ha sido la más extendida a nivel mundial. Ésta va a ser objeto de análisis al igual que VDSL, que se puede emplear tanto en el sector residencial como en el corporativo.
ADSL.
El ADSL es una técnica para la transmisión de datos a gran velocidad sobre el par de cobre. Una diferencia entre el esquema de modulación empleado por ella y las usadas por los módems en banda vocal (V.32 a V.90), es que estos últimos sólo transmiten en la banda de frecuencias usada en telefonía (300 Hz a 3400 Hz), mientras que los módems ADSL operan en un margen de frecuencias mucho más amplio que va desde los 24 KHz hasta los 1104 KHz, aproximadamente. Esto hace que el ADSL pueda coexistir en un mismo lazo de abonado con el servicio telefónico, pues no se solapan sus intervalos de frecuencia, cosa que no es posible con un módem convencional pues opera en banda vocal, la misma que la telefonía, lo que constituye otra diferencia de gran importancia.
Funcionamiento y características de ADSL
Al tratarse de una modulación asimétrica, o sea, en la que se transmiten diferentes caudales en los sentidos Usuario-Red y Red-Usuario, el módem ADSL situado en el extremo del usuario es distinto del ubicado al otro lado del lazo, en la central local.
Este dispositivo no es más que un conjunto de dos filtros: uno paso alto y otro paso bajo. La finalidad de estos filtros es la de separar las señales transmitidas, o sea, las señales de baja frecuencia (telefonía) de las de alta frecuencia (ADSL).
En una primera etapa coexistieron dos técnicas de modulación para el ADSL: CAP (Carrierless Amplitude/Phase, Modulación de fase y amplitud con supresión de portadora) y DMT (Discrete MultiTone, Modulación multitono discreto). Finalmente los organismos de estandarización (ANSI, ETSI e ITU) optaron por la solución DMT. Básicamente consiste en el empleo de múltiples portadoras y no sólo una, que es lo que se hace en los módems de banda vocal. Cada una de estas portadoras (denominadas subportadoras) es modulada en cuadratura (modulación QAM) por una parte del flujo total de datos que se van a transmitir. Estas subportadoras están separadas entre sí 4,3125 KHz, y el ancho de banda que ocupa cada subportadora modulada es de 4 KHz. El reparto del flujo de datos entre subportadoras se hace en función de la estimación de la relación Señal/Ruido en la banda asignada a cada una de ellas. Cuanto mayor es esta relación, tanto mayor es el caudal que puede transmitir por una subportadora. Esta estimación de la relación Señal/Ruido se hace al comienzo, cuando se establece el enlace entre el ATU-R y el ATU-C, por medio de una secuencia de entrenamiento predefinida.
La técnica de modulación usada es la misma tanto en el ATU-R como en el ATU-C. La única diferencia consiste en que el ATU-C dispone de hasta 256 subportadoras, mientras que el ATU-R sólo puede disponer como máximo de 32. El algoritmo de modulación se traduce en una IFFT (Transformada Rápida de Fourier Inversa) en el modulador, y en una FFT (Transformada Rápida de Fourier) en el demodulador situado al otro lado del enlace. Estas operaciones se efectúan fácilmente por el núcleo del módem al desarrollarse sobre un DSP; las mismas se describen a continuación:
Las últimas modificaciones a los estándares sobre ADSL han llevado al desarrollo de una nueva generación de módems capaces de transmitir hasta 8,192 Mbps en sentido descendente y hasta 0,928 Mbps en sentido ascendente. La separación de los trayectos en ADSL se efectúa por Multiplexación por División en Frecuencias (FDM) o por Cancelación de Eco, siendo esta última la que se ha impuesto.
Servicios de vídeo sobre ADSL
La arquitectura de servicios de video punto a punto ofrece la provisión de nuevas aplicaciones de servicios de video entre las que se incluyen televisión de difusión, VoD, servicio de video personalizado estilo VCR (Video Cassette Recorder), difusión interactiva y comercio por TV (T-Commerce).
El suministro de servicios de video que usan tecnología ADSL es una alternativa competitiva para la próxima generación de TV interactiva por infraestructuras de cable y de satélites. La red ADSL es punto a punto desde el DSLAM al abonado, suministrando un enlace dedicado en los dos sentidos al abonado.
En la dirección descendente, sólo se entrega al abonado el contenido de video seleccionado, tanto como canal de TV de difusión, como programa VoD. El ADSL da más escalabilidad que los servicios ofrecidos por cable y satélite, los cuales llegan hasta aproximadamente 500 canales de emisión. Una red ADSL puede ofrecer alrededor de mil canales. (Teóricamente no hay límite, ya que la última milla es un enlace dedicado).
VDSL
La necesidad imperante de enviar servicios de banda ancha sobre la red de banda estrecha existente, ha hecho que la mayoría de los portadores hayan invertido en la distintas tecnologías DSL. Una gran parte de ellos, ofrecen el servicio ADSL. El estándar ADSL provee velocidades de hasta 8 Mbps en sentido descendente y 928 Kbps en sentido ascendente sobre distancias por encima de los 5 Km. La mayoría de las instalaciones ADSL soportan el estándar G.Lite el cual presenta velocidades de 1.5 Mbps y 512 Kbps en sentido descendente y ascendente respectivamente. Mientras ADSL permite acceso a Internet de alta velocidad, no se considera capaz de poder entregar servicios integrados que incluyan video, esto debido a que las líneas de abonado son generalmente grandes.
Una alternativa para alcanzar altas velocidades de transmisión de datos, es la combinación de cables de fibra óptica alimentando a las unidades ópticas de red (ONU, Optical Network Units) en los sectores residenciales con la conexión final a través de la red telefónica de cobre. Dentro de éstas topologías se incluyen las llamadas FTTx (fiber-to-the, Fibra hasta), donde se llega con fibra a localidades cercanas al usuario final. Aquí podemos encontrar a FTTCab (hasta el gabinete), FTTB (hasta el edificio) y FTTC (hasta la acera).
El objetivo original de ADSL fue el envío de un conjunto completo de servicios de banda ancha para usuarios residenciales. La realidad es que ADSL es una tecnología de solo Internet. La siguiente tabla ilustra que en grandes distancias, ADSL se ve limitado en el envío de un complemento completo de servicios de banda ancha. VDSL, por otro lado, se adapta mejor para el envío de estos servicios en el presente y en el futuro. Las comparaciones realizadas están basadas en el estándar ADSL de la UIT-T de 6 Mbps y 640 Kbps
VDSL tiene la capacidad de soportar difusión de TV digital, VoD y HDTV sobre el par de cobre estándar. El equipamiento terminal puede ser ubicado centralmente o distribuido a través de la red, transportando ancho de banda garantizado sobre ATM al nodo de acceso local. Todos los canales de programación disponibles se conmutan en el nodo de acceso y son transportados hacia las premisas del cliente vía VDSL. Hoy, las compañías de cable, envían video analógico, existiendo una transición hacia el video digital. Estos sistemas pueden ser actualizados para soportar VoD y requerirían una reconstrucción para soportar HDTV. Mientras, los operadores de DBS pueden ofrecer servicios de video digital y HDTV, pero sus sistemas no soportan VoD o servicios de Internet. En cambio, VDSL, además de video digital y servicios Internet, también soporta servicios de video interactivo, Web TV, e-commerce, videoconferencia, y video games, representado un conjunto de servicios no disponibles por los operadores de cable o DBS.
Proveer acceso a Internet de alta velocidad, es de esencial valor para los usuarios residenciales, negocios medianos, etc. Tecnologías DSL como ADSL y G.Lite, pueden satisfacer los requerimientos de las actuales aplicaciones de Internet, pero la rápida evolución a nuevas aplicaciones con necesidad de mayor ancho de banda, hará que éstas ya no sean adecuadas. En cambio, VDSL tiene la capacidad para soportar las aplicaciones de hoy y del mañana. Con el crecimiento de Internet, ha aumentado el backbone ATM, siendo ATM la tecnología preferida por el FSAN para manejar la creciente carga de la red y soportar aplicaciones de misión crítica. La arquitectura ATM fue escogida porque ella habilita a una única red ATM soportar todas las aplicaciones, transportando datos, voz y video, en vez de enviarlos a ellos hacia redes distintas e incompatibles. La combinación de VDSL y ATM proporcionará los servicios Internet de hoy y una arquitectura que soportará las aplicaciones emergentes del mañana.
Un servicio clave para todos los operadores es el servicio telefónico. VDSL, soporta el servicio POTS, y además de esta funcionalidad ofrece otras adicionales, como el envío de canales voz sobre el mismo par de cobre. Las tecnologías voz sobre IP (VoIP), voz telefónica sobre ATM (VToA) y el servicio de emulación de lazo local (LES) proveen servicios de telefonía de calidad estándar sobre una red digital. Debido al hecho de que ATM puede transportar comunicaciones basadas en IP, ATM over VDSL soportará tales estándares de telefonía digital. El mayor ancho de banda provisto por VDSL proporcionará un mayor envío de canales de voz que VoDSL, donde el ancho de banda constituye también una limitante. Los operadores de cable están entrando al mercado de voz usando tales tecnologías, pero presentan un problema al no proveer servicios POTS. Por tanto, la nueva clase de operadores de telecomunicaciones que proveen servicios POTS y telefonía digital, acceso a Internet, y servicios de video digital representa la principal ventaja sobre los operadores de cable y DBS.
VoDSL
Tras el éxito inicial del ADSL, llegó a ser obvio que éste podría utilizarse para ofrecer líneas de voz múltiples, así como un mayor abanico de servicios dirigidos a mercados específicos. Esto es posible gracias al gran ancho de banda intrínseco del ADSL, el apoyo facilitado por los progresos en la compresión de la voz, el cancelador de eco y las tecnologías de procesamiento de señales digitales, así como, por las tecnologías de silicio en general.
ADSL ofrece un gran ancho de banda para datos, parte del cual se puede utilizar para ofrecer servicios adicionales de voz, integrados con los servicios de datos. Las técnicas empleadas para transportar voz y datos de manera integrada sobre DSL, ya sea ADSL o SHDSL, están referidas a Voz sobre DSL (VoDSL).
VoDSL es una tecnología que utiliza la infraestructura de cobre existente para proveer servicios de voz de calidad en formato paquete, a la vez que permite el soporte de una gran variedad de aplicaciones de datos.
El número de líneas de voz en el circuito depende del nivel de compresión aplicado y de la velocidad del enlace. En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos sobre lo anterior.
Con VoDSL, se abren dos grandes mercados de interés para los proveedores de servicios. El primero es el de los negocios de pequeño y mediano tamaño, ya que un porcentaje significativo de éstos necesitan ser capaces de recibir y enviar datos a una velocidad aproximada de 500 Kbps. Las necesidades de voz para este tipo de clientes se encuentran normalmente entre las cuatro y las doce líneas de teléfono salientes, que comúnmente se efectúan por el sistema de arrendamiento de líneas usando la tecnología TDM, por ejemplo, circuitos E1 o T1. Utilizando por ejemplo, el código simple de voz ADPCM (Adaptative Differential Pulse Code Modulation) en los momentos pico estas líneas de teléfono solamente consumen entre 128 y 256 Kbps del ancho de banda de ADSL, que normalmente supera los 2 Mbps en dirección descendente y los 500 Kbps en dirección ascendente.
El segundo segmento de mercado se centra en los usuarios residenciales, donde se puede utilizar la tecnología VoDSL para ahorrar en los pares de cobre. Incluso, un porcentaje de los usuarios residenciales puede encontrar interesante tener una segunda línea en la mesa de trabajo donde haya una terminación ADSL y un PC. Esta segunda línea de voz se puede, por ejemplo, utilizar para conectarse a una centralita privada (PBX) corporativa, mientras la conexión para datos hacia la LAN, usando la PC, se facilita a través del ADSL.
Equipamiento del cliente
Se destacan los teléfonos, centralitas privadas (PBX), fax, módem, PC, LAN, entre otros.
Dispositivo de Acceso Integrado (IAD)
En los domicilios de los clientes, un IAD proporciona una interfaz de datos (ej. Ethernet) y varias interfaces de voz (ej., conectores RJ11 para POTS). El IAD incluye las funciones de un módem DSL y a la vez es el encargado de la conversión de las señales de voz analógicas en el lado del usuario a las señales de voz transportadas por AAL2/ATM en el lado de la red. Todos los flujos de la banda de voz (típicamente entre 2 y 32) están multiplexados sobre una única conexión virtual dedicada AAL2/ATM hasta la pasarela de voz. El equipamiento del cliente (CPE, customer premises equipment) prioriza los paquetes de voz sobre los de datos para asegurar la calidad de la voz y después se dispone a enviarlos sobre la línea DSL.
El IAD debe, además, efectuar protocolos de señalización hacia la pasarela de voz para indicar cuándo están presentes llamadas de voz en los flujos de AAL2/ATM. Los flujos de AAL2/ATM que transportan voz se multiplexan junto con la señalización para controlar los flujos de voz y otros datos ATM, para así transportarlos por el enlace DSL hacia la red.
Línea DSL
Transporta los datos y la voz paquetizada hacia el portador utilizando el lazo local de abonado existente que tendrá que estar habilitado para el soporte de los requerimientos de distancia y calidad que exige el servicio DSL.
DSLAM
Como es sabido, es el dispositivo donde se multiplexan los datos de varias líneas DSL.
Conmutador de datos
El conmutador de datos (ej., un conmutador ATM) recibe el tráfico desde el DSLAM y separa los canales virtuales de voz y dato. Los datos se tratan de una manera característica y más ampliamente por el BRAS (Servidor de Acceso Remoto de Banda Ancha) para su envío a la red de datos (ej. Internet). El BRAS termina el Circuito Virtual ATM y utiliza ALL5 para proveer acceso a Internet. La voz se pasa a una pasarela de voz central, que convierte la señales de voz transportadas por el acceso de banda ancha, a señales que se pueden transportar por las interfaces de banda estrecha existentes.
La pasarela de voz realiza las funciones que se necesitan para funcionar como interfaz, aplicando los formatos correctos a los de la red de voz ya existente(RTPC): pone fin a los flujos de AAL2/ATM, realiza la función de codificación/decodificación y provee la señalización entre el domicilio del usuario y la oficina central de la red telefónica. Su principal función consiste en relacionar las interfaces estándar de la red de voz de banda estrecha existente y el de la red de VoDSL. Como primer paso, la pasarela debe extraer las señales de voz desde los circuitos de AAL2/ATM y entonces, realizar en ellas cualquiera de los tratamientos de voz (ej. la descompresión, la cancelación de eco). De manera similar, se debe llevar a cabo la señalización con el IAD que se usa para indicar cuándo hay llamadas presentes en las interfaces de voz. Finalmente, la pasarela debe proveer la apropiada interfaz de banda estrecha y completar la señalización con la central telefónica local.
En los mercados ETSI se utiliza normalmente el protocolo V5.2, mientras que en los mercados pertenecientes al ANSI, principalmente en EE.UU, se usa el protocolo GR-303. Ambas interfaces proporcionan, bajo demanda, concentración del tráfico de voz para minimizar el número de interfaces requeridas en la central telefónica local. Una proporción de concentración típica para abonados del tipo empresa es de 4:1 o, lo que es lo mismo, se necesita un solo canal entre la pasarela y la central telefónica local por cada cuatro canales de abonados.
El servicio de emulación de lazo local (LES, Loop Emulation Service), estándar del ATM Forum define los protocolos para controlar los canales AAL2 entre el IAD y la pasarela de voz.
LEX (Local Exchange)
Es la central telefónica local. Interviene un conmutador telefónico clase 5 que provee tono de discado, enrutamiento de llamadas, y servicios; también genera registros con fines de facturación.
RTPC
Es la red telefónica tradicional.
Grupo de trabajo de VoDSL
Entre los grupos de trabajo de VoDSL el más importante es el encargado del BLES (Broadband Loop Emulation Service, Servicio de Emulación de Lazo Local de Banda Ancha), logrando resultados concretos ya publicados en el reporte técnico del DSL Forum correspondiente.
El BLES está encargado de establecer los requerimientos y recomendar una arquitectura que permita la derivación de los servicios tradicionales de telefonía desde la red DSL basada en paquete, logrando una interrelación entre el equipamiento de red y el del usuario final.
