Capítulo 3. Propuesta de red en Holguín norte Resultados y perspectivas
3.6 Opciones de escalabilidad de la red híbrida
Como se ha mencionado, uno de los puntos fuertes de la arquitectura híbrida PON-WiMAX es su escalabilidad. Las opciones no solo están restringidas a un segmento de la red sino que es posible aumentar la capacidad de ambos segmentos de forma simultánea. Esto es logra aprovechando los estándares más recientes de ambas tecnologías. En este epígrafe se muestra como podría escalarse la red propuesta buscando aumentar su capacidad.
Inserción de celdas pequeñas.
En la red propuesta se dejaron capacidades de reserva en los splitters, también es posible ampliar la capacidad del backhaul mediante 10G EPON, como se verá más adelante. Todo ello permite incrementar la cantidad de Estaciones Base en el terreno. Las nuevas BS pueden ser picoceldas y femtoceldas superpuestas a las Estaciones Base Distribuidas, los radios de cobertura de estas nuevas celdas están en el orden de las decenas de metros (figura 3.5). Esto crea un modelo de red heterogénea, diferente al modelo típico de rejilla.
Las redes heterogéneas tienen la ventaja de incrementar significativamente la capacidad, pues permiten una intensiva reutilización del espectro disponible. Las celdas pequeñas no necesitan de nuevas torres pues pueden instalarse en postes propios o de terceros, en azoteas, paredes de edificios u otra ubicación sin muchos requisitos pues su área de cobertura es muy reducida.
En este caso es necesario valorar la interferencia intercapas, asumiendo como un capa las BS tradicionales y otra capa las celdas pequeñas. Esto puede requerir, en el plano de datos el empleo de otros mecanismos de reutilización como Reutilización de Frecuencias Fraccionales (FFR) y en el plano de control puede que se necesiten mecanismos más sofisticados. Otro desafío es la gestión de
movilidad, pues el handover a través de las celdas pequeñas puede consumir grandes recursos de la red [73].
Figura 3.5. Superposición de celdas pequeñas a las BS tradicionales [73].
Incremento del ancho de banda de las celdas.
En el segmento inalámbrico es posible aumentar capacidad, además, pasando a un estándar superior. En este caso se trata del “WiMAX Release 2” (R2), cuyo equipamiento se espera comience a comercializarse a mediados del 2012 y para el 2013 exista una gran disponibilidad de terminales de este tipo. La nueva certificación es compatible con la “Release 1” (R1).
Con la implementación de R2 no se necesita un rediseño de la red, como cambio de las ubicaciones de las BS o altura de las antenas. Por el contrario, el subsistema de antena de la BS, como cableado, amplificadores de potencia y antenas puede ser totalmente reutilizado con ningún o algún ligero cambio. Los elementos del núcleo de la red, como servidores y pasarelas ASN pueden también reutilizarse con R2. El cambio principal radica en la sustitución de las tarjetas de canales y alguna reactualización (upgrade) de software en algunas unidades. Los gastos de la migración no deben superar el 5 % del costo de la red.
Cuando hay posibilidad de incrementar el espectro es una buena idea migrar hacia la R2. Un caso típico puede ser cuando se tiene una red con un factor de reuso (FR) 1x3x3 (3x10 MHz), y es posible un nuevo incremento de 10 ó 20 Mhz. En la figura 3.6 se muestra la estructura de trama de la migración de una red con FR 1x3x3 y una disponibilidad de 10 Mhz adicionales. El sistema permite la interoperabilidad de los dispositivos multiportadora 10+10 MHz y los dispositivos de la red R1 heredados.
Figura 3.6. Migración de reuso 3 a “Release 2” con adición de 10 Mhz [74].
En caso que se disponga de 20 Mhz adicionales, una solución puede ser separarlos en dos canales de 10 Mhz con reuso 1 dentro de la celda. Esto equivaldría a añadir a la figura 3.6 una frecuencia F5 como un segundo canal de 10 Mhz con reuso 1 igualmente. Esta configuración ofrece la ventaja de que la complejidad de los dispositivos multiportadoras se mantiene como 10+10 Mhz.
Otro método puede ser el uso de un solo sector de 20 Mhz con reuso 1, en este caso los dispositivos multiportadora con esquema 10+20 Mhz, los de simple portadora de 10 Mhz y 20 Mhz, y los terminales heredados de R1 son soportados por el sistema [74].
En el diseño de la red Holguín norte se utilizó todo el espectro en busca de eliminar la interferencia co-canal, sin embargo, para incrementos futuros de capacidad es necesario aplicar el patrón de reuso 1 y es posible migrar entonces los sectores a 20 Mhz. Para ello es conveniente limitar el alcance de las antenas, lo que puede realizarse variando la inclinación o tilt de estas. En este caso hay que considerar además, los efectos de la interferencia co-canal.
Evolución de la red óptica pasiva.
En el segmento EPON también existen opciones de escalabilidad. En septiembre del 2009 fue aprobada la enmienda 802.3av concerniente al nuevo estándar 10 Gigabit EPON (10G EPON), en dos formatos: simétrico (10 Gbps en ambos sentidos) y asimétrico (1Gbps sentido ascendente y 10 Gbps descendente). Las pruebas con esta tecnología comenzaron en el 2010 y en estos momentos hay disponibilidad de este equipamiento en el mercado.
De esta forma, la red EPON puede convertirse en una red 10G EPON que sería el backhaul para interconectar múltiples OLT EPON, tal como se muestra en la figura 3.7 [41].
Figura 3.7. Incremento de capacidad de la red híbrida mediante 10G EPON [41].
Sistemas de multiplexación por longitud de onda y radio sobre fibra en redes ópticas pasivas.
Otra opción de escalabilidad en la red PON es la arquitectura microonda sobre fibra, que como se vio en el capítulo 2 aprovecha mejor el espectro de la fibra. En este caso, tanto las señales en banda base (PON) como en radio frecuencia (señal analógica WiMAX) coexisten en el mismo medio.
De este modo puede desplegarse paralelamente a una red de acceso WDM-PON, que porta los enlaces a las BS, otra red de antenas distribuidas (DAS), ocupando la gama alta del espectro en cada longitud de onda. Esta red tiene como principales ventajas la simplificación de los equipos terminales, que serían unidades de antenas remotas (RAU) y la centralización de las funciones de procesado de las señales en un mismo emplazamiento. Esta técnica se utiliza actualmente para dar cobertura en escenarios interiores, túneles, ferrocarriles, etc [41].
3.7 Conclusiones parciales.
De lo anterior se concluye que la red de acceso propuesta es factible. Las simulaciones indican que es posible cubrir el 90 % del área de interés con la máxima modulación (64QAM). Se realizaron cálculos mediante el modelo SUI y también corroboran los resultados anteriores. En la comparación de ambos resultados se determinó que el modelo SUI exige mayor alturas de antenas transmisoras que el Radio Mobile, aspecto que debe considerarse a la hora de una implementación práctica. A pesar de que no fue posible una simulación de interconexión entre la red EPON y WiMAX, se revisaron investigaciones de prestigio que confirman que es posible y sin pérdidas de desempeño. Por último, con las opciones de escalabilidad de la red híbrida, se tiene una garantía de evolución a largo plazo, un aspecto importante a la hora de decidir por una inversión de envergadura.
Conclusiones.
Al término de esta investigación se arribó a las siguientes conclusiones:
1. No todas las redes de acceso desplegadas en el mundo son adecuadas al entorno cubano. La falta de infraestructura limita el empleo masivo de xDSL y los protocolos DOCSIS. Además, las tecnologías NGA's implican gastos excesivos tanto para el Operador como para el usuario final.
2. La tecnología híbrida EPON-WiMAX mediante la Arquitectura Independiente es una opción idónea para expandir la red de acceso en zonas con limitada infraestructura.
3. Los resultados de los cálculos y simulaciones indican que WiMAX puede cubrir con la modulación 64QAM más del 90 % de la región norte de la ciudad de Holguín. El modelo SUI es más exigente que el software Radio Mobile en cuanto a la altura de las antenas, aspecto que debe tenerse en cuenta en una implementación práctica.
Recomendaciones.
1. Realizar simulaciones de la red híbrida extremo a extremo para diferentes cargas de tráfico y servicios. Medición de parámetros básicos como latencia y capacidad. Para esto se necesita contar con las versiones modernas del simulador de redes OPNET.
2. Realizar pruebas de campo que impliquen la interconexión física de equipamiento EPON/GPON y WiMAX y evaluar el desempeño, en cuanto a QoS, latencia, saturación, capacidad neta, así como analizar la correspondencia de los valores reales con los cálculos y simulaciones.
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4G_Cuarta generación (de redes móviles celulares). ADSL_Asymmetric Digital Suscriber Line.
APON_ATM over PON.
ATM_Asynchronous Transfer Mode.
BE_Best Effort.
BPON_Broadband PON.
BS_Base Station.
CATV_Cable TV.
CDMA_Code Division Multiple Access.
CID_Connection Identifier.
CPU_Central Processing Unit.
CR_Contention Ratio.
DAS_Distributed Antenna Systems.
DiffServ_Differentiated Services.
DL_Downlink.
DOCSIS_Data Over Cable Service Interface Specification. DSL_Digital suscriber line.
EFM_Ethernet in the First Mile.
EPON_Ethernet over PON.
FCC_Federal Communications Commission.
FFR_Fractional Frequency Reuse.
FR_Factor de reuso.
FSAN_Full Service Access Networks.
FTTB_Fiber to the building.
FTTC_Fiber to the curb.
FTTH_Fiber to the home.
FTTN_Fiber to the node.
FTTP_Fiber to the premise.
GEM_ GPON Encapsulated Mode.
GoS_Grade of Service.
GPON_ Gigabit PON.
HDTV_High definition TV.
HFC_Hybrid Fibre Coaxial.
HSDPA_High Speed Downlink Packet Access.
HSPA_High Speed Packet Access.
HSUPA_High Speed Uplink Packet Access.
IP_Internet Protocol.
IPTV_ Televisión mediante el protocolo IP.
IEEE_Institute of Electrical and Electronic Engineering.
IMT-A_International Mobile Telecommunications-Advanced.
ISP_Internet service provider.
LTE_Long Term Evolution.
LAN_Local Area Network.
LOS_ Line of sight.
MAC_ Medium Access control.
MIC_ Ministerio de la Informática y las Comunicaciones. MIMO_Multiple Input Multiple Output.
MMDS_ Multichannel Multipoint Distribution Service.
MOF_Microwave over fiber.
MPEG_Moving Picture Experts Group.
MPLS_Multiprotocol Label Switching.
NGA_Next Generation Access.
NTT_Nippon Telegraph and Telephone.
OECD_Organisation for Economic Co-operation and Development.
ODN_Optical Distribution Network.
OFDM_Orthogonal Frequency Division Multiplexing.
OFDMA_Orthogonal Frequency Division Multiple Access.
OLT_Optical line terminal.
ONT_Optical network unit.
OSR_Oversuscription ratio.
PDU_Protocol data unit.
PL_Path Loss.
P2P_Point-to-point.
PON_Passive optical network.
PPV_Pay per view.
QoS_Quality of service.
RAU_Remote Antenna Unit.
RF_Radiofrecuencia.
RDSI_Red digital de servicios integrados. RTP_Real Time Protocol.
rtPS_Real-Time Polling Service.
SC-FDMA_Single Carrier-Frequency Division Multiple Access.
SDTV_Standard definition TV.