I
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
PORTADA
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONE
PROYECTO DE TITULACIÓN
ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA RED DE ACCESO HFC PARA PROVEER SERVICIOS DE INTERNET, TELEVISION Y TELEFONIA EN UN
SECTOR DE LA COOP. SERGIO TORAL 3 DE LA CIUDAD DE GUAYAQUIL.
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTOR:
CINDY MERO FRANCO
TUTOR:
EDUARDO ANTONIO ALVARADO UNAMUNO
II REPOSITORIO
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TÍTULO Y SUBTÍTULO: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA RED DE ACCESO HFC PARA PROVEER SERVICIOS DE INTERNET, TELEVISION Y TELEFONIA EN UN SECTOR DE LA COOP. SERGIO TORAL 3
DE LA CIUDAD DE GUAYAQUIL.
-
REVISORES: Ing. Alfredo Enrique Arrese Vilche
Ing. María Elena Salazar Astudillo
INSTITUCIÓN:
Universidad de Guayaquil
FACULTAD:
Ciencias Matemáticas y Físicas
CARRERA: Ingeniería en Networking & Telecomunicaciones
FECHADEPUBLICACIÓN: ABRIL DEL 2016 No. DEPÁGS: 151
ÁREAS TEMÁTICAS: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA RED DE ACCESO HFC
PALABRASCLAVE: Redes, Tecnología HFC, redes hibridas, Redes de acceso.
RESUMEN: El presente proyecto de titulación trata sobre el análisis y diseño de una red de HFC, para un sector de la Coop. Sergio Toral 3 ubicado en la ciudad de Guayaquil, con el propósito de brindar una solución óptima para satisfacer la necesidad de la cooperativa en obtener servicios de internet, televisión y telefonía.
No. D E REGISTRO (en base a datos): No .DE CLASIFICACIÓN: Tecnología DIRECCIÓNURL(tesis en la web): repositorio.cisc.ug.edu.ec
ADJUNTO PDF: X SI NO
Nombre: Carrera de Networking & Telecomunicaciones Teléfono: 0969056781
III
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación, “Análisis y diseño de una red de acceso HFC para proveer servicios de internet, televisión y telefonía en un sector de la Coop. Sergio toral 3 de la ciudad de Guayaquil”
Elaborado por la Sta. Cindy Mero Franco, egresada de la Carrera de Ingeniería en Networking & Telecomunicaciones, Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en Networking & Telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber orientado, estudiado y revisado, la apruebo en todas sus partes.
Atentamente
______________________________________ Ing. Eduardo Antonio Alvarado Unamuno, M.Sc.
IV
DEDICATORIA
El presente proyecto de titulación está dedicado a Dios quien fue mi inspiración y mi guía en todo mí caminar. A mi madre, abuela y familia, quienes nunca dejaron de apoyarme e incentivarme cuando lo he necesitado, a todas las personas que de una manera u otra me han apoyado.
V
AGRADECIMIENTO
Mi profundo agradecimiento a todos mis maestros de la carrera
de Networking &
VI
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN
Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Sc. Ing. Harry Luna Aveiga, M.Sc. DECANO DE LA FACULTAD DIRECTOR
CIENCIAS MATEMÁTICAS Y CARRERA DE INGENIERÍA EN FÍSICAS NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
Ing. Alfredo Arrese Vilche, M.Sc. Ing María Salazar Astudillo, M.Sc.
PROFESOR DEL ÁREA - PROFESOR DEL ÁREA - TRIBUNAL TRIBUNAL
Ing. Eduardo Antonio Alvarado Unamuno, M.Sc. PROFESOR DIRECTOR DEL PROYECTO
DE TITULACION
VII
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este Proyecto de Titulación, me corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”
CINDY VANESSA MERO FRANCO
VIII
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING &
TELECOMUNICACIONES
ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA RED DE ACCESO HFC PARA PROVEER SERVICIOS DE INTERNET, TELEVISION Y TELEFONIA EN UN
SECTOR DE LA COOP. SERGIO TORAL 3 DE LA CIUDAD DE GUAYAQUIL.
Proyecto de titulación que se presenta como requisito para optar por el título de
INGENIERO EN NETWORKING & TELECOMUNICACIONES
Autor: Cindy Vanessa Mero Franco C.I.092866609-8
Tutor: Ing. Eduardo Antonio Alvarado Unamuno, M.Sc.
IX
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del Proyecto de titulación, nombrado por el Consejo Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de titulación presentado por la estudiante Cindy Vanessa Mero Franco, como requisito previo para optar por el título de Ingeniero en Networking & Telecomunicaciones cuyo problema es: La falta de servicios de telecomunicaciones en la Coop. Sergio Toral 3 donde se analizado la oportunidad de brindar servicios como: Televisión, Internet de banda ancha y Telefonía para cubrir una necesidad del sector, zona rural de la ciudad de Guayaquil donde otros proveedores no llegan.
Para lo cual realiza un Análisis para realizar diseño de una red de acceso para proveer servicio de Televisión por cable, internet de banda ancha y telefonía, utilizando tecnología HFC
Considero aprobado el trabajo en su totalidad. Presentado por:
Cindy Vanessa Mero Franco Cédula de ciudadanía N° 092866609-8
Tutor: Ing. Eduardo Antonio Alvarado Unamuno, M.Sc.
X UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING &
TELECOMUNICACIONES
Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato
Digital
1. Identificación del Proyecto de Titulación Nombre Alumno: Cindy Vanessa Mero Franco
Dirección: Coop. Reinaldo Quiñonez Mz. A228 solar 6
Teléfono: 0969056781 E-mail: [email protected]
Título del Proyecto de titulación: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA RED DE ACCESO HFC PARA PROVEER SERVICIOS DE INTERNET, TELEVISION Y TELEFONIA EN UN SECTOR DE LA COOP. SERGIO TORAL 3 DE LA CIUDAD DE GUAYAQUIL.
Temas del Proyecto de titulación: Tecnología HFC, Redes HFC, HFC, Internet
2.
Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto deEl texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.
DVDROM CDROM
Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera: Ingeniería en Networking & Telecomunicaciones
Proyecto de titulación al que opta: Ingeniero en Networking & Telecomunicaciones
Profesor guía: Ing. Eduardo Antonio Alvarado Unamuno
XI TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN ... VI DECLARACIÓN EXPRESA ... VII CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR ... IX Autorización para Publicación de Tesis en Formato Digital ... X ÍNDICE GENERAL ... XI
1.1. UBICACIÓN DEL PROBLEMA EN UN CONTEXTO ... 2
1.2. SITUACIÓN DE CONFLICTO ... 3
1.3. CASUSA Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA ... 3
1.4. DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA ... 5
1.5. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 6
1.6. EVALUACIÓN DEL PROBLEMA ... 6
1.7. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 7
1.7.1. OBJETIVO GENERAL ... 7
1.7.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 7
1.8. ALCANCES ... 7
1.9. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN ... 8
1.10. UTILIDAD PRÁCTICA DE LA INVESTIGACIÓN ... 9
1.11. BENEFICIOS ... 9
CAPÍTULO II ... 10
2. MARCO TEÓRICO ... 10
2.1. ANTECEDENTE DE ESTUDIO ... 10
2.2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ... 11
XII
2.2.2. EVOLUCIÓN DE LAS REDES HFC ... 12
2.2.3. CARACTERÍSTICAS DE LAS REDES HFC ... 13
2.2.4. ARQUITECTURA DE LA RED HFC ... 13
2.2.4.1. Cabecera (Head End)... 14
2.2.4.1.1. Elementos del Headend o Cabecera ... 15
2.2.4.2 Red troncal ... 20
2.2.4.2.1 Fibra Óptica ... 21
2.2.4.2.1.1 Características de la fibra óptica ... 22
2.2.4.2.1.2 Composición de las fibras ópticas ... 23
2.2.4.2.1.3 Tipos de Fibra Óptica ... 24
2.2.4.2.1.4 Estructura de la fibra ... 25
2.2.4.2.1.5 Tipo de conectores que se usa ... 26
2.2.4.2.2 Nodo óptico ... 28
2.2.4.2.3 Topologías redundantes de una Red troncal ... 29
2.2.4.3 Red de distribución (cable coaxial)... 31
2.2.4.3.1 Elementos Activos... 32
2.2.4.3.2 Elementos Pasivos ... 35
2.2.4.3.3 Tipos de cables y conectores ... 39
2.2.4.3.4 Tipos de arquitecturas para una red de distribución ... 40
2.2.4.4 Red de acometida de abonados ... 42
2.2.4.4.3 Elementos de la red de acometida ... 42
2.2.4.4.4 Equipos abonados (módem, cablemódem) ... 43
2.2.4.4.5 Servicio de datos y acceso al internet en una red HFC ... 45
2.2.5 CMTS (Sistema de Terminación de Cablemódems) ... 45
2.2.5.1 Características ... 46
2.2.5.2 Seguridad en la red ... 46
2.2.5.3 Sincronización ... 47
2.2.6 ESTÁNDAR DOCSIS (ESPECIFICACIÓN DE INTERFAZ SOBRE SERVICIOS DE DATOS POR CABLE) ... 48
2.2.6.1 Definición ... 48
2.2.6.2 Historia y avances ... 48
2.2.6.3 Caudal de datos ... 49
2.2.6.4 Aspectos de seguridad ... 51
2.2.6.5 Funcionamiento ... 52
2.2.7 NORMAS PARA UNA CORRECTA INSTALACIÓN DE LA RED: ... 54
XIII
2.2.9 NORMAS DE SEGURIDAD ... 59
2.3 FUNDAMENTO LEGAL ... 60
2.10 HIPÓTESIS ... 60
2.11 VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN ... 60
2.11.1 VARIABLE INDEPENDIENTE ... 60
2.11.2 VARIABLE DEPENDIENTE ... 60
2.12 FUNDAMENTACIÓN CONCEPTUAL ... 61
CAPÍTULO III ... 64
3 METODOLOGÍA ... 64
3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ... 64
3.3 MODALIDAD DE LA INVESTIGACIÓN ... 64
3.4 MÉTODO DE INVESTIGACIÓN ... 65
3.5 TIPO DE INVESTIGACIÓN ... 67
3.6 POBLACIÓN Y MUESTRA ... 68
3.6.6 POBLACIÓN ... 68
3.6.7 MUESTRA ... 68
3.7 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES ... 70
3.8 INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 72
3.9 PROCESAMIENTOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 73
3.9.1 RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN ... 74
3.9.1.3 CONCLUSIONES GENERALES DE LOS RESULTADOS DE LAS ENCUESTAS ... 82
3.10 LA PROPUESTA ... 84
3.10.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PROPUESTA ... 84
3.10.2 Preparación ... 84
3.10.2.1 Dimensionamiento del diseño: ... 85
3.10.2.2 Levantamiento de información ... 86
3.10.2.2.1 Delimitación del área a servir... 86
3.10.2.2.2 Requerimiento de los planos para la red de distribución ... 87
3.10.2.2.3 Requerimientos para un diseño de un enlace de fibra óptica. ... 88
3.10.2.3 Digitalización de la Información. ... 89
3.10.3 Planificación ... 90
3.10.3.1 Características técnicas de la red HFC ... 91
3.10.3.2 Asignación del espectro en la red de cable. ... 92
3.10.3.3 Características generales de los equipos más relevantes en la red HFC. 93 3.10.3.4 Elección de arquitectura a usar en la red de distribución HFC ... 96
XIV
3.10.3.6 Usuarios soportados por CMTS ... 98
3.10.3.7 Consideraciones para un diseño de enlace troncal ... 99
3.10.4 Diseño de la red HFC ... 100
3.10.4.1 Diseño de la red de distribución en la coop. Sergio Toral 3 ... 101
3.10.4.2 Cálculos de diseño de planta externa en señales descendentes... 103
3.10.4.3 Calculo de señal de retorno ... 110
3.10.5 Enlace troncal ... 121
3.10.5.1 Diseño de la red troncal ... 121
3.10.5.2 Cálculos para el diseño de un enlace troncal. ... 121
3.10.6 Cabecera o Headend de una red HFC ... 127
3.10.6.1 Sistema de recepción de señales en RF ... 127
3.10.6.2 Cabecera de servicios ... 130
3.10.6.3 Esquema de funcionamiento de cabecera óptica. ... 134
3.11 Costos de inversión para la red HFC ... 139
CAPITULO IV ... 143
4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 143
4.1. CONCLUSIONES ... 143
4.2. RECOMENDACIONES ... 144
BIBLIOGRAFÍA ... 146
ANEXOS ... 149
ANEXO 1.- Encuesta a habitantes que no tienen servicios de telecomunicaciones .... 149
XV
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Causas y consecuencias ... 4
Gráfico 2 Fases de la metodología PPDIOO ... 65
Gráfico 3 Necesidad de los servicios de internet, televisión y telefonía ... 75
Gráfico 4 Motivo de la necesidad de contar con servicios de telecomunicaciones ... 76
Gráfico 5 Motivo para no contar con servicios de telecomunicaciones ... 77
Gráfico 6 Importancia de los servicios de telecomunicaciones ... 78
Gráfico 7 Suscripción de algún servicio ... 79
Gráfico 8 Servicios de mayor importancia para usted ... 80
Gráfico 9 Presupuesto ideal para los servicios de telefonía ... 81
Gráfico 10 Plano sectorial de la Coop. Sergio Torall III ... 88
Gráfico 11 Simbología predial ... 89
Gráfico 12 Diseño de red HFC ... 101
Gráfico 13 Plano digitalizado de la Coop Sergio Toral 3... 104
Gráfico 14 Diseño en señales descendentes ... 104
Gráfico 15 Diseño tipo blaster ... 105
Gráfico 16 Diseño tipo blaster ... 107
Gráfico 17 Diseño tipo blaster ... 108
Gráfico 18 Diseño tipo blaster ... 109
Gráfico 19 Diseño en retorno ... 114
Gráfico 20 Diseño Nodo 1 Sergio Toral 3 ... 116
Gráfico 21 Enlace óptico desde headend a la Coop. Sergio toral 3 ... 126
Gráfico 22 Esquema Headend óptico ... 133
Gráfico 23 Suma de señales de tráfico de bajada del CMTS ... 135
XVI
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Delimitación de Problema ... 5
Tabla 2 Elementos de la red de distribución... 31
Tabla 3 Tipos de amplificadores más comunes ... 34
Tabla 4 Flujo de servicios Docsis 1.x ... 50
Tabla 5 Fases de la metodología PPDIOO ... 66
Tabla 6 Matriz de operacionalización de variables ... 70
Tabla 7 Necesidad de los servicios de internet, televisión y telefonía ... 75
Tabla 8 Motivo de la necesidad de contar con servicios de telecomunicaciones ... 76
Tabla 9 Motivo para no necesitar los servicios de telecomunicaciones ... 77
Tabla 10 Importancia de los servicios de telecomunicaciones ... 78
Tabla 11 Suscripción de algún servicio ... 79
Tabla 12 Servicios de mayor importancia para usted ... 80
Tabla 13 Presupuesto ideal para los servicios de telefonía ... 81
Tabla 14 Calificación de viabilidad el proyecto ... 82
Tabla 15 Conclusión de viabilidad del proyecto ... 82
Tabla 16 Resumen de estudio de factibilidad del proyecto ... 83
Tabla 17 Requerimientos para establecer un diseño HFC ... 85
Tabla 18 Factores a intervenir en el diseño de la red HFC... 90
Tabla 19 Atenuación del cable coaxial medida en decibeles ... 101
Tabla 20 Salida atenuada en decibeles con mayor pérdida en acopladores ... 102
Tabla 21 Salida atenuada en decibeles con la menor pérdida en acopladores ... 102
Tabla 22 Pérdidas por inserción de taps en decibeles ... 102
Tabla 23 Diseño Nodo 1 Sergio Toral 3 Ramal I ... 117
Tabla 24 Diseño Nodo 1 Sergio Toral 3 – Ramal II ... 118
Tabla 25 Diseño Nodo 1 Sergio Toral 3 Ramal III ... 119
Tabla 26 Diseño Nodo 1 Sergio Toral 3 Ramal IV ... 120
Tabla 27 Grilla de canales contenidos en el paquete básico... 127
Tabla 28 Costos de inversión de la red de distribución ... 140
Tabla 29 Costos de mano de obra ... 141
Tabla 30 Costos de inversión de headend ... 141
XVII
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Coop. Sergio Toral 3 ... 5
Figura 2. Alternativas de acceso a la red ... 10
Figura 3 Redes HFC ... 12
Figura 4 Red Bidireccional ... 13
Figura 5 Head End ... 14
Figura 6 Indoor Optical Relay Station. ... 15
Figura 7 Amplificador óptico ... 16
Figura 8 Receptor Óptico ... 17
Figura 9 OFD de 48 puertos ... 18
Figura 10 Divisor Óptico. ... 18
Figura 11. Combinadores en RF ... 19
Figura 12. Swicth Cisco. ... 19
Figura 13 Transciver Óptico ... 20
Figura 14 CMTS UBR ... 20
Figura 15 Red Troncal ... 21
Figura 16 Fibra óptica ... 22
Figura 17 Composición de la fibra ... 23
Figura 18. Principales conectores ... 24
Figura 19 Fibra multimodal ... 24
Figura 20 Fibra monomodo ... 25
Figura 21 Estructura de la fibra óptica ... 26
Figura 22 Tipos de conectores ... 26
Figura 23 Nodo Óptico ... 28
Figura 24 Composición del nodo óptico ... 29
Figura 25 Topología redundantes ... 29
Figura 26 Topología redundantes ... 30
Figura 27 Hub secundario ... 30
Figura 28 Red de Distribución... 31
Figura 29 Composición del nodo óptico ... 32
Figura 30 Ecualizador ... 33
Figura 31 Atenuador ... 34
Figura 32. Fuentes de poder ... 35
Figura 33. Tap de 2 ... 36
Figura 34 Tap de 4 ... 36
Figura 35. Tap de 8 ... 36
Figura 36 Spliters de 2v ... 37
Figura 37 Spliters de 3 vías ... 37
Figura 38 Spliters de 4 vías ... 38
Figura 39 Acopladores ... 38
Figura 40 Power Insert ... 38
Figura 41 Cable coaxial ... 39
Figura 42 Conector Pin 500 ... 40
Figura 43 Arquitectura árbol y ramas. ... 40
Figura 44 Arquitectura Centro de nodo. ... 41
Figura 45 Arquitectura Blaster ... 42
Figura 46 Elementos de la red de acometida ... 43
Figura 47 Cable Coaxial RG6 ... 43
Figura 48 Cable Modems ... 44
XVIII
Figura 50 Arquitectura de la red con el estándar ... 48
Figura 51 Flujo de servicios docsis 1.x ... 49
Figura 52 Flujo de CMTS ... 53
Figura 53 Flujo estándar DOCSIS ... 54
Figura 54 correcta instalación de la red ... 56
Figura 55 Estructura de red HFC ... 85
Figura 56 Delimitación de la Red de Acceso HFC en la Coop Sergio Toral 3 ... 87
Figura 57 Red en diagrama con la letra Y ... 93
Figura 58 Puntos de posibles fallas ... 97
Figura 59 Ubicación de Headend ... 100
Figura 60 Red de acceso ... 111
Figura 61. Enlace Óptico ... 122
Figura 62 Curva de atenuación vs longitud de ondas ... 123
Figura 63 Pérdidas de Enlace Óptico ... 124
Figura 64 Pérdidas de Enlace Óptico ... 124
Figura 65 Sistema de Recepción satelital ... 130
XX
SIMOLOGIAS
Nodo Óptico de 4 salidas
BT.2: Amplificador de 2 salidas
BT.3: Amplificador de 3 salidas
LE: Amplificador de 1 salida
Acoplador/splitter de 2 salidas
Acoplador/splitter de 3 salidas
Acoplador DC-8
Acoplador DC-12
Acoplador DC-16
Tap de 2 salidas
Tap de 4 salidas
Tap de 8 salidas Ecualizador
Aterrizaje Carga tap Fin de rama
Cable 500 CM Poste
Poste con transformador Límite del nodo
Límite del sector
XXI
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
PROYECTO DE TITULACIÓN
ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA RED DE ACCESO HFC PARA PROVEER SERVICIOS DE INTERNET, TELEVISION Y TELEFONIA EN UN SECTOR
DE LA COOP. SERGIO TORAL 3 DE LA CIUDAD DE GUAYAQUIL.
RESUMEN
La finalidad del presente proyecto de titulación es realizar un diseño de red HFC para la
provisión de óptimos servicios de internet, televisión y telefonía en un sector de la ciudad
de Guayaquil que carece de proveedores que brinden los 3 servicios a través de un solo
medio de comunicación, como lo es en el sector de la Cooperativa Sergio Toral 3. Para
estructurar el presente trabajo y las recomendaciones que se emiten en él, partimos del
desarrollo de un marco teórico que permite conocer y comprender el funcionamiento de
la tecnología HFC, desde sus inicios hasta su evolución actual, lo que permitirá establecer
los parámetros y características adecuadas para presentar un diseño de red HFC óptimo.
Una vez desarrollado el marco teórico, realizamos el análisis que nos permitió conocer
los componentes, la estructura, la arquitectura y la forma de operar de las redes HFC. El tipo de investigación desarrollada es descriptiva y explicativa con prueba de hipótesis, que es demostrada por los habitantes del sector de la Coop. Sergio Toral 3, para ello se inició con encuestas aplicadas a una muestra de 164 habitantes del sector, encuestas que determinan la factibilidad para la aplicación del diseño de red HFC. La metodología PPDIO aplicada detalla el proceso de desarrollo del proyecto el mismo que se convierte en un modelo que sirve de referencia para aplicarlo en futuros proyectos.
Autor: Cindy Mero Franco
XXII
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
PROYECTO DE TITULACIÓN
ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA RED DE ACCESO HFC PARA PROVEER SERVICIOS DE INTERNET, TELEVISION Y TELEFONIA EN UN SECTOR
DE LA COOP. SERGIO TORAL 3, DE LA CIUDAD DE GUAYAQUIL.
ABSTRACT
The purpose of this project is to design a HFC network for the provision of optimal Internet, TV and telephony services, in a sector of the city of Guayaquil that lacks of providers who deliver the 3 services through a single communication ambiance, such as the sector of Cooperative Sergio Toral 3. In order to structure this work and the recommendations that are issued on it, we started the development of a theoretical framework that allowed us to know and understand the how the HFC technology works, from its beginnings to its present evolution, and to establish the parameters and features that suit an optimal HFC network design. Once we developed the theoretical framework, we conducted an analysis that allowed us to know the components, structure, architecture and mode of operation of HFC networks. The type of research conducted is descriptive and explanatory with hypothesis testing, which is demonstrated by the inhabitants of a sector of Coop. Sergio Toral 3. It began with surveys of a sample of 164 people in the sector, surveys that determined the feasibility of implementing the HFC network design. The PPDIO applied methodology details the process of development of the project which becomes a model that serves as a reference for application in future projects.
Autor: Cindy Mero Franco
1
INTRODUCCIÓN
En los últimos años la tecnología en redes de acceso ha tenido cambios significativos en su evolución, las cuales han presentado sorprendentes variaciones, en algunos aspectos como por ejemplo llegar a unificar tres servicios que utilicen una solo vía de comunicación y una misma plataforma, tanto para la centralización y procesamiento de señales como para el abonado final que es quien recibe esa señal procesada y que a su vez debe retornar por el mismo medio, eliminando así las antiguas redes que utilizaban una plataforma diferente para cada servicio que se requería proveer .
La red de telecomunicaciones que incorpora la tecnología HFC (Hibrido de Fibra-Coaxial), es una tecnología que en sus inicios nace de proveedores que solo incorporaban servicios de televisión por cable, luego con la evolución de las redes nace la necesidad de integrar varios servicios en un mismo medio de comunicación entonces es donde surge la tecnología HFC, que no solo logra integrar varios servicios en uno sino que también ofrece mayores y mejores prestaciones con un mayor ancho de banda, gracias a que incorpora fibra óptica para interconectar distancias relativamente grandes.
Y debido a la necesidad de sectores similares como en la Coop. Sergio Toral en tener servicios de televisión por cable, internet y telefonía se construyen redes de acceso que puedan prestar los diferentes servicios de telecomunicaciones. En el caso particular de este análisis y su diseño de red es que estas tecnologías pueden implementarse en sectores rurales cuyo fin es el apoyo al desarrollo de las telecomunicaciones en diferentes zonas de la ciudad de Guayaquil que presenten diferentes tipos de infraestructura física del sector.
2
CAPÍTULO I
1.1.
UBICACIÓN DEL PROBLEMA EN UN CONTEXTO
Hoy en día las tecnologías de la información y la comunicación (TIC), se ha convertido en un aspecto muy importante y necesario a nivel social, y se caracteriza porque a lo largo del tiempo su uso se ha globalizado en todas las actividades del ser humano, situación que va de la mano por una tendencia a la modernización económica y cultural, es decir todos aquellos que tengan intereses competitivos a nivel social y profesional, para poder afrontar los continuos cambios que imponen en los avances de la ciencia. Las TIC se convierten en valiosas herramientas e imprescindibles para el uso del ser humano en su vida diaria, especialmente por su gran contribución para el mundo educativo, para ello el desarrollo de nuevos proyectos donde no existen el acceso al conocimiento por la falta de infraestructura de una red de telecomunicaciones en sectores rurales, debería ser un objetivo de constante avance, con el fin de que aquellos habitantes cuenten con nuevas alternativas de superación y de acceso al conocimiento.
3
1.2.
SITUACIÓN DE CONFLICTO
La falta de servicios de telecomunicaciones en la Coop. Sergio Toral 3, conlleva a que sus moradores no tengan un medio que les facilite el acceso al conocimiento, a través del internet, así como también a otros medios de comunicación como: televisión y telefonía. Recalcando que hoy en día acceder a los servicios de telecomunicaciones (internet, televisión y telefonía) es más factible debido a los nuevos desarrollos tecnológicos y sus aplicaciones que están disponibles para ser utilizadas en beneficio de la sociedad.
El uso de las TIC en gran medida ayuda al crecimiento no solo en personas que van en proceso de aprendizaje, sino también ayuda a estar actualizados e informados en una sociedad donde los cambios y evolución se dan con el día a día, razón por la cual en la actualidad desconocer estos cambios constantes que se dan en cualquier área del saber, representa una desventaja muy clara para aquellos habitantes que viven alejados del mundo moderno.
4
5
1.4.
DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA
Figura 1 Coop. Sergio Toral 3 Fuente: (Google maps 2015)
La propuesta va enmarcada a satisfacer la necesidad de la falta de servicios de telecomunicaciones en un sector la Coop. Sergio Toral 3, donde se pretende beneficiar a un número aproximado de 400 habitantes, correspondiente a una zona rural de la ciudad de Guayaquil, con el fin de que los habitantes del sector puedan acceder los servicios de internet de banda ancha, televisión y telefonía a precios que puedan ser accesibles para los potenciales clientes del sector.
Tabla 1 Delimitación de Problema
CAMPO Las tecnologías de la información y la comunicación TIC
AREA Redes
ASPECTO Tecnología WAN Redes de acceso
TEMA Análisis y diseño de una red de acceso HFC para proveer servicios de internet, televisión y telefonía en un sector de
la Coop. Sergio toral 3 de la ciudad de Guayaquil. Elaborado por: Cindy Mero
6
1.5.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Los habitantes de la Cooperativa Sergio Toral 3 están demandando de los servicios de internet televisión y telefonía en la actualidad?
1.6.
EVALUACIÓN DEL PROBLEMA
A continuación se presenta los aspectos generales de evaluación.
Delimitado: La propuesta del proyecto va dirigida a un sector de laCoop. Sergio Toral 3, con el propósito de satisfacer la demanda de un grupo de 400 posibles usuarios, que no tienen acceso a los servicios de una red de telecomunicaciones, lo que confirma la necesidad que tienen los habitantes del sector de contar con servicios de internet a costos accesibles en un corto plazo.
Evidente: La carencia de servicios de telecomunicaciones debido a la falta infraestructura en la Coop. Sergio Toral 3, conduce a la búsqueda de una solución, que permita a los habitantes del sector disponer de servicios de televisión, internet fijo y telefonía.
Concreto: El proyecto está enfocado a satisfacer una carencia, que es la falta de un proveedor de servicios de telecomunicaciones en el sector, donde la solución más óptima es, realizar un análisis que permita proponer un diseño óptimo de una red HFC.
Relevante: Este proyecto suma un gran avance como parte de uno de los medios de comunicación y como herramienta básica para el fomento del acceso al conocimiento, para los habitantes de la Coop. Sergio Toral 3 que puedan disponer de las redes y sus servicios, para mejorarla como sociedad y prepararla para el mundo actual y competitivo en el campo del saber.
Contextual: Con la disponibilidad de nuevos servicios de internet televisión y telefonía en el sector, permitirá a los habitantes tener una nueva herramienta que sirva para el beneficio del usuario y de este modo fomentar nuevos desarrollos tecnológicos y sus aplicaciones, disponibles para ser utilizadas en beneficio de una sociedad.
7 acogida que tendría la propuesta para una futura implementación por algún proveedor que decida tomar el proyecto.
1.7.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.7.1. OBJETIVO GENERAL
Analizar y diseñar una red de acceso HFC para proveer servicios de internet de banda ancha, telefonía y televisión en un sector de la Coop. Sergio Total 3 ubicado en la Nueva Proserpina de la ciudad de Guayaquil.
1.7.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Diseñar la red HFC más apropiada para la infraestructura de la cooperativa Sergio Toral 3.
Determinar los elementos que forman parte de la red HFC para permitir brindar los servicios de internet, televisión y telefonía.
Realizar encuestas que permita conocer las necesidades de obtener servicios de telecomunicaciones (Internet, TV y telefonía) de los posibles usuarios de la Coop. Sergio Toral 3
Determinar los costos de la inversión requerida para la implementación de una red de acceso HFC en el sector.
1.8.
ALCANCES
Determinar el área en la Coop. Sergio Toral 3 en un sector que incluya 400 usuarios, para posteriormente realizar un levantamiento físico de la infraestructura del sector.
Identificar los elementos que componen una red HFC y describir el funcionamiento de cada uno de ellos.
Realizar un análisis sobre las combinaciones necesarias en la cabecera para la habilitación de los diferentes servicios a brindar, donde en este aspecto solo nos enfocaremos a equipos de transmisión, recepción, de procesamiento de señales que son los que hacen posible él envió y retorno de señal
8 Detallar características técnicas y hacer un análisis sobre los equipos a requerir
para añadir el servicio triple play a la red HFC.
Medir cual es el grado de factibilidad para brindar los diferentes servicio de telecomunicaciones en el sector de la Sergio Toral 3, haciendo uso de encuestas para llegar a conocer más de cerca cuales son las expectativas de los habitantes del sector en tener los servicios de televisión, internet y telefonía.
Determinar los costos de inversión que requeridos para una futura implementación de la red HFC.
Presentar la propuesta de diseño factible para proveer los servicios de telecomunicaciones en el sector propuesto.
1.9.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA
INVESTIGACIÓN
El proyecto va enfocado con el propósito de satisfacer una necesidad en la Coop. Sergio Toral 3 de poder brindar servicios de internet de banda ancha, televisión y telefonía en zonas rurales donde no existen redes de otros proveedores debido a la escasez de servicios básicos y a la falta de seguridad que comúnmente los sectores rurales poseen.
El reto de dar inicio a la implementación un nuevo proyecto que se realizará con la construcción de redes de telecomunicaciones que incorporen tecnología HFC o también denominadas redes hibridas, que consiste en la combinación de fibra óptica en sus trocales cambiando con cable coaxial de L-500 en la red de distribución, además de la incorporación de nuevos equipos que permitan manejar el concepto de bidireccionalidad parte fundamental que se detallará en el desarrollo del proyecto como un proceso importante para incorporar nuevos servicios de internet, televisión y telefonía a la Coop. Sergio Toral 3.
9
1.10.
UTILIDAD PRÁCTICA DE LA INVESTIGACIÓN
El presente trabajo tiene como utilidad la realización de una propuesta de diseño en base a la comprobación de la factibilidad que tendría el proyecto en el sector si se decide realizar su implementación a mediano o a largo plazo con el fin de mejorar la calidad de vida de los habitantes del sector mediante el fácil acceso a herramientas de telecomunicaciones.
1.11.
BENEFICIOS
10
CAPÍTULO II
2.
MARCO TEÓRICO
2.1.
ANTECEDENTE DE ESTUDIO
En la actualidad existen variedades de tecnologías de acceso a la red para la implementación o prestación de nuevos de servicios tales como: internet, telefonía y televisión como se podrá observar en la siguiente imagen.
Figura 2. Alternativas de acceso a la red Fuente: (Cañizares, 2014)
Por lo cual la tecnología considerada como la más idónea para la implementación de los servicios de telecomunicaciones en el sector es la tecnología HFC, que consiste en combinar dos tipos de tecnologías diferentes como: cable coaxial y fibra óptica. Esencialmente se toma como una alternativa de solución debido a que tiene la capacidad de poder ser diseñada de tal forma que sea una solución de rápido despliegue, económica, flexible y fiable. Donde se expondrá a la brevedad el por qué utilizar la tecnología HFC: El par trenzado después de llegar a los 2.400 metros. de distancia, la velocidad
empieza a disminuir.
11 Las redes hibridas es decir aquellas que se componen de cable coaxial y fibra óptica, para cubrir distancias relativamente largas, es decir distancias que van desde la ubicación del headend hasta la ubicación del nodo usa como medio de transmisión la fibra óptica, y para la red de distribución emplea cable coaxial. La unión de los dos medios resuelve problemas de distancia y disponibilidad puesto que al ser una red cableada el factor ambiental no es un factor que incide en el la variación de los servicios.
Todo fibra, indiscutiblemente supera los problemas de distancias, factores ambientales y la velocidad a la que viajan los datos son superiores a las demás tecnologías, pero el inconveniente no está en la tecnología que incorpora sino en los costos que demanda su implementación puesto que estos se triplican a diferencia de usar tecnología HFC o de par trenzado, por lo tanto los costos para el usuario final también se incrementarían y pensado en este factor importante a la hora de elegir o de adquirir un servicio de telecomunicaciones, la tecnología HFC es la más idónea tanto en costos para el usuario final y en velocidad de transmisión, ya que al incorporar fibra óptica en sus troncales, cubre distancias razonablemente largas con el mínimo de regeneración y amplificación de señal y expuestos estos puntos la tecnología HFC es la tecnología ideal para cubrir la necesidad de la falta de servicios de telecomunicaciones en la Coop. Sergio Toral 3.
2.2.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
2.2.1. CONCEPTO DE REDES HFC
Redes HFC:
Híbrido de Fibra y Coaxial, en el mundo de las telecomunicaciones, es una palabra que es definida por Juan Cartagena (2007) “Como la combinaciones de algunas redes”. Definido por el autor se trata de una red que combina fibra óptica y cable coaxial, se divide en dos topologías:
12 Al incorpora fibra óptica en sus troncales, proporciona la ventaja de cubrir distancias largas de forma razonable con un mínimo de amplificación y regeneración de señal.
Figura 3 Redes HFC Fuente: (Cañizares, 2014)
2.2.2. EVOLUCIÓN DE LAS REDES HFC
En primer se muestra la evolución de las redes de cobre utilizadas para la transmisión de los diferentes servicios de telecomunicaciones.
1. La primera red de cableado utilizo cable coaxial para poder transportar las señales de Televisión por cable se realizó en las montañas de Pensilvania a fines del año 1940 dando origen al CATV.
2. John Walson, observo la dificultad para vender televisores debido a que no existía una buena señal puesto que esta era muy deficiente, Walson nació la idea de poner una antena en la cima de una montaña para así poder llevar la señal mediante un cable coaxial y de amplificadores construidos por el mismo.
3. En el año de 1950 comenzó a experimentar con sistemas de microondas para obtener recepción de señales lejanas.
13
2.2.3. CARACTERÍSTICAS DE LAS REDES HFC
Admite el paso de la señal analógica y digital
A diferencia de las redes CATV antiguas en donde la transmisión es unidireccional es decir desde la central hasta los abonados, en la red HFC la transmisión es de forma bidireccional.
La transmisión de señal mediante cable coaxial proporciona una capacidad de ancho de banda considerable, que permite que la señal sea extraída y se inyecte con un nivel mínima de interferencia a cualquier cliente o equipo.
Una característica que tiene este sistema es que cuando los niveles de señal bajan a un tope definido la señal necesita ser amplificada y la inserción de una n cantidad de equipos de amplificación convierte la red susceptible a interferencias externas.(España M. C., 2010).
Figura 4 Red Bidireccional Fuente: (Cañizares, 2014)
2.2.4. ARQUITECTURA DE LA RED HFC
Los elementos y partes de una red de acceso HFC son: Cabecera
Red troncal (conformado por fibra óptica)
14 Red del usuario final o de acometida
Equipos de los abonado (estos son: cable módem, MTA)
2.2.4.1. Cabecera (Head End)
Está considerado como la parte central de la red HFC, y se compone de varias antenas que son las que receptan los canales de Televisión y de radio de diferentes sistemas de distribución (satélites, microondas, etc.), también puede tener varios enlaces con otras cabeceras y redes de otro tipo que aporten con información apta para luego ser distribuida a los abonados mediante el sistema de cable hibrido (León, 2010).
Según las necesidades y los recursos de cada proveedor los elementos de una cabecera o headend, no siguen un modelo exacto estos pueden modificarse, los cuales dividiremos en cuatro bloques y son: sistema recepción, sistema de transmisión analógica, sistema de monitorización y sistema de transmisión óptica.
Figura 5 Head End Editada por: Cindy Mero
15 2.2.4.1.1. Elementos del Headend o Cabecera
Sistemas de transmisión de fibra óptica
Price (2011) dice que “La transmisión inalámbrica que envía señales a través del aire o el espacio sin necesidad de una línea física ha llegado a ser una alternativa cada vez más popular para los canales de transmisión fijos, como el cable de trenzado, el cable coaxial y la fibra óptica”.
En un sistema de transmisión óptica se usan enlaces de datos que desempeñan de las siguientes funciones:
Cada enlace de fibra está conformado de un transmisor en un extremo de la fibra y de un receptor en el otro.
En una dirección se usara una fibra para la transmisión y en la dirección opuesta usa otra fibra para la recepción de señales, haciendo posible tener una transmisión bidireccional.
Otra forma de transmitir datos en ambas direcciones es mediante una sola fibra, pero para lograr esto se hace indispensable el uso de acopladores, lo cual no es considerado como lo más óptimo o adecuado para la transmisión y recepción de señales debido a las pérdidas que provocan estos elementos.
Transmisor Óptico
Figura 6 Indoor Optical Relay Station.
16 Es un equipo importante para construir la red HFC. Es usado por lo general para transmitir señales de larga distancia mediante la fibra óptica, la señal de imagen de televisión, la señal de TV digital, señal de voz de teléfono y de datos.
Como se puede observar en la imagen hay dos modelos de transmisores, que están diferenciados porque el modelo modular puede combinar varios nodos en un solo transmisor en cambio el modelo desmontable solo se puede ubicar un nodo por transmisor.
La elección del transmisor va a depender del criterio de cada empresa según las necesidades y el presupuesto a invertir que estas posean, pero las ventajas y desventajas radican en que si el equipo del modelo desmontable llega a sufrir un daño solo afectaría directamente al nodo conectado a él, ya que por sus características este puede tiene la facilidad de ser cambiado, pero esto incurriría en costos al implementar un transmisor por nodo, en su lugar el modelo modular al combinar más de un nodo reduciría en costos su implementación, pero si el transmisor llegase a fallar, todos los nodos que están conectados a él se verían afectados, sumado a que reemplazarlo requeriría de más tiempo por su forma y estructura.
Amplificadores Ópticos
Figura 7 Amplificador óptico
Fuente: (España, 2010)
17 eléctrica, la misma que era limpiada para eliminar cualquier ruido y luego otro transmisor laser pasaba a transmitirla. Estos repetidores añadían ruido a la señal, consumían mucha energía eléctrica además de ser complejos, lo que indicaba que era una de las causas de fallas (Gormaz, 2010).
Receptor Óptico
Figura 8 Receptor Óptico Fuente: (Arnón, 2012)
Este es un dispositivo conversor de medios el cual transforma la señal de luz transmitida de la fibra óptica en señal de RF, es el corazón de una red hibrida debido a la comunicación directa que existe en la cabecera del receptor el cual es el encargado de la transmisión de señales a demás amplificadores, encargados de regenerar la señal para que llegue con una potencia optima a los abonados (Black, 2011).
La finalidad del receptor óptico es extraer la información que contiene la portadora óptica la misma que incide en la foto detector. En los sistemas de transmisión analógica el receptor debe amplificar la salida de la foto detector y después demodular la señal para obtener la información. Dentro de los sistemas de transmisión digital en cambio el receptor debe causar una secuencia de pulsos (unos y ceros) que contienen la información del mensaje transmitido.
Foto – detector
El foto-detector cumple la función de convertir la potencia óptica de incidencia en una corriente eléctrica, si esta corriente eléctrica es deficiente y débil será necesario que sea amplificada. Una de las características primordiales que deben tener son:
18 Contribución mínima al ruido total del receptor
ODF (Organizador de Fibra Óptica)
Figura 9 OFD de 48 puertos
Fuente: (Montoto, 2010)
Se trata de un tablero de distribución, que ayuda y disminuye los costos de instalación del sistema de fibras. Su función es el empalme, distribución, administración, protección y almacenamiento de cables de fibra. Posee un tamaño de 19''1U también existen otros tamaños, entre esos se encuentra el estándar de 6, 12, 24 y 48 puertos de empalme o menos, apropiado para Pigtail.
ACOPLADORES
Los acopladores o también llamados direccionales son componentes pasivos. Las configuraciones en las cuales se observa estos dispositivos son:
Acopladores: estructura con N puertos de entrada y N de salida (con N = 2). Este dispositivo está compuesto por un puerto de entrada por el que ingresa la señal para ser dividida entre las dos terminales de salida.
19 Divisores (splitter): dividen la señal de RF como se mencionara de forma más
detallada en el transcurso de la investigación.
Combinadores: esta es una estructura con 2 o más puertos de entrada que realiza un proceso de mezcla de varias señales para combinarlas o sumarlas en una sola salida, una estructura similar a la splitter pero funciona de forma contraria, es utilizada para unir las señales en una sola salida.
Figura 11. Combinadores en RF Fuente: Hills Antenna & TV Systems
SWITCH
Figura 12. Swicth Cisco. Fuente: CISCO
20
Transceptores Ópticos
Figura 13 Transciver Óptico Fuente: PERLE
Los transceptores ópticos son conectores de medios compactos que suministran conectividad de fibra de forma rápida al equipo de red. Los transcptores ópticos representan una forma rentable poder conectar un dispositivo de red a una amplia variedad de tipos y distancias de cables de fibra óptica.
CMTS.
Figura 14 CMTS UBR Fuente: HFC Technics - Újdonságok - Arris Beat
Cable Modem de sistemas de terminación, se trata de un dispositivo que se encarga de enviar los datos de forma descendente, modulados mediante el canal de televisión seleccionado para recoger la señal que proviene del cable módems de los usuarios finales por medio canal ascendente establecido. El CMTS se encuentra ubicado usualmente en el centro de la cabecera de la red, desde ahí es conectado al resto de la red de transporte y al Internet por la WAN. Los CMTS normalmente solo manejan tráfico IP
21 La red troncal tiene la función de repartir la señal compuesta, producida por la cabecera hacia todas las zonas de distribución de red de acceso que abarca el proveedor de red de cable. Y está formado por elementos como fibra óptica como medio de comunicación entre el nodo y la cabecera, mediante el nodo óptico donde las señales que provienen de la cabecera al usuario se transforman de una señal óptica a una señal eléctrica para así poder seguir con el camino hacia el abonado usando la red de distribución de coaxial.
Está conformada por: Fibra Óptica Nodos Ópticos
Transmisores ópticos
Receptores ópticos
Figura 15 Red Troncal Fuente: comunicaciones3-CATV
2.2.4.2.1 Fibra Óptica
La fibra que se emplea en las redes de computo es sumamente delgada, ligera, fuerte y flexible, soporta jalones y esfuerzos considerables como cual otro cable. Debido a su ligereza se puede acomodar en ductos muy congestionados que no admiten el peso y el diámetro del cable coaxial. Esto resulta de gran importancia cuando la única alternativa es emplear los ductos congestionados (Herrera, 2014).
22
Figura 16 Fibra óptica Fuente: (Arteaga, 2010)
2.2.4.2.1.1 Características de la fibra óptica
Características generales
De cobertura resistente.
Se usa de forma Dual en el interior y exterior. Resistente a lugares húmedos.
No inflamable
Empaquetado de alta densidad
Características Técnicas:
1. Se define a la fibra como el medio de transmisión de información analógica o digital donde las ondas electromagnéticas viajan hacia el espacio a la velocidad de la luz.
2. La capacidad de información de la fibra óptica va a depender de características como:
Diseño geométrico de la fibra.
Por los materiales que fueron utilizados en la elaboración lo que representa el diseño óptico
La anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Si es mayor la anchura será de menor capacidad para la transmisión de información de la fibra. 3. Tiene dimensiones reducidas, el cable de 10 fibras y un diámetro de 8 a 10 mm
23 2.2.4.2.1.2 Composición de las fibras ópticas
Las fibras ópticas son en la actualidad el medio físico más ampliamente utilizado para la transmisión de datos a larga distancia. Siendo cada vez más utilizado en las redes de telefonía ya que son capaces de albergar hasta 100.000 canales de voz. También es un medio muy extendido como red de área metropolitana enlazando centrales telefónicas o cabeceras de cable modem dentro del área metropolitana y sin la necesidad de repetidores (Gil, Pomares, J. , & Candelas, F. , 2010).
El conductor de fibra óptica está compuesto por dos elementos básicos: El núcleo o llamado core.
Recubrimiento o cladding.
Cada uno de estos se encuentran formados por materiales distintos índice de refracción donde se conforma de una guía de ondas propagador de las ondas luminosas. Otro parámetro relevante en la composición de la fibra es:
Su apertura numérica, para los conductores de la fibra óptica usan el efecto de la reflexión total con el propósito conducir el rayo luminoso en su interior. El ángulo de aceptación que es usado para poder acoplar el rayo luminoso
desde el exterior al núcleo al seno que se forma de este ángulo al cual lo llaman apertura numérica.
24
Figura 18. Principales conectores Fuente: (Gil, Pomares, J. , & Candelas, F. , 2010)
2.2.4.2.1.3 Tipos de Fibra Óptica
Existen diversas clasificaciones sobre las fibras ópticas pero de forma básica se presentan dos tipos de fibra:
Multimodo Monomodo.
Fibra Óptica multimodo
La terminología Multimodo hace referencia a que pueden ser guiados por varios modos o rayos luminosos, ya que cada uno de estos sigue un camino diferente en el interior de la fibra óptica. Los dispositivos usados con fibra multimodo tienen un coste inferior que el uso de una fibra monomodo.
La fibra multimodo es preferida para comunicaciones de corta distancia, aproximadamente hasta unos 10 km de distancias.
25
Fibras monomodo
El diámetro del núcleo de la fibra es pequeño y su propagación es de un solo modo o rayo, el cual se propaga de forma directa sin reflexión. Este efecto causa que el ancho de banda sea muy elevado, por lo que suele utilizarse para ser usado a grandes distancias superiores a 10 km ya usa dispositivos de mayor costo que la fibra multimodo (Gormaz, 2010).
Figura 20Fibra monomodo Fuente: (Huidobro, 2010)
2.2.4.2.1.4 Estructura de la fibra
Posee varios tipos de estructuras entre las que existen presentamos las más comunes según su aplicación:
Estructura ajustada: se encuentra conformada por un tubo de plástico pequeño en su interior se encuentra alojado de forma estable el conductor de fibra óptica. El tubo debe ser de fácil manejo similar a un par coaxial. Pueden ser cables tanto monofibra, como multifibra. Las aplicaciones frecuente son: para distancias cortas, instalaciones en campus, para instalaciones interiores, en instalaciones donde la fibra requiere ir bajo tubo, montaje de conectores directos.
26 cable. Esta estructura se divide en cables multifibras armados y cables multifibra dieléctrico. Las aplicaciones más importantes son para las conexiones de larga distancia e instalaciones en exteriores.
Figura 21Estructura de la fibra óptica Fuente: (Black, 2011)
2.2.4.2.1.5 Tipo de conectores que se usa
Con la Fibra Óptica se puede usar Acopladores y Conectores:
Figura 22Tipos de conectores Fuente: (Huidobro, 2010) ST
27 ST se considera como el conector más popular para las redes de área local (LAN) por la calidad y el precio que tienen.
SC
Los conectores SC, pueden alinear el conector de forma sencilla al adaptador, el cuerpo del conector sujeta la férula, lo que permite una mejor alineación y previene movimientos. El conector SC es popular tanto redes LAN como en redes de transporte tales como: operadoras telefonías, CATV.
FC
Los conectores FC poseen un tipo rosca que permite asegurar y alinear el conector de manera firme al adaptador, para asegurarse que no existan desplazamientos o desconexiones.
LC.
Los conectores LC tienen una apariencia exterior parecida a un conector SC, pero con el tamaño de un RJ 45 y se presentan en formato simplex o dúplex.
El LC es un conector de alta densidad, diseñado para su uso en todo tipo de entornos: LAN, operadoras de telefonías, CATV.
MU.
El conector MU, posee un mecanismo de fijación de tipo Push Pull el cual al ser empujado hacia adentro o jalado hacia afuera prevé dos alineamientos rotatorios.
MT-RJ
El conector MT-RJ, tiene un mecanismo parecido al conector MU, este diseño previene el desalineamiento rotatorio, son cambiantes debido a que en un solo conector es posible conectar dos fibras al mismo tiempo.
MTP
28 2.2.4.2.2 Nodo óptico
Figura 23Nodo Óptico Fuente: (Gormaz, 2010)
Es el elemento que conecta el Headend con la red de distribución mediante el enlace de fibra óptica. Los nodos ópticos tienen la función de convertir la señal óptica a eléctrica para el enlace descendente y viceversa para el enlace de retorno, Preferentemente siempre su ubicación debe ser en el centro de la red coaxial. Y se compone de dos partes fundamentales:
Receptor óptico:
Su función es transformar laseñal óptica en una señal de radiofrecuencia (RF). Es donde las señales descendentes (de la cabecera al equipo terminal) pasan de una señal óptica a una señal eléctrica y así continuar su camino hacia el hogar del abonado a través de la red de distribución de coaxial (España M. , 2011) .
Transmisor óptico:
Realiza el proceso inverso del receptor óptico es decir transforma una señal de radio frecuencia a una señal óptica. Recibe las señales del canal de retorno o ascendentes (del abonado a la cabecera) para luego de su conversión transmitirlas a la cabecera.
29
Figura 24 Composición del nodo óptico Fuente: (Tomasi, 2013)
2.2.4.2.3 Topologías redundantes de una Red troncal
Anillo – Estrella: Forma un anillo entre nodos principales donde cada uno despliega un nodo secundario formando una estrella a medida que va creciendo la red.
Figura 25Topología redundantes
Fuente: (Bendito, 2014)
30
Figura 26Topología redundantes
Fuente: (Bendito, 2014)
Estrella Anillo: compuesto por anillos primarios de ellos se enlazan anillos denominados como secundarios y de los secundarios se forma una estrella.
31
2.2.4.3 Red de distribución (cable coaxial)
Figura 28Red de Distribución Fuente: (Toledano & Sanz, S.J.L., 2013)
Está compuesta por una estructura tipo bus de coaxial que lleva señales de envió hacia la última ramificación del abonado. En el caso de la red HFC normalmente la red de distribución contiene un máximo de 2 amplificadores de banda ancha.
La señal óptica se convierte en señal eléctrica, apta para la transmisión de voz y datos de hasta 10 Mbps a través de una red secundaria de alimentación eléctrica de 110V a 60Hz con la banda de frecuencias de 2Mhz de manera que no interfiere con la señal eléctrica.
Se divide en los siguientes elementos.
Tabla 2 Elementos de la red de distribución
Fuente: (Toledano & Sanz, S.J.L., 2013)
Elementos Activos Elementos Pasivos Otros Elementos
Nodo óptico Taps Cable coaxial Fuente de poder Divisores /Señal Conectores Amplificadores
Ecualizador de
línea
Insertor de potencia Atenuadores
32 2.2.4.3.1 Elementos Activos
Son todos los elementos que se encuentran en la red hibrida, que decodifican o regeneran la señal, utilizando voltaje para funcionar y son:
Nodo Óptico
Convierte la señal óptica a señal eléctrica RF y viceversa como se mencionó como parte de los elementos de la red troncal ya que este es la intersección entre las dos topología.
Amplificadores
Son utilizados para mantener la señal en buen estado en la red de distribución, es decir su función principal es regenerar la señal que ha sufrido degradaciones por pérdidas ocasionadas por la atenuación del viaje de la señal en el cable coaxial más las pérdidas de los elementos pasivos que son ubicados como parte de la red HFC.
Fuente: (Toledano & Sanz, S.J.L., 2013)
También se debe de tener en consideración que al amplificar la señal proveniente de la red, si existe algún elemento que haya filtrado ruido en la red este también se aumentara por cada amplificador que pase por lo cual se recomienda no tener muchos amplificadores en cascada (Javier Hernández, 2012).
Un amplificador se compone de:
Duplexor: Hace las veces de filtro, separando las señales de subida y bajada.
Ecualizador de línea
33 Este elemento es usado en aquellos sitios de la red donde la pendiente se convierte en una señal negativa entonces se hace uso del ecualizador a fin de disminuir las frecuencias bajas según el valor del ecualizador, quedando así nuevamente una pendiente positiva en la señal de RF.
Figura 30 Ecualizador Fuente: (Black, 2011)
Pads:
Atenúa la señal de las frecuencias altas a fin de llegar con una pendiente adecuada. Una ganancia excesiva podría aumentar considerablemente los niveles de ruido o las distorsiones.
Simuladores (pendiente):
Componentes que permiten adecuar una señal de salida al amplificador. Ya que se contempla la variación de la función de transferencia de la señal al pasar por cada etapa del amplificador.
Atenuador
34
Figura 31 Atenuador Fuente: (Millán, 2014)
Amplificadores de distribución:
Son los más usados en las redes HFC. Y poseen de 2 a 4 salidas de amplificación cuyas puede ser ajustadas independientemente.
Según los módulos de amplificación dividimos los amplificadores en:
Tabla 3 Tipos de amplificadores más comunes
Tipos Descripción
Bridge Trunk (BT) Tiene dos entradas, una para el voltaje AC. Dispone tres o cuatro módulos de amplificación.
Mini-bridger: Dispone de tres puertos de salida, los cuales únicamente se utilizan dos.
MBV3 Amplificador minibridger que utiliza tres salidas RF Extensores de línea Solo tiene un módulo de amplificación. La cantidad de
extensores de línea en cascada está limitado por el nivel de distorsión que provoquen.
Elaborado por: Cindy Mero
Consideraciones de amplificadores:
Los fabricantes de los equipos activos especifican parámetros como: pendiente, potencia minina de entrada, ganancia de bajada y de retorno, entre otros.
35 1. Control Automático de Ganancia (AGC) o Automatic Slope
Control (ASC): El AGC detecta una señal de salida, según la cual obtiene un valor DC que comanda la ganancia, esto se lo realiza con el fin de que el nivel de salida de la señal emitida sea constante, sin importar las variaciones en las pérdidas.
El ASC tiene la característica de censar dos señales con el propósito de no solo controlar la ganancia, sino también la pendiente entre ellas, buscando un mismo nivel de ambas señales en el puerto de salida
2. Compensadores de temperatura: ajusta la ganancia acercando las pérdidas por temperatura.
Fuente de Poder:
La fuente es un elemento activo de una red hibrida, que se encarga de entregar energía a la red, el voltaje de alimentación de la red HFC puede ser a 60 VAC o 90 VAC. Existen fuentes que cuentan con sistemas de respaldo, en caso de presentarse una falla en el fluido eléctrico, esta entraría a funcionar por medio de una tarjeta inversora que activaría un banco de baterías que dotara de un respaldo de energía durante dos horas aproximadamente. Lo que evitaría que los usuarios afiliados se queden sin internet, televisión o telefonía, como podemos indicar este proceso es invisible debido a que es automatizado pero en la cabecera se llevara un control si se diera cualquier fallo.
Figura 32. Fuentes de poder Fuente: (Black, 2011)
36
Taps de 2, 4, 8 puertos.
Figura 33. Tap de 2 Fuente: (Black, 2011)
Figura 34 Tap de 4 Fuente: (Black, 2011)
Figura 35. Tap de 8 Fuente: (Black, 2011)
Los Taps distribuyen la señal al usuario final, donde su salida depende del dispositivo y corresponden a las pérdidas por derivación (23 dBm, 20 dBm, 17 dBm, 10 dBm, 7 dBm, 4 dBm), las perdidas por inserción son del orden de 1 dBm.
37 Este dispositivo divide una señal en RF a la entrada, en dos o más señales de salida con el fin de encaminar señales a diferentes ubicaciones geográficas (Vernon, 2015) .
Splitter de 2 vías
Una entrada y dos salidas; la pérdida de un Splitter dos vías generalmente es de 3.5 a 4 dBmv, donde nos indica que en una entrada de 25 dBmv tendríamos dos salidas de 21.5 dBmv.
Figura 36 Spliters de 2v Fuente: (Black, 2011) Splitter de 3 vías
Una entrada y tres salidas; la pérdida de un Splitter de tres vías generalmente es de 3.5 dBmv por una salía y en las dos restantes con una pérdida de 7dBm.
Figura 37 Spliters de 3 vías Fuente: (Black, 2011)
38 Una entrada y cuatro salidas; la pérdida de un splitter cuatro vías generalmente es de una pérdida de 7dBm en todas sus salidas.
Figura 38Spliters de 4 vías Fuente: (Black, 2011)
Acoplador direccional DC
Entre los más usados en redes HFC tenemos acopladores DC-8, DC-12, DC-16 estos dividen la señal de RF al igual que el spliter con la diferencia de que en la salida pierde la cantidad de db según el tipo de acoplador como por ejemplo un dc- 8 pierde 8 db en su salida, y por el otro extremo su perdida es menor.
Figura 39 Acopladores Fuente: (Herrera, 2014)
Insertar de potencia
Es el dispositivo utilizado para mezclar la señal de RF y la energía eléctrica.
39 2.2.4.3.3 Tipos de cables y conectores
En las redes HFC encontramos una gran variedad de cables, que son utilizados en distintas clases de redes como redes troncales y otras como redes de usuarios o abonados.
Cable coaxial
El cable coaxial consta de 2 conductores centrados en el mismo eje, está compuesto por un conductor central de cobre con alma de aluminio, separado del conductor central por un material dieléctrico y además de un conductor exterior de
aluminio, también posee una chaqueta protectora contra la humedad y corrosión. Este cable es un cable troncal que es utilizado tanto de forma aérea como subterránea, ya que es impermeable y de gran durabilidad a la exposición a los rayos UV.
Figura 41 Cable coaxial Fuente: (Millán, 2014)
En cambio el aéreo se diferencia del subterráneo porque tiene un mensajero que se encuentra en la parte superior.
Conectores
Estos permiten la conectorización de los diferentes equipos pasivos y activos de la red de distribución, así como la unión entre diferentes dispositivos.
Tipos de conectores:
40 conector de 90° y 180°
conector cable o doble macho Carga terminal
Figura 42 Conector Pin 500 Fuente: (Millán, 2014)
2.2.4.3.4 Tipos de arquitecturas para una red de distribución
Existen varios tipos de arquitecturas para el diseño de una red de distribución de señales en RF para las redes HFC y cada una de ellas es estructurada en base a las necesidades del medio y de las áreas a cubrir. Entre ellos tenemos los tres tipos de arquitecturas más conocidas:
Arquitectura tipo árbol y ramas Arquitectura centro de nodo. Arquitectura blaster.
Arquitectura árbol y ramas.
41 En esta arquitectura parte de cada una de las ramas de un nodo óptico y realiza una distribución de señal por medio de elementos de división, taps y amplificadores logrando cascadas con ellos no mayores a 5 equipos, según el tipo de tecnología utilizada. Como fue mencionado, la utilización excesiva de amplificadores ubicados en cascada, ocasionan efectos negativos en la red. Además de ser recomendados e implementados por los diseñadores. La figura 46 muestra a una de las ramas del nodo óptico distribuyendo señales a alrededor de 500 homepassed.
Arquitectura Centro de nodo.
Figura 44 Arquitectura Centro de nodo. Fuente: (Bendito, 2014)
En este modelo el nodo óptico se ubica aproximadamente en el centro de una zona, ubicando en el centro de cada una de estas, a su vez este contiene un amplificador principal del que se derivará el resto de la señal hacia los demás amplificadores del nodo secundario. El objetivo de este diseño es cambiar cada amplificador central que se encuentra como un subnodo de 500 homepassed por un nodo óptico cuando la red requiera una migración futura de servicios de reversa.
