INSTITUTO POLI TÉCNI CO NACI ONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LOPEZ MATEOS, “ZACATENCO”
“ANALI SI S DEL DESEM PEÑO DE LA RED M ULT ISERVICIOS DE
PET ROLEOS M EXICANOS EN EL SEGM ENT O SAT ELIT AL”
T ESIS
Q UE PARA O BTENER EL G RADO DE:
MAESTRO EN CI ENCI AS EN I NGENI ERI A DE
TELECOM UNI CACI ONES
PRESENTA:
ING. ALFREDO DAVID GUERRERO PÉREZ
DI RECTORES DE TESI S:
DR. RAÚL CASTI LLO PÉREZ
DR. HÉCTOR OVI EDO GALDEANO
Página Capítulo 1 M edios de Comunicación
1.1 Int roducción 1
1.2 Redes de Acceso 2
1.3 Comunicaciones por Cobre 3
1.4 Comunicaciones por Fibra Ópt ica 4
1.5 Acceso Inalámbrico 4
1.6 Comunicaciones Sat elit ales 5
1.7 Técnicas de Acceso 7
Capítulo 2 Redes Satelitales y Redes de Banda Ancha Terrestres
2.1Int roducción 9
2.2 Sist ema de Comunicación Vía Sat élit e 10
2.3 Los Sist emas V-SAT 11
2.4M PLS 14
2.4.1 GMPLS 17
Capitulo 3 Parámetros de la Ingeniería de Trafico
3.1Int roducción 21
3.2 M odelados de Sist emas de Telecomunicaciones 22
3.3 Concept os de Trafico 24
3.4 Variaciones de Tráfico y Concept o de Hora cargada 25
3.5 Propiedades est adíst icas del Trafico 25
3.6 Ingeniería de Tráfico en ITU 26
3.7 Parámet ros de Niveles de Servicios 29
3.8 Prot ocolo SNMP 34
3.8.1 Versiones de SNM P 35
3.9 M odelo TM N 37
3.9.1 El Modelo Funcional 37
3.9.2 El Modelo de Información 39
3.9.3 El Modelo de las Comunicaciones 40
3.10 Los Sist emas de Gestión (OSS Operation Support System) 41
Capitulo 4 Red M ultiservicios Satelital de Petróleos M exicanos
4.1Int roducción 42
4.2Ant ecedent es 42
4.3 Selección de la Tecnología para At ender el Requerimient o de Petróleos M exicanos 43
4.4 Caract eríst icas del sist ema de comunicación sat elit al 45
Contenido
4.6 Est ación Maest ra 46 4.7Est aciones Remot as 48 4.8 Expansión de Servicios de Administ ración 52
Capitulo 5 Propuesta para la Administración y Gestión del Trafico
5.1 Panorama del Sistema de la Administración de la Red Multiservicios de Petróleos Mexicanos 57
5.2 Met odología para Evaluar el Desempeño de la Red 59
5.3 Sist ema de Administ ración y M onit oreo Cacti GPL 59
5.4 Principios Básicos del Funcionamient o de Cact i 60
5.5 Adaptación de Cacti para Monitoreo de la Red, Sistema y Servicios 62
5.6 Obt ención de Resultados y Análisis de Información 74
Conclusiones y Recomendaciones 85
Trabajo a Futuro 87
Glosario 88
Bibliografía 90
Anexos A 92
Anexos B 98
Anexos C 104
Anexos D 105
Página Índice de Figuras
Figura 1.1 Acceso M últiple por División de Frecuencia 7
Figura 1.2 Acceso Múlt iple por División de Tiempo 8
Figura 2.1 Red V-SAT de Topología de Est rella 12
Figura 2.2 Red V-SAT de Topología de M alla 12
Figura 2.3 Capacidad de una Terminal Int eractiva 13
Figura 2.4 Ejemplo de Red MPLS 15
Figura 2.5 Esquema de Red GMPLS 17
Figura 3.1 M odelado de Sistemas de Telecomunicaciones 23
Figura 3.2 Modelo de Error de Markov de dos estados 24
Figura 3.3 Teoría del tráfico disciplina int eract iva 26
Figura 3.4 Tareas de la Ingeniería de Tráfico 27
Figura 3.5 Ejemplo de Interfaz para un sist ema de supervisión SLA 31
Figura 3.6 Ámbit o de los Est ándares SNM P 35
Figura 3.7 Interacción ent re agent es y gest ores SNMP 36
Figura 3.8 Niveles de Gest ión TM N 38
Figura 3.9 Modelo de Información M odelo TMN 39
Figura 4.1 Sist emas de Acceso Múlt iple por Radioenlace 43
Figura 4.2 Red Pasiva Ópt ica 44
Figura 4.3 Esquema de Sist emas V-SAT 44
Figura 4.4 Arquit ect ura del Sistema Sat elit al 46
Figura 4.5 Sist ema de Banda Base, Radio Frecuencia 47
Figura 4.6 Esquema de Int erconexión Est ación Cent ral Hub 48 Figura 4.7 Element os Técnicos Inst alados de la V-SAT Complet a 49 Figura 4.8 Element os Técnicos Inst alados de la V-SAT Básica 49
Figura 4.9 Est ación Remot a t ipo R1 51
Figura 4.10 Est ación Remot a t ipo R2 51
Figura 4.11 Est ación Remot a Tipo R3 52
Figura 4.12 Est ación Remot a t ipo R4 52
Figura 4.13 Dist ribución de los Racks de la Red Mult iservicios 54 Figura 4.14 Parámet ros Básicos de las Graficas de Cact i 55
Figura 5.1 Diagrama de la Red de Pet róleos Mexicanos 58
Figura 5.2 Soft ware Necesario para la Operación de Cact i 60
Figura 5.3 Tareas de Cact i 61
Figura 5.4 Pagina de Inst alación de Cact i en el Servidor Apache2 64 Figura 5.5 Configuración del Usuario y base de dat os de M ySQL 65
Figura 5.6 Librerías de php5 y agent es SNMP t rabajando 65
Figura 5.7 Consola de Cact i 66
Figura 5.8Permisos al usuario para t ener acceso al plugin monit or 68
Figura 5.9 Mapeo del t rafico de red 69
Figura 5.10 Porcent aje del t rafico de paquet es según su longitud 69 Figura 5.11 Información de dominios y uso del ancho de banda 69 Figura 5.12 Carga de Trafico en las rut as de acceso a la red 70 Figura 5.13 Int egración del Servidor de Administ ración Cact i 73
Figura 5.14 Peticiones de CBR 74
Contenido
Figura 5.16 Paquet es con errores 75
Figura 5.17 Numero de rut as de ent rada posibles 76
Figura 5.18 Numero de usuarios ut ilizando las rutas ent rant es 76 Figura 5.19 BPS distribuidos entre el numero de rut as de entrada y usuarios 77
Figura 5.20 Porcent aje de Ut ilización del CPU 1 78
Figura 5.21 Porcent aje de Ut ilización del CPU2 78
Figura 5.22 Asignación de clúst er en el DNCC 79
Figura 5.23 Requerimient o de solicit udes del SSGW 79
Figura 5.24 Respuest as a las solicit udes del SSGW01 80
Figura 5.25 Llamadas act ivas y V-SATs habilit adas para los servicios de voz 80
Figura 5.26 Llamadas act uales en los tres enlaces E1 81
Figura 5.27 Porcent aje de ut ilización del router 82
Figura 5.28 SQF de el ult imo día 82
Figura 5.29 SQF del últ imo año 83
Figura 5.30 SQF del ult imo día 83
Resumen
La presente investigación se realizo en la red multiservicios de acceso sat elital de Pet róleos Mexicanos en el hub central ubicado en la Ciudad de México. En el periodo comprendido entre los años 2006 a 2009. Y en la misma participaron jef es y personal del área de telecomunicaciones de la instit ución. Se tuvo acceso a inst alaciones, equipo de red y entrevist as con la empresa que maneja el proyecto.
Partiendo de deficiencias observadas y reportadas por los usuarios en el desempeño de la red relacionados con la administ ración y gestión de servicios basados en IP, siendo que aun se está lejos de la capacidad máxima se han encontrado problemas para ofrecer los servicios. El propósito de la present e investigación consistió en inst alar y adecuar herramientas de sist emas de monitoreo y alarmas durante el último periodo de la est ancia de investigación. Para ello fue necesaria la definición de los efectos que genera la congestión del tráfico de los servicios que int egran la red, luego se describió el comportamiento de la variación de la demanda de servicios y el consumo de los canales de acceso y finalment e se det ermino el comportamiento de la actividad de la red en cuanto a la cantidad de usuarios que utilizan los recursos.
Est a información se utilizo para presentar una herramient a que puede most rar métricas relacionadas con el desempeño de a la red, sistemas y servicios y en base a los result ados arrojados sustent ar las recomendaciones. El presente est udio determina si el sistema es capaz de soportar la segunda expansión que est á sufriendo para ofrecer nuevos servicios adicionales a los que ya integran la red y present ar recomendaciones a los líderes del proyecto respaldadas en este est udio para la toma de decisiones mediat as y fut uras que mejoren el desempeño y la confiabilidad de la red.
El estudio se sustent a en la t eoría de la ingeniería de tráfico, en el modelo de administ ración Telecomunication Management Network y los resultados obtenidos en campo por el software de monitoreo Cacti y Nagios. Además de la int egración a Cacti de las bondades de Monitor, Weat her, Ntop y Zond que complement an a Cacti para realizar métricas más exact as como se det alla en el final de est e trabajo.
La adecuación del sistema de monitoreo Cacti permitió habilitar un sistema de monitoreo de recursos de red y dispositivos con plataforma de software libre y con plugins que nos permit en medir los niveles de ocupación en tiempo real, notificaciones visuales y sonoras para obtener detalles de elementos críticos de la red que necesitan ser supervisados a cada momento. Nagios proporciona un sist ema muy eficiente de alarmas que respalda a Cacti en caso de una eventualidad y puede notificar vía e-mail, pager o SM S al administrador o a las personas encargadas del sitio. La validez de estas herramientas está avalada por grandes empresas de t elecomunicaciones que las emplean para hacer auditorias a sus distintos clientes.
Análisis del Desempeño de la Red Multiservicios de Petróleos Mexicanos en el Segmento Satelital
sat urar el procesamiento ni el rendimiento de los equipos y para las futuras ampliaciones es donde residirían la menor cantidad de cambios o expansiones.
Abst ract
This research was conduct ed in the multi-access network satellite Petroleos Mexicanos in the central hub locat ed in Mexico City. In the period between 2006 and 2009. And in the same heads and staff of the t elecommunications area of the institution. It had access to facilities, equipment and network int erviews wit h t he company t hat manages t he project.
Based on deficiencies observed and reported by users in t he perf ormance of the net work associat ed with the administ ration and management of IP-based services is still far away from the maximum capacit y problems have been found to provide services. The purpose of this investigation consist ed of inst alling and adjust ing tools for monit oring systems and alarms during t he last period of the research stay. This required t he definition of the effect s generated by the congestion of the network services, then described the behavior of the variation in demand for and consumption of the access channels and ultimately det ermine the behavior of network activity in terms of number of users who use the resources.
This inf ormation is used t o introduce a tool that can display performance metrics relat ed to the network, syst ems and services based on t he findings support t he recommendations. This study determines whether t he system is capable of supporting the second is undergoing expansion to offer new services in addition to those already in t he network and make recommendations to t he project's leaders in this st udy supported the decision t o mediat e and fut ure improve the performance and reliability of t he network.
The st udy is based on the t heory of traffic engineering in t he management model Telecomunication Network M anagement and out comes in t he field by the monitoring software Nagios and Cacti. Besides t he int egration of the virtues of Cacti Monitor, Weat her, and Zonda ntop to complement Cacti for more accurate metrics as det ailed in t he final of this work. The adequacy of the monitoring syst em helped empower a Cacti monitoring syst em resources and network devices wit h f ree software platform and plugins t hat allow us t o measure t he levels of occupancy in real-time visual and sound not ifications for details of critical element s of the network t hat need to be supervised at all times. Nagios provides a very efficient syst em of alarms that supports Cacti in case of an eventuality and can notify via e-mail, pager or SM S to t he administrator or person in charge of the site.
The validity of these tools is supported by large t elecommunications companies t hat used to make audits of it’s various clients. The investigation found: Managing t he network involves t he differential segment of the V-SAT's has a system t hat operates in an efficient management, security, encryption, reply to requests for services. The weakest points of the network are contained in t he part t hat corresponds to the ground segment is t he entire network infrastructure, w hich is aft er t he central hub or access node. Measurements of network performance, system and services t hat reflect t he share of the infrastruct ure of a sat ellite syst em is working properly, wit hout sat urating t he processing or performance of equipment and for future enlargement s is w here lie t he least amount changes or expansions.
Análisis del Desempeño de la Red Multiservicios de Petróleos Mexicanos en el Segmento Satelital
Objetivo
Present ar una propuest a de opt imización para la red multiservicios de Pet róleos Mexicanos en el segment o sat elit al, desarrollando herramient as de soft ware de licencia publica general y adapt aciones a las mismas que permitan realizar mét ricas de sist ema, red y servicios para ident ificar element os vulnerables del sistema en cuant o a la prest ación de los servicios.
Análisis del Desempeño de la Red Multiservicios de Petróleos Mexicanos en el Segmento Satelital
Just ificación
El estudio es necesario dado de que las condiciones iníciales con las que arranco el proyecto no estaban contempladas para el t ipo y cantidad de t rafico que generan los servicios actuales de la red. El alcance final en un principio era dar conectividad hasta 6,200 puntos remotos a nivel nacional. Las caract erísticas de las est aciones remotas serian reportar mediciones operativas de f orma automatizada, es decir datos de baja velocidad a 9.2kbps y el int ercambio de información seria solo una vez al día.
La red ha intentado adaptarse a las condiciones ant eriormente expuest as, para ofrecer no solo transferencia de mediciones operativas sino t ambién servicios de voz, datos y video. Y a mediano plazo video conferencia, telecontrol, televigilancia y video llamadas. La red ha manifest ado problemas de congestión frecuentes, la disponibilidad de servicios sobre todo en el caso de voz es int ermitente, rest aurar los servicios a las remotas toma mucho tiempo y no existe un sist ema de auto recuperación para las V-SAT.
Si no se cuenta con un análisis del desempeño act ual de la red, sist ema y servicios y no se est a consient e de los alcances y limitaciones act uales, no solo los servicios que integraran la red no podrán ofrecerse sino que también conforme el número de estaciones remotas vaya en aumento la disponibilidad de servicios con los que ya se cuenta será menos frecuent e al agregarse mas tráfico.
Introducción
En 2003 surge la necesidad en Petróleos Mexicanos de cont ar con un sist ema de comunicación que fuera capaz de proporcionar conectividad de datos a 5500 puntos remotos, sobre todo en sitios con condiciones de difícil acceso por la hidrografía, orograf ía y en algunos casos por las condiciones marítimas en las que se encuent ran distribuidos en todo el país.
En muchos sitios donde se requería est ablecer el canal de comunicación no existen implement aciones de redes terrestres que puedan of recer soporte tecnológico para dar respuest a a la necesidad de comunicación que se demandaba.
El análisis efectuado ent re las distint as alternativas t ecnológicas de comunicación, por part e de la paraest at al dio como resultado la propuest a de un sist ema de comunicación sat elital, capaz de integrar a todos los puntos remotos para cubrir el requerimiento de Petróleos Mexicanos y que adicionalmente pudiera satisfacer las necesidades de servicios de voz, datos y video de las diversas dependencias de la Institución.
Petróleos Mexicanos que requiere significativament e de activos humanos y mat eriales present es en localidades inhóspitas en cualquier punto de la geografía del país. Para maximizar las utilidades sobre estos activos necesit an de sistemas de comunicaciones que puedan ser inst alados rápidamente, sin complejidad y capaces de ser int erconectados a la infraestruct ura de Telecomunicaciones con que cuent a act ualment e la instit ución. Por tal motivo la empresa adquirió un sistema de estaciones remotas de comunicación vía satélit e y un Hub cent ral como nodo de acceso a la red institucional, la cual soporta múltiples tipos de transmisión incluyendo voz, fax, datos y video de baja y alt a velocidad.
Las Estaciones Remot as deben ser robust as, fáciles de ensamblar y versátiles. Deben operar en ambient es remotos y soportar humedad y climas extremosos. Uno de los requerimientos de estas estaciones es proporcionar comunicación a equipos de exploración y perforación de pozos mediante equipos móviles, semi-sumergibles por lo que las est aciones remot as deberán ser t ransportables (y soportar el golpeteo y las vibraciones asociadas con la frecuent e reubicación de los lugares de trabajo), además de funcionar en sitios con un suministro de energía eléctrica primaria con fuert es variaciones de voltaje, fase y frecuencia.
El seguimiento y estudio del comportamiento y ampliaciones de esta red se iniciaron desde 2006, en sus primeras et apas de operación, observando diversos problemas como lo son: la at enuación propia de la banda de operación, el ret ardo característ ico de una red de acceso sat elital, la topología de red y finalmente la administración y gestión de servicios.
Los punt os ant eriorment e descritos fueron dados a conocer al jef e del área encargada del proyecto de Petróleos Mexicanos. Como áreas de oportunidad de est udio y a su vez se present aron una serie de recomendaciones para, de ser posible implementarlas y mejorar así el desempeño de la red multiservicios. Fueron discutidos y comentados uno a uno. Algunos ya se habían evaluado desde la planeación y gestión del proyecto y dos de los mismos, simplemente no eran viables dado que ya se tenía una inversión hecha en licitaciones, equipo, personal y logística del proyecto.
Análisis del Desempeño de la Red Multiservicios de Petróleos Mexicanos en el Segmento Satelital
Argument ada con el bloqueo total que se present a frecuentemente en las est aciones remot as que transport an servicios bajo la plat aforma de IP. Las estaciones remotas en algún momento llegan a quedar incomunicadas de cualquier servicio que int egra la red, siendo necesario un “ reset ” , desde la estación maestra en la Cd. de México y todo el proceso llega a tomar hast a 45 minutos. Además frecuentement e los servicios de voz no est án disponibles para los usuarios.
La red continúa creciendo en usuarios y en los servicios que se integrarán en fut uras ampliaciones. Se demandara mayor ancho de banda y capacidad de recursos. Para poder at ender estos requerimientos es necesario evaluar el desempeño de la red multiservicios y conocer el comportamiento propio de los usuarios de la red, la capacidad de los dispositivos de at ender los requerimientos y la ofert a de servicios a través de los canales de acceso. Todo lo anterior para optimizar los recursos act uales con los que se encuentra operando la red y presentar recomendaciones para establecer crit erios que permitan definir si la red será capaz de soportar los nuevos servicios que f ormaran part e de ella a mediano plazo y mejorar la eficiencia act ual.
El presente t rabajo se apoya en bases t eóricas para realizar los estudios en campo, siguiendo las recomendaciones de la ITU para los casos de estudio de la Ingeniería de Trafico. Se parte de la observación de la red, para posteriormente desarrollar un modelo en est a etapa únicamente teórico que se deduce a través de la observación. La recolección de datos se desarrolla a través de herramientas de monitoreo de la actividad de los dispositivos, servicios y recursos de red para dar paso a la verificación del modelo teórico y replant earlo si f uera el caso con las mediciones reales del estudio de caso que se han obtenido hasta ese momento. Y así se emit en las recomendaciones pertinent es.
En el capítulo 1 se dan las bases t eóricas de los medios de comunicación, definiendo el concepto de red de acceso y se detallan las etapas del despliegue de la misma. Se describen las técnicas y tecnologías alambradas. También se habla de su cont raparte en el acceso inalámbrico que si bien sacrificamos ancho de banda, su principal vent aja es la movilidad. Se comenta sobre las comunicaciones por radioenlace hast a llegar a las comunicaciones por sat élite y finalmente los dist intos tipos de acceso que emplean est as t écnicas.
En el capítulo 2 se comentan aspectos detallados sobre caract erísticas propias de la red del caso de est udio, Redes Satelit ales y Redes de Banda Ancha terrestres. En est e apartado se definen elementos de las redes V-SAT, cuya su principal vent aja es la cobert ura “ tot al” que present a por sobre cualquier t ecnología. Pero se present a al mejor exponente de las redes terrestres basadas en MPLS y su amigable int egración con diversos protocolos de redes. Y sus distintos mecanismos de cont rol para garantizar niveles calidad y servicio.
En el capítulo 3 Se describen los elementos t eóricos en los cuales se apoya la propuest a final de este t rabajo. Se part e de una semblanza de modelados de sistemas de telecomunicaciones, los distintos conceptos de tráfico y la óptica diversa en su análisis. Se comenta brevement e las propiedades estadíst icas del tráfico. Y la importancia que tiene para la UIT la ingeniería de tráfico. Se describirán los objetivos del grado de servicio y calidad de servicio, además de otros parámetros de redes de servicios. Se finaliza con el protocolo de gestión con mayor aceptación SNMP y apoyado por el modelo Telecomunication Management Network.
plataformas de los servidores destinados a la administración de la red de Petróleos Mexicanos y los monitoreos realizados por la herramient a grafica llamada Cacti y una breve descripción de la int erpretación de los resultados.
Capítulo 1 Medios de Comunicación
C a p ítulo 1
Me d io s d e C o m unic a c ió n
1.1 Introducción
En est e apartado se dará una descripción sobre los medios de comunicación principalment e dedicados para la parte del acceso. Es decir la forma en la que se transportaran las solicitudes de servicios al proveedor de t elecomunicaciones. Se puede hacer una dist inción entre la diversidad de tecnologías de acceso desde los costos, la flexibilidad en la inst alación hast a las facilidades técnicas y tecnológicas en un área determinada por la geografía del sitio. Est a última será el factor decisivo para implementar o no alguna tecnología en particular. Se manejan distinciones ent re medios físicos guiados como la fibra óptica y su mayor bondad, el ancho de banda. Y finalment e las comunicaciones sat elitales como principal ventaja destaca que el área de cobert ura para los servicios prácticamente es global, pero el despliegue de infraestruct ura sobre todo en la parte de RF resulta ser muy costoso, además que no result a ser una buena opción para las comunicaciones en tiempo real.
Todo este primer apartado tiene como fin generar las bases para que en el capít ulo 4 se pueda entender de una manera más profunda, como es que después de que se evalúan diferentes soluciones para at ender la demanda de servicios de Telecomunicaciones de Petróleos Mexicanos se opta por un canal de acceso satelit al dadas las condiciones que se detallaran en el apartado anteriormente mencionado.
Actualment e las redes de t elecomunicaciones están evolucionando para que las empresas optimicen sus inversiones, reduzcan sus costos de operación y mantenimiento, les permitan crear nuevos servicios y tener flexibilidad en el aprovisionamiento de servicios act uales y futuros, ent re otras venta [1].
Las ondas de radio se utilizan no solo en la radiodifusión, sino también en la t elegraf ía inalámbrica, la transmisión por teléfono, la televisión, el radar, los sistemas de navegación y la comunicación espacial. En la atmósfera, las características físicas del aire ocasionan pequeñas variaciones en el movimiento ondulatorio, que originan errores en los sistemas de comunicación radiofónica como el radar. Además, las tormentas o las pert urbaciones eléctricas provocan fenómenos anormales en la propagación de las ondas de radio [1].
Los medios de acceso son los responsables de proporcionar la concent ración de la gran variedad de interfaces y t roncales. Consolidando su tráfico para de esta manera entregarlo, mediant e interfaces estandarizadas [1].
Acceso por cobre
La visón tecnológica para la red de cobre considera su explotación con mayores anchos de banda utilizando la técnica ADSL (Línea de Suscripción Asimétrica Digit al, el cual se empleara en conjunto con enlaces punto a punto de fibra óptica que acerquen los nodos a los usuarios.
Acceso por fibra ópt ica
En t érminos de t ecnología, se prevé soluciones en anillo con ADM/SDH-NG (Agregar o descartar Multiplexor/Jerarquía Digital Síncrona- Nueva Generación) para usuarios del tipo corporativo y topologías arborescent es con redes ópticas pasivas PON para usuarios del tipo residencial.
Las redes PON (Redes Ópticas Pasivas) deberán permitir al menos dos divisores en cascada y con base en los estudios de presupuestos de pérdidas por ramificación podrán manejarse hasta tres divisores en cascada con el fin de aument ar el número de usuarios finales. Los sistemas para el transporte de bit s en los árboles PON pueden resolverse en tres formas básicas: TDM/TDMA (Multiplexación por División de Tiempo/Acceso M últiple por División de Tiempo) para servicios principalment e de voz en el ambient e actual, Gigabit Et hernet para servicios en formatos de paquet es y posteriormente CWDM (Multiplexación por División de Longit ud de Onda Gruesa) sobre el cual podrá cursar IP (Protocolo de Internet) direct amente.
Acceso inalámbrico
En el caso de la interfaz de aire, se explotará en la red meta la técnica que utiliza el sistema de distribución local punto multipunto LMDS (Sist ema de Distribución Local Multipunto) que opera ya sea con FDM (Multiplexación por División de Frecuencia) o TDM/TDMA. La tecnología LMDS permitirá ofrecer accesos tales como los que se obtienen con los sistemas DSL, pero con capacidades similares a la fibra óptica (en algunos casos se le ha denominado fibra en el aire). Con este sist ema las int erfaces hacia el usuario están orientadas hacia el uso de IP (Protocolo de Internet ) y ATM (Modo de Transferencia Asíncrona). La banda de frecuencias propuesta para este servicio est á entre 10.5 GHz, 26 GHz, 28 GHz y 38 GHz.
1.2 Redes de Acceso
Las Redes de Acceso son responsables de proporcionar la concent ración de la gran variedad de interf aces y troncales. Estas redes de acceso usualmente contienen la mayor parte de valor invertido en una red de telecomunicaciones. La optimización de estas redes de acceso ha dado origen a que se t engan puntos intermedios de conexión ent re la cent ral y el usuario para incrementar los servicios que eventualment e demandarán un gran ancho de banda o que forzarán a dicha sit uación. Otro problema es ahora la necesidad de transportar paquet es IP sobre redes de radio en aplicaciones móviles. Las futuras redes de acceso deben resolver los problemas de la eficiencia del uso del espect ro y garant izar la calidad de servicio[2].
Capítulo 1 Medios de Comunicación
Fase Inicial
Se deben considerar t odos aquellos client es aislados de zonas urbanas o donde no se tenga ningún acceso a la red. Se deben implement ar soluciones adecuadas y despliegue relat ivamente rápido por radio o fibra.
Fase Int ermedia
Se efect úa un est udio previo y si se agrupan client es en zonas residenciales e industriales se realiza un despliegue masivo de radio y fibra.
Fase Final
Una vez que se han implementado las dos primeras fases y se tiene una red sobre todo rica en fibra óptica se pueden aceptar t odo tipo de client es.
1.3 Comunicaciones por Cobre
La convergencia de las redes de telecomunicaciones y de datos crea oportunidades tanto para los operadores exist entes como para los operadores emergent es. El acceso vía cobre se ha convertido en un activo muy valioso para los operadores tradicionales, mientras que los emergentes pueden tener hoy acceso a la últ ima milla y por t anto se espera que participen en est e segmento con servicios muy competitivos [1] .
Durant e años se ha especulado sobre las limit aciones de las redes t elefónicas y, en particular, si se podría superar los 14.4 kbit/s primero, y los 28.8 kbit/s después, ut ilizando pares de cobre. La RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) dio un important e paso adelant e al proporcionar 128 kbit/s en su acceso básico. En los siguientes años vimos cómo los nuevos módems xDSL (Familia de Línea de Suscripción Digital) se aproximaron a velocidades de 10Mbit/s. Dos acontecimientos importantes han impulsado a las tradicionales compañías operadoras t elefónicas a investigar una t ecnología que permitiera el acceso al servicio de banda ancha sobre sus tradicionales pares trenzados de cobre: las nuevas aplicaciones multimedia y el acceso rápido a contenidos de Internet [1] .
Tecnología xDSL
La tecnología DSL suministra el ancho de banda suficiente para numerosas aplicaciones, incluyendo además un rápido acceso a Internet utilizando las líneas t elefónicas; acceso remoto a las diferent es Redes de área local (LAN), videoconferencia, y Sistemas de Redes Privadas Virtuales (VPN). XDSL está formado por un conjunto de tecnologías que proveen un gran ancho de banda. Entre la conexión del client e y el primer nodo de la red [1].
Cable Coaxial
1.4 Comunicaciones por Fibra Óptica
Por sus características de capacidad, con seguridad serán las fibras ópticas los medios predominant es en aquellas porciones de la red en que el número de usuarios y el tráfico que generen lo justifiquen. Hay que tomar en consideración que los costos de instalación de cables de fibras ópticas son elevados y que se justifican cuando muchos usuarios compart en la red y generan suficiente t ráfico como para que esa porción de la red sea utilizada t odo o la mayor part e del tiempo [3].
Las fibras ópticas son guías de luz, poseen capacidad de transmisión a grandes distancias con poca pérdida de intensidad en la señal y t ransportan señales impresas en un haz de luz dirigida, en vez de utilizar señales eléctricas por cables met álicos. Su capacidad multiplica la del cable de cobre, pues para una llamada telefónica se necesit an dos cables de cobre, pero con un par de fibras ópticas pueden realizar casi 2 mil llamadas simultáneament e. Su alt a capacidad de conducción no se pierde por curvas o torsiones, por lo que se utiliza para tender desde redes interurbanas hasta transoceánicas. Mientras que las redes de cobre toleran un máximo de 10 mil circuitos por cable, los de fibra óptica pueden tolerar hasta 100 mil. Los costos de obtener el cobre son superiores comparados con la obtención de la fibra óptica, cuya materia prima es muy abundant e pues el silicio se obtiene de la arena y su peso es de apenas 30 gramos por kilómetro. Inicialmente las fibras ópticas se utilizaron solament e para conectar centrales t elefónicas en áreas de mucho tráfico de las grandes ciudades. A medida que la tecnología de las comunicaciones avanzó, las fibras empezaron a penetrar en las redes de larga distancia [3].
La transmisión óptica tiene muchas e important es vent ajas en comparación con ot ros medios basados en cobre o radio. Una de sus caract erísticas principales es que es inmune a las int erferencias electromagnéticas y además no requiere de regeneradores en distancias cortas. Pero su mayor virtud es proporcionar un ancho de banda t eóricamente ilimitado y por lo tanto una gran capacidad de transport e de bits, actualment e, en el orden de los Terabit. La evolución de las redes de t elecomunicaciones al ideal de redes completament e ópticas (con líneas con conexiones ultrarrápidas de dispositivos de almacenamiento también ópticos), se vislumbra compleja. Así mismo, la homologación de los soportes tecnológicos para el establecimiento de las autopistas de información o redes int egradas ya no depende tanto de la capacidad de desarrollos tecnológicos, si no más bien de factores económicos, políticos y regulatorios [3].
1.5 Acceso Inalámbrico
Una de las formas de t ransmitir datos es a través de señales de radio. Este tipo de sistemas inalámbricos son excelent es porque evitan todo t ipo de cableados, esto los conviert e en una solución económica y efectiva para la última milla y para redes locales privadas [4].
Capítulo 1 Medios de Comunicación
simult ánea y algo muy important e la seguridad de la información ya que por estar al aire cualquiera la podría intercept ar perdiendo la privacidad que el usuario requiere [1].
Comunicaciones por Radioenlace
Un Radioenlace es un conjunto de equipos y accesorios que conect ados a una línea telefónica convencional, trasladan todas las facilidades de dicha línea a otro punto en forma inalámbrica y en forma “ transparente” para el usuario. La distancia que se puede cubrir con estos equipos depende de las condiciones del t erreno. Es necesario que no exist an obstáculos geográficos que impidan el paso de la señal. Sin embargo en condiciones normales se puede hablar de distancias de hast a 70 a 80 Km. Puede trasladar una o varias líneas en forma simultanea, según sea el modelo de radioenlace elegido. Por o tanto, si posee varias líneas, puede usar una para voz, otra para datos, video entre otros servicios [3].
Tecnología LMDS (Sist em a de Dist ribución Local Mult ipunt o)
Básicament e, LMDS es una t ecnología para comunicaciones inalámbricas de banda ancha. En comparación con las tecnologías basadas en cable, los sist emas LMDS se pueden inst alar muy rápidamente, al tiempo que la nat uraleza modular de su arquitect ura permite una ampliación progresiva en f unción de las necesidades y del aumento de la cuot a de mercado. Además, la t ecnología digital empleada y los anchos de banda disponibles permit en comunicaciones de alta velocidad, comparables a las alcanzables por medio de la fibra óptica [3].
Cobert ura LMDS
Básicament e LMDS es una tecnología de comunicaciones inalámbricas de banda ancha que se inscribe en el marco del multimedia y se basa en una concepción celular. De acuerdo con est a filosofía, estos sist emas utilizan est aciones base distribuidas a lo largo de la zona que se pretende cubrir, de forma que a cada una de ellas se agrupa un cierto número de usuarios, generando así de una manera natural una est ruct ura basada en células, también llamadas áreas de servicio. Cada célula tiene un radio de aproximadament e 4 kilómet ros (como promedio), pudiendo variar dentro de un intervalo en torno a los 2-7 kilómetros. Como indica la primera sigla de su nombre L (local), la transmisión tiene lugar en t érminos de distancias cortas [ 3].
En LMDS, cuando se est ablece una transmisión, esa " llamada" no puede transferirse desde una célula a ot ra como ocurre en el caso de la telef onía celular convencional; es por lo que LMDS se inscribe en el contexto de las comunicaciones fijas. LMDS puede considerarse como un conjunto de est aciones base, interconectadas entre sí, y emplazamientos de usuario, donde las señales son de alta frecuencia y donde el transporte de esas señales tiene lugar en los dos sentidos [3].
1.6 Comunicaciones Satelitales
Caract eríst icas Principales de los Sat élit es
Esencialment e un sat élite de comunicaciones es un repetidor o un espejo en el cielo. Un sistema de satélite consist e de un transpondedor una est ación instalada en la tierra, para controlar su funcionamiento y una red de usuario. Las transmisiones sat elitales se catalogan como bus o carga útil est o incluye mecanismos de control de información del usuario que será transportada a t ravés del sistema [8] .
Como sabemos exist en diferent es tipos de sat élites que se clasifican de acuerdo a su uso y la distancia a la que se encuentran respecto a la tierra, por este motivo se hablara de las orbitas sat elit ales. Así también se describirá áreas de cobertura, bandas de frecuencia y funcionamiento [8].
La cobert ura satelit al se refiera a la región o área a la cual un sat élite es capaz de proporcionar servicio, esta área depende tanto de la posición de satélit e como de la tecnología del mismo. Para cubrir y dar servicio a toda la tierra solo se necesit an tres sat élites GEO ya que por la distancia de separación respecto a la tierra, sus huellas cubren toda la superficie t errest re, en M éxico SatMéx es el principal proveedor de servicios sat elitales, hoy en día esta compañía cuent a con tres sat élites en órbita proporcionando servicio [8].
Est ruct ura del Sist em a de Comunicación
Apuntando siempre hacia la tierra pueden hallarse una o más ant enas. Ya que la posición del satélit e en el espacio puede dejar de ser la correct a, el mismo cuent a con un sistema de propulsores que le permiten recobrar linealidad y posición correcta con respecto a la tierra. Parte del sistema que se halla en tierra, y realmente exist e una amplia gama de las mismas. Un sat élite de comunicaciones est á int egrado por subsistemas con funcionalidades bien específicas como son los subsist emas de: antenas, energía eléctrica, control térmico, posición y orient ación, propulsión, rastreo, telemet ría y comando, estruct ural y de comunicaciones [ 4].
Vent ajas y Desvent ajas
La más grande vent aja de la transmisión sat elital es su alcance orográfico, insensible a irregularidades de mont añas, ríos, quebradas, et c. La transmisión sat elital puede llegar a cualquier part e del globo terráqueo sin ningún problema. Adicionalment e, la t ransmisión sat elital soporta un elevado número de comunicaciones simultáneas, lo que la cataloga como uno de los medios de comunicaciones más popularizados. Sin embargo, el sat élit e también tiene sus problemas, particularment e relacionados a condiciones atmosféricas deplorables que pueden dañar severamente la calidad final de las comunicaciones [1].
Capítulo 1 Medios de Comunicación
1.7 Técnicas de Acceso
Para que un usuario accese al canal de radio de un sistema de radiocomunicación requiere que est é disponible dicho canal. Si el número de canales disponibles para todos los usuarios de un sist ema de radio es menor que el número de posibles usuarios entonces a ese sistema se le llama sistema de radio troncalizado. La t roncalización es el proceso por el cual los usuarios compart en un determinado número de canales de forma ordenada. Los canales compartidos funcionan debido a que podemos est ar seguros que la probabilidad de que todo el mundo quiera un canal al mismo tiempo es muy baja. El acceso se garantiza dividiendo el sistema en uno o más de sus dominios: frecuencia, tiempo o codificación [4].
Acceso Múlt iple por División de Frecuencia (FDMA)
[image:23.612.215.390.386.499.2]FDMA (“ Frecuency Division Mutiple Access” ) es la manera más común de acceso troncalizado. Con FDMA, se asigna a los usuarios un canal de un conjunto limitado de canales ordenados en el dominio de a frecuencia. Los canales de f recuencia son muy preciados, y son asignados a los sist emas por los cuerpos reguladores de los gobiernos de acuerdo con las necesidades comunes de la sociedad. Cuando hay más usuarios que el suministro de canales de frecuencia que se puede soportar, se bloquea el acceso de los usuarios al sistema. Los sist emas FDMA muy grandes tienen más de un canal de control para manejar todas las tareas de control de acceso. Una característica important e de los sistemas FDMA es que una vez que se asignan una frecuent a a un usuario, ést a es usada exclusivament e por ese usuario hasta que éste no necesite e recurso [1].
Figura 1.1 Acceso M últiple por División de Frecuencia
Acceso Múlt iple por División de Tiempo (TDMA)
Figura 1.2 Acceso M últiple por División de Tiempo
Acceso Múlt iple por División de Código (CDMA)
Capítulo 2 Redes Satelitales y Redes de Banda Ancha Terrestres
C a p ítulo 2
Re d e s Sa te lita le s y Re d e s d e Ba nd a Anc ha Te rre stre s
2.1 Introducción
En est e capítulo se hablara sobre las caract erísticas de las redes satelit ales conocidas como V-SAT y de las redes que se basan en el protocolo MPLS. Dado que en est e último, se albergan las redes de acceso de banda ancha en tierra en sus diferentes variantes. Las redes V-SAT han t enido gran aceptación por parte de los proveedores de servicios de telecomunicaciones y grandes empresas eléct ricas, petroleras, mineras entre ot ras. Por la versatilidad y fácil implement ación para satisfacer la demanda de servicios que en muchas ocasiones en localidades inhóspit as se requieren. Dado que el caso de estudio que se present a en este t rabajo de tesis es basado en una red multiservicios se establecerán las diferencias y similit udes, además de las vent ajas y desventajas de estas dos vertient es de redes de acceso. En el caso del acceso satelit al a pesar de que el área de cobert ura es prácticamente ilimit ada, el factor que limit a notablemente el desempeño es el ret ardo intrínseco del satélit e para ofrecer sobre todo servicios en tiempo real. También el ancho de banda para los servicios de telecomunicaciones es ampliament e superado por las opciones que se tienen en tierra.
En el caso de las redes basadas en MPLS aun falta que el proyecto se consolide de una manera oficial entre los fabricant es de equipo para que no se genere dependencia de una sola marca y exista la verdadera int egración entre diferent es proveedores.
Se puede observar que t anto el termino red multiservicios (para el caso de las redes V-SAT en este trabajo) y red de nueva generación están cimentados en las bondades del protocolo IP.
IP se ha convertido en la base de las actuales redes de telecomunicaciones, cont ando con más del 80% del tráfico cursado. La versión actual de IP, conocida por IPv4 y recogida en la RFC 791, lleva operativa desde 1980. Este protocolo de capa de red (Nivel 3 OSI), define los mecanismos de la distribución o encaminamiento de paquetes, de una manera no fiable y sin conexión, en redes het erogéneas; es decir, únicament e est á orient ado a servicios no orientados a conexión y a la transferencia de datos, por lo que se suele utilizar junto con TCP (Transmission Cont rol Protocol) para garantizar la entrega de los paquetes [5].
int egraban la conmutación ATM con el encaminamiento IP; como por ejemplo, TagSwitching de Cisco o Aggregat e Rout e Based IP Swit ching de IBM. La base común de todas est as tecnologías, era t omar el software de control de un router IP, integrarlo con el rendimiento de reenvío con cambio de etiqueta de un switch ATM y crear un router extremadamente rápido y eficiente en cuanto a costo. La integración en esta arquitectura era mayor, porque se utilizaban protocolos IP propietarios para dist ribuir y asignar los identificadores de conexión de ATM como etiquetas; pero los protocolos no eran compatibles entre sí y requerían aún de infraestruct ura ATM [5].
Finalmente en 1997, el IETF (Int ernet Engineering Task Force) establece el grupo de trabajo MPLS (Multi Protocol Label Swit ching) para producir un estándar que unificase las soluciones propietarias de conmutación de nivel 2. El result ado fue la definición en 1998 del est ándar conocido por MPLS, recogido en la RFC 3031. MPLS proporciona los beneficios de la ingeniería de tráfico del modelo de IP sobre ATM, pero además, otras ventajas; como una operación y diseño de red más sencillo y una mayor escalabilidad. Por otro lado, a diferencia de las soluciones de conmutación de nivel 2 propietarias, está diseñado para operar sobre cualquier tecnología en el nivel de enlace, no únicamente ATM, facilit ando así la migración a las redes ópticas de próxima generación, basadas en infraest ruct uras SDH/SONET y DWDM [5].
2.2 Sistema de Comunicación vía Satélite
Un sist ema de comunicaciones vía sat élite es una manera eficient e de enlazar múltiples sitios. Consiste de dos segmentos: El segmento de espacial (sat élite). El sat élite de comunicaciones es un repetidor de microonda en en el cielo. Recibe las señales a una frecuencia dada y las retransmite a una frecuencia diferent e. Y el segmento terrestre. La terminal t errest re es responsable de enviar las comunicaciones del usuario al segmento espacial [6].
El sat élite debe utilizar una frecuencia diferent e para la retransmisión en el enlace descendente; de otra manera, una señal descendente de gran potencia podría interferir la débil señal del enlace ascendente. En un sat élite, un transpondedor recibe la señal, la amplifica, cambia su frecuencia y ret ransmit e la señal. Todas las terminales terrenas sat elitales en la línea de vista del satélit e tienen la capacidad de comunicarse con el [6].
Módems Sat elit ales
Un módem es un equipo modulador y demodulador contenido en la misma unidad. El módem es utilizado en la estación t errena sat elital para convertir los datos digitales en señales analógicas normalmente centradas a 70 MHz. La razón para convertir los datos en una señal analógica es que se requeriría una gran cantidad de ancho de banda para la transmisión de una señal de onda cuadrada comparada con una señal de onda senoidal [6].
Ef ect os en las Comunicaciones por Sat élit e
Int erf erencia Solar
Capítulo 2 Redes Satelitales y Redes de Banda Ancha Terrestres
de la interrupción del servicio debido a la interferencia solar puede variar con la ubicación geográfica de la est ación t errena. Las estaciones terrenas en el norte experiment an int errupciones días ant es de aquellos ubicados en el sur. Similarment e, las est aciones terrenas localizadas en el Oeste experimentan las int errupciones más t emprano que aquellos localizado en el Este. Durant e estos periodos de interf erencia, es important e apagar todo el equipo de seguimient o, debido a que el equipo haría el seguimiento del sol en lugar del sat élite [6].
El clima
El agua en la lluvia y nubes afect a el servicio ent re el satélit e y la est ación terrena al disminuir la int ensidad de la señal. A medida que la lluvia se intensifica y las nubes son más densas, la at enuación atmosférica se incrementa. La formación de hielo en la superficie del reflector de la ant ena afect a el servicio ent re el sat élite y la estación terrena al disminuir la int ensidad de la señal. Las antenas localizadas en áreas susceptibles para la formación de hielo requieren equipo para derretirlo (anti-icing) [6].
Ret ardo en la Señal
A la ruta de transmisión de la señal desde la estación t errena al satélit e y del satélite a la est ación t errena se le llama un salto (hop).Las frecuencias de radio en el espacio viajan a la velocidad de la luz. Puesto que el sat élite geoest acionario est á localizado a una altit ud de 36,000 km, existe un ret ardo significativo en el salt o, el cual es referido como retardo de propagación. El ret ardo de propagación de un salto puede estar en el rango de 230 y 270 milisegundos, dependiendo de la ubicación geográfica dent ro de la huella del satélite [6].
2.3 Los Sistem as V-SAT
Además de usarse para distribución de TV, los grandes sat élites de comunicaciones t ambién se utilizan para telecomunicaciones bidireccionales por medio de los sistemas VSAT, que permit en una comunicación muy rápida con nuevas ubicaciones. Estos sist emas se han utilizado y continúan en uso para la provisión de servicios de telecomunicaciones en áreas de difícil acceso, para sist emas de vigilancia y t elevigilancia (acueductos, oleoduct os, niveles de ríos), sistemas de telepuertos de baja y media capacidad, etc [ 4].
Los sistemas VSAT suelen const ar de una estación central, denominada hub, de relativo gran t amaño y mejores prestaciones, y una serie de est aciones más pequeñas, las VSAT propiamente dichas. Las comunicaciones se realizan a través del hub, no existiendo comunicación direct a entre las estaciones VSAT. Las V-SAT son important es, especialment e en países en desarrollo. Hay más de 500.000 usuarios en 120 países, y existen 200 operadores que incluyen, además de a los operadores de satélites (básicamente los mismos que los que ofrecen DTH), a otros operadores de telecomunicaciones convencionales [ 2].
Las VSAT ofrecen muchos beneficios y vent ajas sobre las redes convencionales t errest res, incluyendo bajos costos de operación, f acilidad de inst alación y mantenimiento, capacidad para soport ar diferentes servicios, la capacidad de unir áreas en las cuales las líneas arrendadas resultan muy caras, así como la integración de muchas terminales VSAT para formar redes más grandes [2].
desempeño de la red en general. Otra vent aja de las redes VSAT es su habilidad de enlazar terminales remot as a través de un una est ación central (HUB station) que maneje la red (7).
La configuración más usada es la configuración de estrella, esta consist e de un número de est aciones VSAT comunicadas con una est ación cent ral (HUB st ation) por medio de dos canales: VSAT-HUB (de la estación VSAT a la est ación cent ral) y el HUB-VSAT (de la est ación cent ral a la estación VSAT). Existen dos modos de aplicación de las redes VSAT. En el primer tipo llamado salto simple (single – hop), que se usa cuando no hay necesidad de que las terminales VSAT se comuniquen ent re ellas. En el modo de salto doble (double – hop mode) , una est ación VSAT se comunica con ot ra a t ravés de la est ación HUB. Todas las señales provenient es de las est aciones VSAT son recibidas por la estación HUB, la cual actúa como un procesador terrestre que decodifica, demultiplexa, regenera, además vuelve a mult iplexar y codificar, para después retransmitir a la est ación VSAT de destino. Est a configuración es la más adecuada para los sistemas de acceso a Internet VIA satélit e [8].
Figura 2.1 Red V-SAT de topología de Estrella. Las flechas indican el sentido del tráfico.
La conexión ent re estaciones VSAT, puede ser llevada a cabo por medio de una red de malla como se muestra en la figura 2.2. Una estación de control central permite la conectividad entre las distint as estaciones VSAT. La vent aja de la red de malla VSAT sobre la red de doble salto VSAT, es la reducción en los ret ardos de tiempo que se pueden lograr. Aunque est a ventaja puede ser opacada por la simplicidad que present a la red de salto doble VSAT. Si la est ación central de control es también una estación central (HUB station), la red de salto simple podría desempeñarse tanto como red de salt o doble VSAT o como red de malla VSAT [8].
Capítulo 2 Redes Satelitales y Redes de Banda Ancha Terrestres
Uso de una V-SAT como Hub
Se espera que una Terminal Satelital Interactiva (SIT) sirva como concentrador (HUB) para un conjunto de usuarios. Anticipando que más de un cuarto de millón serán soport adas en una red satelit al multimedios. Con múltiples sist emas de cómputo conect ados a una Terminal Sat elital Int eractiva (SIT), el máximo número de usuarios en una red podría ser superior a los 8 millones. Debido a que una Terminal Sat elital Interactiva (SIT) actúa simplement e como un enrut ador IP, los usuarios son capaces de recibir servicios de diferentes proveedores de Int ernet (ISP – Int ernet Service Provider), simult áneamente. Para soportar estos requerimientos, deberán usar alojamiento de direcciones para Internet Privado (RFC 1597). En un ambient e formado por varios segmentos de redes con diferentes protocolos y arquit ect uras, un puent e (bridge) no es adecuado para asegurar una comunicación entre todos los segmentos [8].
Figura 2.3. Dada la gran capacidad de una Terminal Satelital Interactiva (SIT), es factible pensar en varios sistemas de cómputo (HOST) conectados a una misma antena. Esto permitiría incrementar el número de
usuarios finales con acceso a Internet y a redes satelitales interactivas.
Todos los usuarios conectados a una Terminal Satelital Int eractiva (SIT) podrían tener direcciones IP; estas pueden ser públicas (conocidas por el Internet) o privadas (usadas sólo por la red satelital). Para facilitar el acceso a Internet, las direcciones privadas de Internet deberán obtener una correspondencia con direcciones IP públicas. Todo esto a t ravés de un traductor de direcciones de red (NAT – Network Address Translator) en la est ación cent ral (HUB st ation). Cuando un Proveedor de Servicios Internet (ISP) envía paquet es IP a un usuario, este usa una dirección pública hast a llegar a la est ación cent ral (HUB station), en donde es traducida. El uso de un NAT asegura una capacidad de direcciones para millones de usuarios en una red ICMSN; así como accesibilidad a diferent es Proveedores de Servicios de Internet (ISP), a los usuarios conectados a la misma terminal Sat elit al Int eractiva (SIT). El uso de las especificaciones en el RFC 1597 proveerá de suficient es direcciones para ser asignadas de forma estática [8].
Vent ajas de las Redes V-SAT
Las peculiares características del medio de transmisión sat élite, junto con su topología y diseño, otorgan a las redes VSAT unas vent ajas específicas frente a otros sistemas de transmisión, entre las que cabe dest acar las siguient es [8]:
Facilidad y rapidez para la puesta en operación y la incorporación de nuevas terminales
Costo de los circuitos independient e de la distancia
Acceso a lugares donde no está disponible otra infraest ructura terrestre, bien por razones físicas o económicas
Flexibilidad para la reconfiguración del tráfico, sea crecimiento, disminución o reasignación
Alta calidad y disponibilidad de los enlaces
Gestión cent ralizada y dependencia de un único Operador de Servicios
Costes de terminales en clara disminución
Además algunas de las vent ajas que presentan las redes V-SAT sobre las redes t errest res se comentan a continuación [8]:
Costos independient es de la distancia.
Alcance “ ilimit ado” .
Difusión/multicast muy simple.
Despliegue muy rápido.
Acceso a zonas que no disponen de infraest ruct ura t errestre.
Un objetivo fundamental para ampliar el mercado de VSAT es la reducción del costo de este sistema, de manera que se puedan ofrecer los mismos servicios que con redes terrestres a un precio menor que el que supondría el uso de una red convencional. La reducción del tamaño de las antenas usadas por las estaciones receptoras, repercutiría en una disminución del costo de est as antenas. Sin embargo disminuirían las prest aciones, puest o que ant enas más pequeñas suponen mayor riesgo de interferencias. En consecuencia, la evolución más probable, en lo que a est aciones t errestres se refiere, será el desarrollo del equipamiento electrónico de la estación. Así, la tendencia, es la progresiva sustit ución de las partes analógicas por circuitos digit ales, que puedan procesar digitalment e las señales [8]. Además, las redes V-SAT, deberán satisfacer las nuevas demandas de los usuarios, que van hacia la int erconexión de LANs, los servicios multimedia y los servicios móviles. Es por esto que se pretende lograr que las redes V-SAT realicen est a int erconexión, función desempeñada ya por las redes tradicionales. Uno de los principales obstáculos es que la velocidad de un enlace V-SAT es mucho menor que las velocidades que se manejan de manera habitual en las LANs. Son necesarias nuevas versiones de TCP o nuevos protocolos de transporte para que la interconexión de LANs mediant e redes V-SAT sea de una calidad equiparable a la de los métodos usados comúnment e [9].
Existe un int erés creciente de los usuarios por disponer de una combinación de servicios que incluya t exto, gráficos, vídeo, audio y animación a través de una PC, con lo que las redes locales separadas para voz y datos, usadas por VSAT, se unirían en una. Para que est o suceda, los protocolos de enlace deben soportar simult áneamente dos tipos de tráfico continuo y a ráfagas [9].
2.4 MPLS
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Una red MPLS est á constit uida por una agrupación de LSRs (Label Swit ching Routers), que son routers capaces de realizar el encaminamiento en función de la etiqueta MPLS, la cual identifica el paquete como pertenecient e a un det erminado camino. La correspondencia entre los flujos y las etiquetas se realiza en los rout ers de borde de la red, denominados en est e cont exto LERs (Label Edge Rout ers). Cada LSR de la red se encarga de analizar la etiqueta de los paquet es recibidos para det erminar el enlace de salida por el que deben ser retransmitidos, así como la nueva etiquet a que los debe acompañar. Toda esta inf ormación est á cont enida en tablas de conmut ación que deben residir en todos los nodos y ser inicializadas como paso previo a la transmisión de los paquetes. Se denomina LSP (Label Swit ching Pat h) al camino específico que sigue un paquet e a través de la red determinado por las etiquetas que se le asignan. Es concept ualmente similar a un canal virtual de ATM y puede ser punto a punto, punto a multi punto, multi punto a punto o multi punto a mult i punto [2].
Figura 2.4 Ejemplo de Red M PLS
En una primera fase, el LSR de entrada a la red debe est ablecer un LSP por el que se van a transmitir los paquetes. Para ello envía un mensaje hacia el LSR destino, el cual contest a con la transmisión, siguiendo el camino inverso, de la etiquet a que se debe emplear. Cada uno de los nodos de este camino procesa el mensaje guardando la etiqueta que debe usar para t ransmitir los paquet es hacia el LSR siguient e y lo reenvía hacia el nodo anterior incluyendo la etiqueta que ést e debe emplear para comunicarse con él. De esta manera queda est ablecido el LSP. El encargado de esta misión es siempre el nodo destino de cada enlace en el que se utiliza una etiqueta: es éste el que, tras tomar la decisión sobre el significado, la distribuye a sus antecesores. Para realizar est a función de distribución se utilizan varios protocolos, similares en su funcionalidad a los protocolos del plano de control de ATM [3]:
LDP (Label Distribution Protocol).Es específico de MPLS. Su extensión CR-LDP (Constrained Routing LDP) tiene en cuenta los requisit os del flujo y las condiciones de la red para establecer el LSP por el que debe ser transportado.
BGP (Border Gatew ay Protocol) con transporte de etiquet as. Las redes privadas virtuales y la interconexión ent re redes de proveedores de servicio se perfilan como las principales aplicaciones de est e prot ocolo, que distribuirá etiquet as de segundo nivel de jerarquía dentro de los núcleos de red.
El empleo de MPLS aporta una serie de ventajas que complementan al protocolo IP. Adaptación de flujos. Por un lado, posibilita la realización de adaptación de flujos. Permit e que varios flujos distintos sean transmitidos a través de un camino común identificados por una única etiqueta y siendo trat ados, a todos los ef ectos, como un solo flujo. Esta es una de las mayores ventajas que int roduce MPLS en el núcleo de la red y supone un alivio a los problemas de escalabilidad caract erísticos de la t ecnología ATM [ 3].
Integración de tráfico. Otra de las grandes aportaciones de MPLS pasa por la mejora de la calidad de servicio que pueden ofrecer las redes IP. El encaminamiento actual de Int ernet se realiza at endiendo a una serie de criterios demasiado simples: las tablas de encaminamiento permit en buscar la ruta óptima según una det erminada métrica y los posibles caminos alternativos no son empleados, concent rando todo el tráfico en determinados puntos de la red y produciendo una utilización de los recursos poco uniforme. En el seno de la IETF se denomina " ingeniería de t ráfico" (traffic engineering) a la selección de varios caminos a través de una red para repartir la carga sobre varios enlaces y aprovechar todos los recursos de manera óptima en cada momento. Haciendo uso de MPLS, en la fase de est ablecimient o del LSP se pueden t ener en cuent a los crit erios apropiados con el fin de establecer rutas prefijadas para los paquetes. De esta manera, se da una ciert a orient ación a conexión a la red IP que permite int roducir una serie de mecanismos de cara a obtener una mejor gestión de los recursos que pueda garantizar determinados niveles de calidad de servicio para los flujos. También es posible dirigir el t ráfico desde enlaces sobrecargados de la red hacia otros que est én inf rautilizados, obteniendo una distribución más uniforme de la carga, que se traduce en un mejor aprovechamiento de los recursos [2].
Redes privadas virtuales. Las " redes privadas virtuales" (VPNs – Virtual Private Networks) ofrecen conectividad entre varios sitios privados empleando un núcleo de red compartido y aportando las mismas funcionalidades (seguridad, fiabilidad, capacidad de gestión, et c.) de las que se dispondría si se hiciera sobre una red privada. Pueden ser implementadas sobre Internet pública o sobre la red de un proveedor de servicios. No obstant e, todavía no est á claro que la solución a la provisión de calidades de servicio garantizadas pase por el uso generalizado de MPLS. En principio, est a era una solución a un problema punt ual (la int egración de entornos IP y ATM), y como tal ha sido un éxito. Por otra parte, como se ha señalado, su orient ación al paradigma de la conmut ación de circuitos la hace ideal para la gestión de VPNs. Sin embargo, esta misma concepción presenta ciertos inconvenient es, algunos de ellos difícilmente asumibles por una solución a largo plazo de gestión de red extremo a ext remo [2].
Capítulo 2 Redes Satelitales y Redes de Banda Ancha Terrestres
Existe también la opinión de que el problema de la calidad de servicio en Int ernet no depende t anto de realizar una gestión muy fina en el núcleo de la red, como de aprovechar la abundancia y bajo precio de la capacidad de transmisión para realizar un sobredimensionado que asegure la calidad de servicio. De hecho, exist en ya est udios que demuestran que las prest aciones (de retardo y jitter) que se observan en el backbone de E.U. son muy satisfactorias para el tráfico de tiempo real, y que los problemas de la calidad de servicio tienen más relación con la red de acceso y el nivel de servicio que proporcionan los ISPs. El verdadero problema del backbone, se sugiere, no est á en su capacidad, sino en la est abilidad y convergencia de los algoritmos de encaminamiento en Int ernet [3].
Por último, a pesar de los esfuerzos de IETF, la t ecnología MPLS no es todavía un estándar de facto. Los fabricantes de equipos, a pesar de que afirman casi sin excepción que incorporan el protocolo en sus equipos, suelen ofrecer versiones propietarias que no int erfuncionan entre sí. A esto no cont ribuye precisament e la variedad de protocolos de gestión descritos anteriormente. Esto hace que el despliegue de una red MPLS operativa obligue a depender de un único suministrador o en caso contrario, est ar dispuesto a realizar complicadas t areas para unificar la gestión de los equipos [2].
2.4.1 GMPLS
GMPLS, acrónimo del término MPLS generalizado, es una propuest a de ext ensión del est ándar MPLS. Su objetivo es int egrar en un mismo plano de control la red IP y los conmutadores ópticos, de forma que el operador vea el reencaminamiento óptico como una funcionalidad más de los routers IP. Los promotores de est a propuest a son los fabricant es de rout ers y su est andarización se inició a principios del año 2001 en el seno de la Internet Engineering Task Force (IETF) [3].
Figura 2.5 Esquema de red GM PLS
En GMPLS se cont empla la existencia de matrices de conmutación óptica, OXC, que descargan a los routers de gran part e del tráfico que no va destinado a ellos. Además de la ventaja que represent a utilizar conmutadores ópticos, GMPLS ofrece las vent ajas propias de las estrat egias de integración, que se pueden resumir de la forma siguiente [ 3]:
Al realizar bajo un mismo proceso la agregación eléctrica con la multiplexación óptica se optimiza el uso del ancho de banda
La monitorización y protección se realiza a nivel eléctrico, eliminando la necesidad de int roducir para ello mecanismos adicionales a nivel óptico.
Frent e a est as ventajas, GMPLS presenta t ambién dos graves inconvenient es, uno de gestión, o de estrat egia de operación, y otro de nat uraleza física. El mayor inconvenient e de estrat egia de operación radica en que si vienen GMPLS las capas ópticas y eléctricas son vistas por el operador como una única entidad, en realidad existen como entidades físicas dist int as. Pero esto obliga a que ambas sean del mismo fabricante. Por otra part e, en GMPLS se propone que para poder implement ar la f unción de re encaminamiento de tráfico todos los conmut adores y rout ers dispongan de un mapa det allado de toda la planta, lo que, teniendo en cuent a el grado de desarrollo de los estándares MPLS, obliga a que todos los routers sean del mismo operador [3].
Para intentar minimizar est e inconveniente, los fabricantes de rout ers, conscient es de la importancia que los operadores at ribuyen a la posibilidad de gestionar de forma independient e las diferent es capas de la red, han propuesto en el IETF una variant e del GMPLS, conocida como overlay option GMPLS (GMPLS superpuesta). En est a variante, la plataforma de cont rol de la red sigue siendo única, pero el operador puede separar a nivel administrativo la gestión de los conmut adores ópticos de la gestión de los routers. Frente a ella, la propuesta original de control int egrado de toda la red recibe el nombre de peer option. El segundo inconvenient e se refiere al hecho de que una red óptica deberá incluir no solament e conmutadores ópticos, sino otros elementos de red, como filtros sintonizables de extracción e inserción, ecualizadores de int ensidad o elementos de compensación de dispersión cromática, y que una capa óptica requiere un mínimo de supervisión mediante análisis espect ral independiente de las capas de multiplexación eléctrica. Estos equipos no est án incluidos en el esquema de supervisión ant erior y complican la gestión, al deber realizarse independientement e [2].
Implement aciones MPLS
