Arquitectura de la Red Residencial

De acuerdo con la ITU-T4_{, una red residencial es la colección de elementos que procesan, administran,}

transportan y almacenan información, permitiendo así la conexión e integración de múltiples dispositivos de computación, control, monitoreo, comunicación y entretenimiento en el hogar [7]. La Figura 2.1 muestra, de forma simplificada, el conjunto de tecnologías, servicios y aplicaciones potenciales que una red residencial puede sustentar.

Figura 2.1 Arquitectura simplificada de una red residencial [8]. Un dispositivo de compartición (RN Sharing

Device) permite interconectar diferentes dispositivos para formar la red residencial. A su vez, el módem de banda ancha (BB) conecta la red residencial a la red de acceso del proveedor.

Al observar la Figura 2.1 es evidente que, dependiendo del tipo de servicios proporcionados en una red residencial, se pueden obtener estructuras con distintos grados de complejidad. Para abordar esta heterogeneidad, se han elaborado arquitecturas genéricas o de referencia con el objetivo de estandarizar el despliegue de redes residenciales con soporte de servicios multimedia. De esta manera, estas arquitecturas definen diferentes componentes funcionales, así como interfaces de comunicación entre los mismos.

En este contexto, Broadband Forum5 _{propone un Marco para la Entrega de Servicios Múltiples para}

Redes Residenciales [8] con el objetivo de aprovechar todas las capacidades de los servicios multimedia que ofrece un acceso de banda ancha. Así, los usuarios pueden utilizar múltiples dispositivos y aplicaciones con diferentes requisitos de conectividad (QoS) al mismo tiempo, minimizando el rendimiento deficiente de la aplicación que podría resultar de la contienda por el consumo de recursos. En la Figura 2.2 se muestra la arquitectura propuesta, de la cual se destacan los siguientes componentes funcionales:

• POTS splitter (PS). Considerando el uso de xDSL como tecnología de acceso, este componente

permite separar los servicios POTS de los servicios de acceso por banda ancha. Es importante mencionar que en la actualidad el Cable y FTTH también son tecnologías de banda ancha utilizadas frecuentemente.

• Broadband Network Termination (B-NT). Proporciona un punto de terminación de red físico

para la señal de la tecnología de acceso de banda ancha y convierte las señales digitales recibidas

4 _{http://www.itu.int/en/ITU-T/publications/Pages/recs.aspx} 5 _{https://www.broadband-forum.org/}

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a un único formato común para la red de distribución local. Un módem xDSL o una ONT (Optical Network Termination) son ejemplos de B-NT. La función de B-NT puede ser integrada con el RG para simplificar la implementación y control de QoS entre la red residencial y el acceso de banda ancha.

• Routing Gateway (RG). Se encarga de interconectar la red residencial con la red de acceso en el

B-NT mediante la función de encaminamiento IP que incorpora. El RG juega un rol principal en la gestión de la red residencial proporcionando, por ejemplo, funcionalidades para definir políticas de QoS, gestionar el direccionamiento IP local (DHCP), configurar políticas de seguridad, etc. • Premises Distribution. Este componente proporciona la conectividad entre el RG y los

dispositivos de procesamiento funcional (FPDs). Existen numerosas opciones tecnológicas para el medio de distribución como cable UTP categoría 5, radio frecuencia, cable coaxial, red eléctrica de AC, etc. La arquitectura propuesta asume que la tecnología de distribución utilizada soporta IEEE 802.3 y, por lo tanto, la conectividad dentro de la residencia debe ser implementada utilizando tecnologías de conmutación LAN. Por otra parte, la red de distribución local puede requerir la aplicación de técnicas de cableado estructurado para dotar de conectividad a toda la residencia y, en casos donde no se pueda tender cables, se puede recurrir a utilizar puntos de acceso (APs) inalámbricos que implementan, por ejemplo, IEEE 802.11x.

• Functional Processing Device (FPD). Componente con un determinado uso/aplicación que

procesa voz, vídeo o datos y que soporta conectividad IP. Ejemplos de FDPs podrían ser Set Top boxes, adaptadores de streaming de audio y adaptadores de teléfonos de VoIP para teléfonos analógicos.

• End User Terminal (EUT). Dispositivo electrónico común que aprovecha indirectamente la

conectividad de la red, pero no ha sido específicamente diseñado para hacerlo. Un receptor estéreo es un ejemplo de EUT, ya que aprovecha la conectividad IP de un reproductor MP3 para reproducir la música analógica sin necesidad de estar conectado a la red residencial.

• Functional Processing Device and Terminal (FPD/T). Es un FPD utilizado directamente por el

usuario. Ejemplos de FDP/Ts podrían ser computadores, PDAs, impresoras, smartphones, etc. • Application Service Gateway (ASG). Actúa como un gateway entre la red residencial IP y las

redes que no son IP. La red de automatización del hogar es un ejemplo de red no IP. La función de ASG puede ser implementada en el dispositivo físico que implementa la función de RG o en un dispositivo distinto.

• Supplementary Application Network. Ejemplos de este tipo de redes incluyen los sistemas

actuales de seguridad en el hogar, control climático y telemetría. Este tipo de redes acceden a las funcionalidades proporcionadas por la red residencial a través del ASG.

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• Interfaces. Los componentes funcionales de la arquitectura se comunican entre sí a través de

interfaces. Considerando que diferentes componentes pueden ser implementados en un mismo dispositivo físico, algunas interfaces no son apreciables. Las interfaces U-R y U-R2 están especificadas por la tecnología de acceso que conecta la red residencial a la red del ISP. La interfaz

TPDN define la conexión entre el B-NT y el RG, siendo apreciable cuando los componentes no

están en el mismo dispositivo físico. La interfaz TCN define la conexión entre el RG y la red de

distribución local y su especificación depende de la tecnología implementada. La interfaz R es específica del EUT.

Ciertamente, la arquitectura propuesta por Broadband Forum resalta la funcionalidad operacional de la red residencial en la provisión de conectividad externa e interna con soporte de QoS, proporcionando una visión detallada de su estructura física. De esta afirmación se deduce que la red residencial tiene la función de soportar diferentes servicios o aplicaciones que necesitan conectividad de red, es decir, la red residencial proporciona conectividad como servicio a servicios de más alto nivel. Los servicios o aplicaciones soportados son variados e incluyen, por ejemplo, voz, video y sus variantes como el video bajo demanda, entretenimiento como las consolas de video juegos, compartición de archivos digitales, automatización del hogar, etc.

Esta visión es presentada también por la ITU-T en su propuesta de Arquitectura de Red Residencial Genérica con Soporte para Servicios Multimedia [7]. En esta arquitectura, se define a la red residencial mediante la capa de la función de transporte y la capa de la función de aplicación como se muestra en la Figura 2.3. El modelo de transporte describe cómo la red enlaza a los clientes y transfiere los paquetes de datos a través de la red, utilizando para ello los niveles de red, enlace de datos y físico. Por otra parte, el modelo de aplicación describe las características que permiten a los usuarios interactuar con las redes, incluyendo la definición de formatos de datos, el diseño de servicios y el diseño de interfaces. IPTV es un ejemplo de un tipo de servicio.

Figura 2.3 Diagrama conceptual del modelo en capas propuesto por ITU-T para la red residencial [7].

A través del modelo de aplicación y la definición de los dominios primario y secundario, la ITU-T resalta la función que desempeña la red residencial en la extensión de la red de acceso y la interconexión de dispositivos. La definición de dominios permite mostrar de una manera distinta la co-existencia de segmentos de red IP y no IP. Además, acentúa la necesidad de establecer características de conectividad como un determinado nivel de QoS para los servicios que pertenecen al dominio primario y la opción que tienen los dispositivos del dominio secundario para acceder a los servicios de conectividad que se ofrecen en el dominio primario.

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