Nuevas Tecnologías en Redes Inalámbricas

Ing. Sandra Cusati

Resumen

Actualmente, las operadoras están proveyendo nuevos servicios de valor añadido al teléfono, y por ende a susclientes. Sin embargo, el desarrollo de los teléfonos móviles fue el punto de partida para la nueva generaciónde servicios de comunicación inalámbrica, tal como voz, data, vídeo y multimedia.

La primera generación de Comunicaciones inalámbricas celulares fue analógica y progresivamente seevolucionó a estándares inalámbricos digitales (segunda generación) para suplir las necesidades de mejora decalidad, cobertura y capacidad. Aparte de habilitar el soporte de mayor número de suscriptores por frecuencia,más los servicios de valor añadido; tales como mayor seguridad en la red y "roaming" interredes.

Tercera generación (3G), es el término utilizado a servicios inalámbricos que expandirá ampliamente el rangode opciones disponibles y permitirá servicios de comunicación, información y entretenimiento desdeterminales inalámbricos.

Abstract

Currently, network operators are proving innovative new services to provide added value to the phone andtherefore, to their customers. Nevertheless, the development of the mobile phone was the starting point for anew generation of wireless communication services involving voice, data, video and multimedia.

First generation of cellular wireless communications was analog and it progressively grew up to digitalwireless standards (second generation) to improve quality, coverage and capacity. Apart from enabling largernumbers of subscribers to be supported within a given frequency, plus new value-added services such asgreater network security and cross-network roaming.

Third Generation (3G) is the term given to wireless services that will expand the range of options availableand will allow communication, information and entertainment services to be delivered via wireless terminal.

Introducción

Las Tecnologías de Comunicaciones móviles de Tercera Generación (3G) cambiarán la forma en que nosotrostrabajamos y vivimos. El estándar 3G ofrecerá una gama de servicios optimizados para datos de altavelocidad, Internet móvil y aplicaciones basadas en intranets, extranets y multimedia móvil. El futuro basadoen Comunicaciones "en cualquier momento y lugar", están a la vuelta de la esquina y manejará la sociedadglobal de información móvil.

Mientras los cuerpos de estandarización están afinando los detalles para la tecnología inalámbrica, elenmarcado mundial está desarrollando servicios comerciales 3G que iniciarán en el 2001 en Japón y alrededordel 2002/03 en Europa.

WCDMA

Wide Band Division Multiple Access (WCDMA), es una plataforma de servicio móvil basada en unamoderna estructura de protocolo de red por capas, similarmente a la estructura de protocolo de redes GSM.Esta estructura facilitará el desarrollo de nuevas aplicaciones multimedia inalámbricas de banda ancha,

permitiendo a las operadoras responder en un mercado competitivo y cambiante respecto a los serviciosavanzados para los usuarios.

Servicios multimedia de banda ancha requieren un desempeño adicional al de las redes digitales inalámbricasactuales. WCDMA es una tecnología completamente nueva que cumple con los requerimientos de servicios3G suministrado por el ITU, permitiendo datos de alta velocidad de forma muy eficiente, junto con serviciosde sonido y vídeo de alta calidad.

El concepto de WCDMA está basado en una nueva estructura de canal para todas las capas (L1 - L3)construida sobre tecnología como canales de paquetes de datos y multiplexación de servicios.

Los terminales WCDMA son menos complejos de manufacturar dado que estos realizan poco procesamientode la señal, lo cual ayuda a mantener bajos los costos de los mismos.

Compatibilidad

El desarrollo de WCDMA establece un camino de evolución bien definido desde las tecnologías de segundageneración existentes. La tecnología 2G más desarrolladas es GSM (Global System Mobile) seguido por D-AMPS (Digital-Advanced Mobile Phone system), juntos contabilizan más del 80 % del mercado global.WCDMA fue desarrollado y optimizado para soportar operadoras en ambientes 2G y con la incorporación delos teléfonos de modo dual, permitirá proveer el servicio 3G cuando sea requerido.

Características y Beneficios

A continuación se presenta un resumen de los beneficios técnicos de esta nueva tecnología de infraestructura:

Flexibilidad en el servicio. WCDMA permite en cada canal de 5MHz, manejar servicios mixtos convelocidades desde 8 Kbps hasta 2 Mbps. Adicionalmente, servicios de conmutación de circuitos y de paquetespueden ser combinados en el mismo canal; permitiendo servicios multimedia con múltiples conexiones decircuito o paquete en un terminal. Servicios con diferentes requerimientos de calidad (por ejemplo: voz ydatos) pueden ser soportados con excelente capacidad y cobertura.

Eficiencia en el uso del espectro. WCDMA permite un muy eficiente uso del espectro de radio disponible. Norequiere de planificación de frecuencia dado que la reutilización de las celdas es aplicada. Usando técnicascomo estructura de celdas jerárquicas, arreglos de antenas adaptativas y demodulación coherente(bidireccional), la capacidad de la red puede ser incrementada. Es de destacar que una red por capas puede serdesplegada con bandas de frecuencia de 2 x 15 MHz (la asignación de espectro para una operadora en labanda de 2 GHz) dado que 2 x 5MHz es todo lo que se requiere para la capa de celdas

Capacidad y cobertura. Los transductores de radio frecuencia WCDMA pueden manejar ocho veces másusuarios que transductores de banda angosta. Cada Carrier RF puede manejar 100 conexiones de vozsimultáneas, o 50 usuarios simultáneos tipo Internet. La capacidad de WCDMA es aproximadamente el dobleque el CDMA de banda angosta en ambientes urbanos y suburbanos. La mayor utilización del Ancho deBanda, el uso de demodulación coherente y el rápido control de potencia en el enlace ascendente ydescendente permite mantener baja la potencia en le receptor.

Múltiples servicios por conexión. WCDMA cumple con los requerimientos de IMT-2000 (1), dado queservicios de conmutados de circuitos y paquetes pueden ser combinados con diferentes anchos de banda, yson liberados al mismo usuario y con niveles de calidad de servicio específicos. Cada terminal WCDMApuede acceder diferentes servicios de forma simultánea. Esto pudiera ser voz en combinación con servicioscomo Internet, e-mail, etc.

Economía de escala de red. El acceso inalámbrico WCDMA puede coexistir con la actual red digital celular(GSM en Europa), dado que la misma estructura de núcleo de red es utilizada, de la misma forma que lasestaciones base son reutilizadas.

Los enlaces desde la red de acceso WCDMA y en el núcleo de red GSM utilizan el más reciente protocolo detransmisión ATM de mini-celdas, conocido como Capa de Adaptación ATM 2 (AAL2). Esta es la forma máseficiente de manejar paquetes de datos incrementando la capacidad de un estándar.

Las líneas E1/T1 pueden manejar aproximadamente 300 conexiones de voz, comparado con 30 de las redes dehoy. Los ahorros por costos de transmisión, están en el orden del 50 %.

Capacidad superior de voz. Aunque el principal propósito de los accesos inalámbricos de tercera generaciónes el manejo de tráfico multimedia de alta rata de bits, este también habilita un mecanismo de uso eficientedel espectro para el tráfico de voz. Una operadora con una asignación de espectro de 2x15 MHz estaráhabilitada para cursar 192 conexiones de voz por sector de celda. (En los sistemas GSM actuales se permitenalrededor de 100 conexiones de voz)

Acceso transparente. Terminales de modo dual, permitirán acceso transparente y roaming entre sistemasGSM y redes UMTS, con el mapeo de los servicios entre los dos sistemas de acceso.

Cobertura Interior. El uso del modo de operación TDD (Time Division Multiplex) es de utilidad enambientes internos donde se manejan espectros sin licencia.

Servicios de Acceso Rápido. Para soportar instantes de acceso a servicios multimedia, un nuevoprocedimiento de acceso aleatorio ha sido desarrollado, usando sincronización rápida para manejar serviciosde paquetes de datos a 384 Kbps. Este requerirá de solo décimas de milisegundos para iniciar una conexiónentre un usuario móvil y la estación base.

Simplicidad y economía en el terminal. El procesamiento de la señal requerido es bajo comparado con lastecnologías alternativas. Menos compleja y de menor costo, facilitando la producción en masa, máscompetencia y mayores oportunidades para operadores de red y usuarios finales.

Migración desde GSM. WCDMA usa una estructura de protocolo de red similar (señalización) similar aGSM, por lo tanto, permite la utilización de la actual red GSM como la estructura de núcleo de red. WCDMAprovee la oportunidad para el desarrollo global y ofrece a las operadores existentes en GSM la oportunidadpara construir servicios de acceso inalámbrico de tercera generación con la inversión existente.

Roaming global Transparente. La selección de WCDMA como estándar Europeo ofrece una únicaoportunidad para crear un estándar global armonizado para servicios de tercera generación. Lo cual se traduceen asegurar un roaming global entre las operadoras de red inalámbricas.

Aplicaciones y Futuros Servicios

Servicios de tercera generación serán una extensión de los actuales servicios de valor añadido de las actualesredes de segunda generación.

El acceso a Internet requiere redes conmutadas de paquetes; mientras que el tráfico de voz o videoconferenciatradicionalmente requieren redes conmutadas de circuitos. WCDMA soporta ambas tecnologías. Este soportepermitirá al usuario acceder a una página WEB, mantener una videoconferencia y bajar grandes archivosdesde una red corporativa de manera simultánea.

A continuación se dan unos pocos ejemplos de los servicios esperados:

Entretenimiento (audio con calidad de CD, vídeo, gráficos y fotos, juegos) Mensajería Internet Intranet Correo Electrónico interactivo Videoconferencias Fax Comercio Electrónico Control Remoto Monitoreo Remoto, etc.

Soporte IP

WCDMA soporta conectividad IP (Internet Protocol) y velocidades de hasta 2 Mbps, permitiendo accesosmás rápidos en Internet, navegar Internet será más rápido con WCDMA que los valores alcanzados en laactualidad con estaciones de trabajo fijas.

La natural sinergia entre las Comunicaciones móviles y el acceso a Internet, ha estimulado que estas seanintegradas. La tecnología fundamental sobre la cual trabaja IP es Conmutación de Paquetes. El camino para laevolución de GSM hacia WCDMA, incluye un estado denominado GPRS (General Packet Radio Service) queprovee conmutación de paquetes hasta 115 Kbps.

Pruebas en el Mundo

Ericsson ha estado involucrado en el desarrollo de los servicios de tercera generación desde principio de los80's. En mayo de 1995, inicia un piloto en Suecia, donde se han realizado cientos de pruebas en vivo.

También ha suplido de un sistema experimental WCDMA a NTT DoCoMo en Japón, y iniciando 1998recibió su segunda orden para un sistema experimental, el cual fue solicitado por Telecom Japón.

En Dusseldorf Alemania, las negociaciones comenzaron con un sistema experimental suplido a MannesmanMobilfunk y De Te Mobil.

Telecom Italia Mobil, ha ordenado una evaluación del sistema y estará en operación en 1999.

En agosto de 1998, Ericsson anunció futuras negociaciones con Telia en Suecia. Este sistema es diseñado paramostrar el funcionamiento comercial de WCDMA.

Estas negociaciones, proveerán insumos al proceso de estandarización 3G, mientras se amplían los campos deexperiencia de aplicaciones multimedia.

Bibliografía

www.ericsson.se/wireless/products/mobsys/3rdgen/subpages/3gcell/3gcell.shtml

www.itu.int/imt

Biografía

Sandra Cusati. Ingeniero de Sistemas graduada en UNEXPO 'Antonio José de Sucre'. Vice-Rectorado 'LuisCaballero Mejias' Caracas en 1992. Analista de Soporte Electricidad de Caracas

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Tecnologías de acceso de banda ancha y suintegración con ATMEnviado por alexei

Partes: 1, 2

1. Resumen2. Introducción3. Tecnologías de acceso a la red4. Las tecnologías xDSL en la red de acceso5. ADSL6.7. VoDSL8. Redes Ópticas Pasivas ATM-APON9. Conclusiones10. Bibliografía

Resumen

El acceso de banda ancha es un desafío que se viene logrando desde la década pasada. Elproblema fundamental está en desarrollar tecnologías que permitan altas velocidades en laúltima milla, a través de medios de transmisión convencionales como el par trenzadotelefónico, el cable coaxial de las redes de cable o el espacio radioeléctrico. Otro hecho es,

lograr que sobre este acceso se pueda brindar al usuario garantías de QoS, donde el ATMjuega un papel fundamental.

En este trabajo se realiza un estudio de algunas tecnologías de acceso de banda ancha quepermiten brindar al usuario una gama de servicios integrados que incluyen, servicio deInternet de alta velocidad, servicios de voz y de video, interconexión de redes LAN, entreotros.

Palabras Claves: ATM, QoS, AAL, Banda ancha, DSL, Video bajo demanda VoD.

1. Introducción

La Red de Acceso abarca los elementos tecnológicos que soportan los enlaces detelecomunicaciones entre los usuarios finales y el último nodo de la red. A menudo sedenomina lazo de abonado o simplemente la última milla. Sus principales componentesson: los medios de comunicación (par de cobre, cable coaxial, fibra óptica, canalradioeléctrico) y los elementos que realizan la adecuación de la señal a los mismos.

Se estima que existan en la actualidad alrededor de 1100 millones de accesos fijos y 1000millones de accesos móviles. El lazo local, sin lugar a dudas, constituye un punto de mirade los científicos, tecnólogos y economistas en la búsqueda de alternativas para incrementarel aprovechamiento del espacio de señal dentro de los medios de transmisión, a un precioque permita la asimilación por los abonados finales, aprovechándose de la crecientenecesidad de ancho de banda para la satisfacción de las necesidades naturales o inducidasde información, comunicación y entretenimiento en que la época actual nos sumerge.

Este trabajo se centra principalmente en aquellas tecnologías de acceso que en la actualidaddan soporte al ATM, de tal forma que se brinde un servicio fiable y con QoS garantizada deextremo a extremo. Específicamente se abordan las tecnologías ADSL (Línea de AbonadoDigital Asimétrica), VDSL (Línea de Abonado Digital de Muy Alta Velocidad) yATMPON (Redes Ópticas Pasivas ATM).

2. Tecnologías de acceso a la red.

La necesidad de ancho de banda ha hecho nacer varias tecnologías de acceso de bandaancha: DSL (Línea de Abonado Digital) en todas sus formas simétricas y asimétricas,utiliza la infraestructura de cobre para dar servicios a velocidades de hasta algunosmegabits por segundo; LMDS, los servicios locales de distribución multipunto ofrecenvelocidades 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, fueconcebido para servicios de voz y de datos de tercera generación.

Figura 1. Red de Acceso.

A pesar de las enormes diferencias entre estas tecnologías, todas ellas se caracterizan por elaumento de la velocidad de transferencia de datos al usuario final en un orden de magnitudmuy superior en comparación con las soluciones de banda estrecha que les precedieron. Enconsecuencia, todas abren la puerta a un conjunto amplio de nuevos servicios. Otrasimilitud está en que todas pueden compartir el mismo protocolo subyacente: ATM. Comoconsecuencia, aunque el servicio final esté generalmente relacionado con las aplicacionesIP, el tráfico se monta en ATM antes de entregarlo a la red de transmisión.

Es en la parte de acceso de la red donde ATM realmente brilla debido a las técnicas decompresión habilitadas por los operadores, permitiendo recoger los beneficios y eficienciasen costo, de una plataforma multiservicio. En el núcleo de la red, la principal ventaja deATM está en la escalabilidad y en la disponibilidad.

De forma general, en documentos especializados se acostumbra a clasificar las redes deacceso en cuatro grupos principales según el medio de soporte: par trenzado, fibra/coaxial,inalámbrico, y todo fibra. La Figura 2 muestra algunas de las tecnologías eimplementaciones que caen en las categorías anteriores.

Figura 2. Alternativas de Acceso.

3. Las tecnologías xDSL en la red de acceso.

La tecnología xDSL, surge por la necesidad de aumentar la capacidad de transmisión delpar 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 paralograr transmitir a altas velocidades sobre el lazo de abonado local. En la Tabla 1 semuestra un resumen comparativo entre algunas de las tecnologías xDSL.

Tipo de DSLSimétrico/

Asimétrico

Distancia de lalínea (m)

VelocidadDescendente

(Mbps)

Velocidad

Ascendente

(Mbps)

IDSL Simétrico 5400 0.128 0.128

SDSL Simétrico 3000 1.544 1.544

HDSL (2 pares) Simétrico 3600 1.544 1.544

SHDSLSimétrico (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

Tabla 1 Comparativa entre algunos tipos de xDSL.

La cantidad de abonados DSL ha venido aumentado a una gran velocidad, a finales deltercer cuatrimestre del pasado año ya había más de 30 millones de usuarios individuales yde negocios servidos por DSL, y se esperaba que el año concluyera con más de 36 millonessi se mantenía la tasa de crecimiento mensual de 1.67 millones de accesos.

La técnica ADSL, por su carácter asimétrico, se adapta mejor al mercado residencial por loque ha sido la más extendida a nivel mundial. Ésta va a ser objeto de análisis al igual queVDSL, que se puede emplear tanto en el sector residencial como en el corporativo.

4. 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 losmódems en banda vocal (V.32 a V.90), es que estos últimos sólo transmiten en la banda defrecuencias usada en telefonía (300 Hz a 3400 Hz), mientras que los módems ADSL operanen un margen de frecuencias mucho más amplio que va desde los 24 KHz hasta los 1104KHz, aproximadamente. Esto hace que el ADSL pueda coexistir en un mismo lazo deabonado 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 latelefonía, 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 caudalesen los sentidos Usuario-Red y Red-Usuario, el módem ADSL situado en el extremo delusuario es distinto del ubicado al otro lado del lazo, en la central local. En la Figura 3 semuestra un enlace ADSL entre un usuario y la central local de la que depende. En dichafigura se observa que además de los módems situados en el domicilio del usuario (ATU-Ro ADSL Terminal Unit-Remote) y en la central (ATU-C o ADSL Terminal Unit-Central),delante de cada uno de ellos se ha de colocar un dispositivo denominado "splitter" (divisor).Este dispositivo no es más que un conjunto de dos filtros: uno paso alto y otro paso bajo. Lafinalidad de estos filtros es la de separar las señales transmitidas, o sea, las señales de bajafrecuencia (telefonía) de las de alta frecuencia (ADSL).

Figura 3. Enlace 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 organismosde estandarización (ANSI, ETSI e ITU) optaron por la solución DMT. Básicamenteconsiste en el empleo de múltiples portadoras y no sólo una, que es lo que se hace en losmódems de banda vocal. Cada una de estas portadoras (denominadas subportadoras) esmodulada en cuadratura (modulación QAM) por una parte del flujo total de datos que sevan a transmitir. Estas subportadoras están separadas entre sí 4,3125 KHz, y el ancho debanda que ocupa cada subportadora modulada es de 4 KHz. El reparto del flujo de datosentre subportadoras se hace en función de la estimación de la relación Señal/Ruido en labanda asignada a cada una de ellas. Cuanto mayor es esta relación, tanto mayor es el caudalque 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 deuna secuencia de entrenamiento predefinida.

La técnica de modulación usada es la misma tanto en el ATU-R como en el ATU-C. Laúnica diferencia consiste en que el ATU-C dispone de hasta 256 subportadoras, mientrasque el ATU-R sólo puede disponer como máximo de 32. El algoritmo de modulación setraduce en una IFFT (Transformada Rápida de Fourier Inversa) en el modulador, y en unaFFT (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 unDSP; las mismas se describen a continuación:

El modulador del ATU-C, hace una IFFT de 512 muestras sobre el flujo de datosque se ha de enviar en sentido descendente.

El modulador del ATU-R, hace una IFFT de 64 muestras sobre el flujo de datos quese ha de enviar en sentido ascendente.

El demodulador del ATU-C, hace una FFT de 64 muestras tomadas de la señalascendente que recibe.

El demodulador del ATU-R, hace una FFT, sobre 512 muestras de la señaldescendente recibida.

Las últimas modificaciones a los estándares sobre ADSL han llevado al desarrollo de unanueva generación de módems capaces de transmitir hasta 8,192 Mbps en sentidodescendente y hasta 0,928 Mbps en sentido ascendente. La separación de los trayectos enADSL se efectúa por Multiplexación por División en Frecuencias (FDM) o porCancelación de Eco, siendo esta última la que se ha impuesto.

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Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

Figura 4. Modulación ADSL DMT con FDM.

En las Figuras 4 y 5 se han presentado las dos modalidades dentro del ADSL conmodulación DMT: FDM y cancelación de ecos. En la primera, los espectros de las señalesascendente y descendente no se solapan, lo que simplifica el diseño de los módems, aunquereduce la capacidad de transmisión en sentido descendente, no tanto por el menor númerode subportadoras disponibles como por el hecho de que las de menor frecuencia, aquellaspara las que la atenuación del par de cobre es menor, no están disponibles. La segundamodalidad, basada en un cancelador de eco para la separación de las señalescorrespondientes a los dos sentidos de transmisión, permite mayores caudales a costa deuna mayor complejidad en el diseño.

Como se puede ver, los espectros nunca se solapan con la banda reservada para el serviciotelefónico básico (POTS, Plain Old Telephone Service), y en cambio sí se solapan con loscorrespondientes al acceso básico RDSI. Por ello el ADSL y el acceso básico RDSI sonincompatibles, aunque existen implementaciones que logran la compatibilidad.

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Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

Figura 5. Modulación ADSL DMT con Cancelación de Eco.

En un par de cobre la atenuación por unidad de longitud aumenta a medida que seincrementa la frecuencia de las señales transmitidas, y cuanto mayor es la longitud de lalínea, tanto mayor es la atenuación total que sufren las señales transmitidas.

Ambas cosas explican que el caudal máximo que se puede conseguir mediante los módemsADSL varíe en función de la longitud de la línea de abonado. La presencia de ruido externoprovoca la reducción de la relación Señal/Ruido con la que trabaja cada una de lassubportadoras, y esa disminución se traduce en una reducción del caudal de datos quemodula a cada subportadora, lo que a su vez implica una reducción del caudal total que sepuede transmitir a través del enlace entre el ATU-R y el ATU-C.

Hasta una distancia de 2.6 Km de la central, en presencia de muy altos niveles de ruido(peor caso), se obtiene un caudal de 2 Mbps en sentido descendente y 0,9 Mbps en sentidoascendente. Esto supone que en la práctica, teniendo en cuenta la longitud media de la líneade abonado en las zonas urbanas, la mayor parte de los usuarios están en condiciones derecibir por medio del ADSL un caudal superior a los 2 Mbps. Este caudal es suficiente paramuchos servicios de banda ancha, y desde luego puede satisfacer las necesidades decualquier internauta, teletrabajador así como de muchas empresas pequeñas y medianas.

Analizado el funcionamiento del ADSL, podemos destacar las principales ventajas delacceso a través de esta tecnología:

1. Gran ancho de banda en el acceso: permite el intercambio de información enformato digital a gran velocidad entre un usuario y la central local a la que seconecta mediante un par de cobre.

2. Este ancho de banda está disponible de forma permanente.3. Se aprovecha una infraestructura ya desplegada, por lo que los tiempos de

implantación de los servicios sobre la nueva modalidad de acceso se acortan.4. El acceso es sobre un medio no compartido, y por tanto, intrínsecamente seguro.

El estándar G.992.2 de la UIT, más conocido con el nombre G.Lite y que es un tipo deADSL se diferencia de éste en que se sustituyen los splitters del lado del cliente pormicrofiltros conectados en serie con el teléfono, que actúan como filtros pasobajo por loque su implementación se ve favorecida. Esto hace que el ancho de banda se vea limitado,soportando velocidades menores que ADSL, 1.536 Mbps y 512 Kbps en sentidodescendente y ascendente respectivamente pero no requiere intervención en el lado delcliente del operador de telecomunicaciones. G.Lite soporta solo transporte ATM adiferencia del anterior que soporta tanto ATM como STM. En la actualidad, muchas de lascomputadoras presentes en el mercado integran módems G.Lite por lo que se ha extendidoen gran medida su uso.

Multiplexor de acceso DSL

El DSLAM (Multiplexor de Acceso DSL) es un equipo ubicado en la central que agrupagran número de tarjetas, cada una de las cuales consta de varios módems ATU-C, y queademás concentra el tráfico de todos los enlaces ADSL hacia la red WAN (Figura 6). Suutilización favoreció el despliegue de ADSL, al requerir menos espacio en las centrales.

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Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

Figura 6. Multiplexor de Acceso DSL (DSLAM).

La integración de varios ATU-Cs en el DSLAM es un factor fundamental que ha hechoposible el despliegue masivo del ADSL ya que facilita la instalación de todo el sistema.

Integración de ATM y ADSL

Las redes de comunicaciones de banda ancha en su mayoría emplean el ATM para laconmutación en banda ancha. Desde un primer momento, dado que el ADSL se concibiócomo una solución de acceso de banda ancha, se pensó en el envío de la información enforma de celdas ATM sobre los enlaces ADSL y de esta forma se sacaría provecho a lagran velocidad de acceso del ADSL.

A nivel de enlace, algunos suministradores de equipos de central para ADSL plantearonotras alternativas al ATM, como PPP sobre ADSL y Frame-Relay sobre ADSL, perofinalmente se ha impuesto el primero. Otra alternativa que está siendo desplegadaactualmente es el Ethernet sobre ADSL.

La Figura 7 muestra el modelo de referencia específico de ADSL para el modo ATM, elcual se asemeja del establecido para la RDSI pero con algunas diferencias.

TC-F: Convergencia de la Transmisión de la trayectoria Rápida.

TC-I: Convergencia de la Transmisión de la trayectoria de Entrelazado.

Figura 7. Modelo de referencia específico ADSL para el modo ATM.

La interfaz V conecta la red de núcleo y el nodo de acceso (AN). Dentro del AN, unainterfaz lógica llamada V-C, como se define en T1.413, conecta las funciones individualesdel ATU-C a las funciones correspondientes de capa ATM.

La interfaz U conecta los ATU-R individuales en la B-NT remota a los correspondientesATU-Cs en el nodo de acceso.

La interfaz S y T, conecta el bloque Terminación de Red (NT) al equipamiento dedistribución de red (PDN) o al Equipo Terminal (TE). Dentro de la NT, una interfaz lógicallamada T-R, como se define en las recomendaciones ADSL PHY, conecta la función delATU-R a la función de capa ATM.

La interfaz R, conecta el bloque Adaptador Terminal (TA) al PDN o TE no basado enATM.

La información, ya sean tramas de vídeo MPEG2 o paquetes IP, se distribuye en celdasATM, y el conjunto de celdas ATM así obtenido constituye el flujo de datos que modulanlas subportadoras del ADSL DMT.

El ATM al permitir asignar el ancho de banda dinámicamente entre una serie de servicios yal ofrecer a los portadores las herramientas de gestión que le dan conocimiento de losniveles de rendimiento especificados de acuerdo al SLA, constituye la mejor variante paraintegrarse con ADSL.

La amplia adopción de ATM por la gran mayoría de proveedores DSL extiende losbeneficios de ATM desde la última milla hasta el núcleo de la red. A su vez, la granflexibilidad y adaptabilidad que presenta ATM para interoperar con otras tecnologías(TDM, GigE, POS/IP, Frame-Relay etc.), dan al operador la protección de su inversiónreduciendo significativamente el costo y permitiendo así, introducirse en los segmentoscompetitivos del mercado.

En la actualidad, la evolución a la integración de Voz sobre DSL (VoDSL) en el lazo local,ha estimulado las inversiones de ATM en el área de acceso y núcleo de la red. Además, laevolución de los conmutadores ATM a soportar funcionalidades MPLS, visto en losconmutadores MPLS ATM LSR extienden la disponibilidad a MPLS, para el transporte deIP en el núcleo de la red.

Si en un enlace ADSL se usa ATM como protocolo de enlace, se pueden definir varioscircuitos virtuales permanentes (CVPs) ATM sobre el enlace ADSL entre el ATU-R y elATU-C. De este modo, sobre un enlace físico se pueden definir múltiples conexioneslógicas cada una de ellas dedicadas a un servicio diferente. Por ello, ATM sobre un enlaceADSL aumenta la potencialidad de este tipo de acceso al añadir flexibilidad para múltiplesservicios a un gran ancho de banda.

Otra ventaja añadida al uso de ATM sobre ADSL es el hecho de que en el ATM secontemplan diferentes categorías de servicio como CBR, VBR-rt, VBR-nrt, UBR, ABR,GFR, y UBR+ (UBR con MDCR), con distintos parámetros de tráfico y de calidad deservicio para cada VCC, vistos en el Capítulo 1. De este modo, además de definir múltiplescircuitos sobre un enlace ADSL, se puede dar un tratamiento diferenciado a cada una deestas conexiones, lo que a su vez permite dedicar el circuito con los parámetros de calidadmás adecuados a un determinado servicio (voz, vídeo o datos).

La categoría de servicio más difundida para los servicios de datos es UBR, la cual noespecifica parámetros de QoS o de tráfico. Las aplicaciones que no son de tiempo real notienen gran necesidad de estos parámetros. Sin embargo, debido al impacto potencial de lacongestión, muchos prefieren tener un mínimo de ancho de banda garantizado disponiblepara su uso. Esto se logra con las categorías GFR o UBR+. La especificación UBR originalno incorpora mecanismos para tratar la congestión tal como PPD/EPD, que ha sidoincorporado en muchos productos y en el estándar UBR+.

Como IP está presente antes de la capa ATM, se han definido mecanismos QoS/CoS(Calidad de Servicio/Clases de Servicio) IP en dos formas:

Mediante la arquitectura INTSERV, la cual realiza un mapeo entre los mecanismosQoS INTSERV (mejor esfuerzo, servicio garantizado y carga controlada) y ATM,como se define en las RFCs 2380 a la 2382:

2380: Requerimientos para la implementación de RSVP sobre ATM. 2381: Interoperación del Servicio de Carga Controlada y Servicios Garantizados

con ATM. 2382: Estructura para Servicios Integrados y RSVP sobre ATM. Mediante la arquitectura DIFFSERV, que presenta distintos tipos de servicios como

el Premium Services, con el mecanismo EF (Expedited Forwarding, reenvíoapresurado) y el Servicio Asegurado, con el mecanismo AF (Assured Forwarding,reenvío asegurado), pero que no tiene definido un mapeo ATM específico, pero sehan venido realizando importantes trabajos para lograrlo en el grupo de trabajo TMdel ATM Forum y por otros investigadores.

En los módems ADSL se definen dos canales, el canal rápido y el canal de entrelazado. Elprimero agrupa los CVPs ATM dedicados a aplicaciones que pueden ser sensibles alretardo, como puede ser la transmisión de voz. El canal de entrelazado, llamado así porqueen él se aplican técnicas de entrelazado para evitar pérdidas de información porinterferencias, agrupa los CVPs ATM asignados a aplicaciones que no son sensibles aretardos, como puede ser la transmisión de datos.

Los estándares y la industria han impuesto mayormente el modelo de ATM sobre ADSL.En ese contexto, el DSLAM pasa a ser un conmutador ATM con múltiples interfaces(Figura 8), las interfaces WAN pueden pudieran ser STM-1, STM-4, E3 u otrasestandarizadas, y el resto ADSL-DMT. El núcleo del DSLAM es una matriz deconmutación ATM. De este modo, el DSLAM puede ejercer funciones de control deparámetros y conformado sobre el tráfico de los usuarios con acceso ADSL.

Figura 8.

DSLAM ATM.

En la Figura 9 se muestra una aproximación de la torre de protocolos del ATM sobreADSL.

Figura 9 Torre de protocolos de ATM sobre ADSL.

Modelo para ofrecer servicios

El ADSL Forum ha propuesto distintos modelos para ofrecer servicios, teniendo en cuentalas distintas alternativas de transporte en cada enlace de la conexión, los que se muestran enla siguiente figura.

Figura 10. Modelos para la prestación de servicios con acceso ADSL.

De acuerdo con lo explicado anteriormente, la solución que se ha impuesto ha sido el envíode celdas ATM sobre el enlace ADSL (entre el ATU-R y el ATU-C situado en el DSLAM).Por lo tanto, de los seis modelos que propone el ADSL Forum, mostrados en la Figura 10,los más comunes son los dos últimos.

No obstante al amplio uso de ATM sobre DSL, algunas empresas como Net to NetTechnologies, han empezado a fabricar equipamiento basado en el estándar Ethernet, queson relativamente más baratos en costo y encapsulan a IP directamente sobre Ethernet.Mayormente, los usuarios que requieren muy altas garantías de seguridad y acuerdos denivel de servicio (SLAs) estrictos, optan por la QoS de ATM y no por la CoS (Clases deServicio) de IP.

Encapsulado de datos

Teniendo en cuenta que la mayoría de las aplicaciones ejecutadas por el usuario, estánbasadas en TCP/IP, para el acceso a Internet, se hace necesario establecer un mecanismo deencapsulado del protocolo IP sobre ATM. Existen varias opciones para lograr tal propósito.Una opción aceptable es el encapsulado de IP sobre ATM según la RFC 1483 del IETF,con la modalidad de "routing", como se puede apreciar en la Figura 11. La información útilpara el usuario ("payload" o carga útil) contenida en el paquete IP, lleva varias cabeceras.Estas cabeceras, que son necesarias para que la información llegue a su destino, pero queno proporcionan información al usuario, son las que explican que el caudal percibido por elusuario sea inferior a la velocidad a la que la información se transmite realmente.

Figura 11 Encapsulado de IP sobre ATM según la RFC 1483 (modalidad "routing").

La RFC 1483 describe dos métodos para el transporte de tráfico sin conexión sobre ATMAAL5. PDUs enrutadas, y PDUs puenteadas.

1. Modalidad Routing: Permite multiplexación de múltiples protocolos sobre un únicoVC ATM. El protocolo encapsulado se identifica precediendo a la PDU de unencabezado IEEE 802.2 LLC. Se conoce como Encapsulado LLC.

2. Modalidad Bridging: Cada protocolo es transportado sobre un VC separado, yejecuta multiplexación basada en los VC. Se conoce como Multiplexación de VCs.En ella los puntos finales de la conexión AAL son entidades de protocolo de capa 3,por lo que un VC llevará solamente un protocolo.

Ambas PDUs son transportadas en el campo de carga útil de la Subcapa de Convergenciade Partes Comunes (CPCS) de la AAL5.

En el Encapsulado LLC el protocolo de la PDU enrutada se identifica por el encabezadoIEEE 802.2 LLC, el cual puede ir seguido de un encabezado IEEE 802.1a SNAP(SubNetwork Attachment Point) como cuando se encapsula IP. El header LLC estáconstituido de tres campos de un octeto cada uno:

DSAP SSAP Ctrl

En el encapsulado de PDU enrutada el campo CTRL toma siempre el valor 0x03especificando una PDU de información.

DSAP: Destination Service Access Point

SSAP: Source Service Access Point

Cuando se está encapsulando IP, la identificación de éste está en el header SNAP que sigueal LLC. Para ello el LLC toma un valor específico que indica la presencia del SNAP, elvalor 0xAA-AA-03. El header SNAP tiene la forma siguiente:

OUI

(3 bytes)

PID

(2 bytes)

OUI (Organizationally Unique Identifier): Identifica una organización la cual administra elsignificado de los siguientes dos octetos.

PID (Protocol Identifier): Identifica el tipo de protocolo en cuestión que será encapsulado.

Unidos ellos identifican distintos protocolos de enrutamiento o puente. El valor OUI de0x00-00-00 especifica que el PID corresponde a un EtherType. Un valor PID de 0x0800especifica IP, 0x0806 ARP, 0x8137 IPX, entre otros.

Servicios de vídeo sobre ADSL

La arquitectura de servicios de video punto a punto ofrece la provisión de nuevasaplicaciones de servicios de video entre las que se incluyen televisión de difusión, VoD,servicio de video personalizado estilo VCR (Video Cassette Recorder), difusión interactivay comercio por TV (T-Commerce).

El suministro de servicios de video que usan tecnología ADSL es una alternativacompetitiva para la próxima generación de TV interactiva por infraestructuras de cable y desatélites. La red ADSL es punto a punto desde el DSLAM al abonado, suministrando unenlace 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 escalabilidadque los servicios ofrecidos por cable y satélite, los cuales llegan hasta aproximadamente500 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).

Con el desarrollo de la tecnología ADSL y de algoritmos mejorados de compresión devideo, los suministradores de servicios de telecomunicaciones pueden ofrecer canales devideo de alta calidad, como una calidad DVD codificada a una velocidad de 3.5 MbpsMPEG-2. Algunos vendedores de código suministran velocidades binarias MPEG-2menores de 3 Mbps, mientras que MPEG-4 mantiene la promesa de video con calidad deemisión a velocidades menores de 1.5 Mbps, y una calidad de TV analógica a una tasa debits de 500 a 700 Kbps. Esto hace que el despliegue comercial de este servicio ya puedacomenzar.

El ADSL puede entregar un flujo de bits de hasta 8 Mbps en líneas de alta calidad y endistancias relativamente cortas. Mientras que muchas líneas no soportarán esta velocidadbinaria, las tecnologías que ofrecen ancho de banda incrementado, tales como VDSL,algoritmos más potentes de compresión, procesadores de vídeo de alto rendimiento y unmayor crecimiento de la red, prometen que el alcance de video con DSL llegue a la mayoríade los hogares en los próximos años.

Arquitectura de una red de distribución de video

La arquitectura utilizada por un suministrador de servicios de telecomunicaciones paraproducir servicios de video puede variar. Un ejemplo típico se muestra en la Figura 12.

En la red de acceso, el ATM suministra conectividad de capa 2 sobre ADSL. De estaforma, cada DSLAM podría ser un multiplexor ATM. Como resultado, los programas devideo deben ser producidos tanto en formato MPEG sobre ATM, como en formato MPEGsobre IP sobre ATM. Ambas tecnologías están actualmente disponibles, pero el mercadotiende a elegir el IP como el vehículo de entrega a la capa de red. Aunque el IP añadealguna tara al flujo de vídeo, simplifica la distribución en el hogar sobre medioscompatibles con Ethernet. Además, hay más aplicaciones disponibles para IP, lo queaumenta su audiencia. En ambos casos, las redes de cabecera y de transporte son similares.

Figura 12. Arquitectura típica para producir servicios de video.

Cabecera

El término cabecera indica una posición en la que el contenido se añade a los canales deTV, al VoD, a los portales de T-Commerce, al acceso Internet, etc. Ya que el contenido devideo se entrega al usuario sobre la red de acceso ATM, se puede incluir en la red en casicualquier posición.

En el caso de un servicio de TV de difusión, el video llega de varias fuentes sobrediferentes medios, tal como DBS (Digital Broadcast Satellite), difusión local y estudios deTV. El contenido de todas estas fuentes tiene que ser enviado a una plataforma decodificación y convertido a formato MPEG, si aún no está en este formato. Cada canal deemisión normalmente se codifica como un único flujo de transporte de programa, y seasocia con una ID específica del canal, ensamblándose en un flujo de datos de difusiónselectiva IP (cada canal está asociado a una única dirección IP de multidifusión).

En el caso de VoD, el contenido es almacenado en los servidores que pueden atenderdecenas, centenas e incluso millares de flujos simultáneos. El dimensionamiento de losservidores está basado tanto para la cantidad de contenido que debe almacenar, como parala cantidad de abonados activos que piden datos. Estos servidores pueden desplegarse pordiferentes puntos en la red. Situarlos en la cabecera de red minimiza su número y simplificala gestión del contenido, mientras que situarlos cerca de la periferia de red, reduce lanecesidad del ancho de banda al cual debe hacer frente la red de transporte.

Normalmente los canales salientes se entregan a una red ATM con encapsulado tantoMPEG sobre IP sobre ATM, como MPEG sobre ATM. En el escenario IP, la multidifusiónes una aplicación perfecta.

La cabecera en una arquitectura de video sobre DSL se puede centralizar o distribuir. Yaque el contenido se distribuye usando IP y/o ATM, la conectividad es muy flexible.

Red de transporte

El papel de la red de transporte es entregar el contenido desde las posiciones de la cabeceraa los DSLAMs adecuados, o a sus centrales y/o routers asociados, en la red de acceso. Lared de transporte debe transportar dos tipos especiales de tráfico: multidifusión yunidifusión, correspondientes a los servicios de difusión e interactivos.

El tráfico de difusión se transporta como multidifusión IP, como ATM punto a multipuntoo como una combinación de ambos (Figura 13 14).

Una buena solución para una red de multidifusión es utilizar conexiones ATM punto amultipunto en un entorno de conmutación ATM. El ATM es una tecnología estable concapacidad probada para replicar datos de gran ancho de banda.

Los servicios interactivos, que generan tráfico de unidifusión, requieren una redbidireccional. Dadas las limitaciones de la red de acceso, estos se suministran mejormediante circuitos virtuales ATM, soportando tanto un encapsulado nativo ATM como IPsobre ATM. Dada la abundancia de aplicaciones que se soportan fácilmente con el IP, lomás probable es que el IP sobre ATM domine el mercado.

Figura 13. Multidifusión IP usando ATM.

Figura 14. Multidifusión IP usando routers.

Red de Acceso

En la red de acceso se encuentra el DSLAM, éste es el último elemento en la red de accesoantes del domicilio del abonado y, por tanto, el vehículo para entregar los servicios devideo. Es responsable de la conmutación de los canales de video entregados al abonado yva a ser el dispositivo de multidifusión más cercano al abonado y el de mejor servicioofrecido en aras de dar respuesta rápida al servicio ofrecido (ej. cambio rápido de canal).

La función de conmutación de multidifusión integrada dentro del DSLAM ofrece la mejormezcla de rendimiento y precio en la entrega de servicios de difusión, ahorrando enequipamiento externo. El DSLAM debe soportar entonces, la multidifusión en el hardware(Figura 15).

Figura 15. Replicación de multidifusión del DSLAM.

El enfoque anterior no es ideal en los casos que el suministrador de servicio tenga una baseinstalada de DSLAM que no soporta facilidades de multidifusión requiriendo un dispositivo

externo que realice esta función, el cual pudiera ser, un router IP, un conmutador ATM, ouna combinación de ambos.

El hecho de usar ATM en la red de acceso, favorece las necesidades del usuario en cuanto acalidad de servicio. La fuerza de la red de acceso ATM reside en el uso de circuitosvirtuales, pues cada servicio, tiene un VC determinado, pudiendo tratarse las celdas dedistintos circuitos de manera distinta.

Red doméstica

Una vez llega e canal de video sobre DSL a la instalación del abonado a través de unmódem DSL, es necesario distribuir el contenido al STB (Set top Box, Unidad deAdaptación), de forma que se pueda ver en la TV. Esto normalmente se hace vía Ethernet, ytambién se puede conectar al PC. Cuando el video va encapsulado como MPEG sobre IPsobre ATM, hay más opciones de medios compatibles con Ethernet para la distribución enel hogar como el Ethernet inalámbrico (802.11b), HPNA (Home Phoneline NetworkAccess) y Ethernet alambrado.

La HPNA es la tecnología más eficaz en el caso de que dos STBs sirvan a dos televisoressintonizados a dos programas diferentes. Esta tecnología LAN ofrece hasta 20 Mbps con ymecanismos de QoS, haciendo uso del cableado telefónico de la casa. La HPNA funcionaen un espectro de frecuencia propio por encima de los 2 MHz lo que lo hace espectralmentecompatible con telefonía POTS y ADSL.

El estado actual de los servicios de video sobre DSL a nivel mundial no se ha visto muydesarrollado por parte de los operadores a pesar de que el equipamiento lo permite, pues nohan llegado a captar el potencial total del ADSL. El factor fundamental que ha influidosobre ello ha sido la longitud de la línea, que mayormente es demasiado grande parasoportar altas velocidades por encima de 2 Mbps. No obstante, muchos operadores seencuentran en estado de prueba de multiservicios de banda ancha. Para poner un ejemplo,se presenta el servicio que ofrece, en pruebas, la operadora Telecom Italia conequipamiento Alcatel a 21 usuarios repartidos entre Roma y Milán.

Servicio ofrecido en pruebas por Telecom Italia

Cada usuario recibe acceso rápido a Internet (256 Kbps) por televisión y PC, y 23 canalesde TV. En la cabecera se recibe el contenido vía satélite, la señal analógica resultante escodificada en formato MPEG-2 en tiempo real, ocupando un ancho de banda del orden de 4Mbps. Una vez codificados, los canales se transportan vía una red Ethernet a un BRASAlcatel 7411 que encapsula los paquetes IP en las celdas ATM utilizando AAL2, despuéslleva a cabo la multidifusión si es necesario. Los flujos de video se combinan con losrequeridos para el acceso a Internet en el conmutador ATM, en este caso, un AlcatelOmniswitch. El flujo de video es transportado sobre un PVC, mientras que el tráficoInternet del mismo usuario se transporta sobre un PVC separado. El contenido hacia la redde acceso se suministra a través de un enlace de 155 Mbps STM-1.

La red de acceso utilizada para la experimentación está basada en el Alcatel 7300 ASAM,que se encarga de entregar el servicio, transportándolo sobre ADSL hasta la instalación delusuario, terminando en un módem ADSL que distribuye la señal de video a una unidad deadaptación multimedia (STB) y el tráfico Internet hacia la PC, todo sobre un enlaceEthernet.

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