Diseño de una red de acceso de banda ancha para la zona Camacho Libertad de la ciudad de Santa Clara

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Diseño de una red de acceso de banda ancha para la zona Camacho-Libertad de la ciudad de Santa Clara.. Autor: Eloy Salt Valero. Tutores: Ing. Deivy Machado Morales MSc. Erik Ortiz Guerra. Santa Clara, Cuba 2015 "Año 57 de la Revolución".

(2) Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Diseño de una red de acceso de banda ancha para la zona Camacho-Libertad de la ciudad de Santa Clara.. Autor: Eloy Salt Valero e-mail: eloysalt@nauta.cu. Tutores: Ing. Deivy Machado Morales ETECSA Villa Clara e-mail: deivy.machado@etecsa.cu. MSc. Erik Ortiz Guerra Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones e-mail: erik@uclv.edu.cu. Santa Clara, Cuba 2015 "Año 57 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios en la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor , la electricidad y la energía atómica: la voluntad.” Albert Einstein (1879-1955) Físico Alemán.

(5) ii. DEDICATORIA. Dedicar un trabajo de diploma, nunca es tarea fácil, porque siempre existen muchos familiares y buenos amigos que por derecho propio deberían estar reflejados en estas líneas, pero hoy quisiera dedicar mi modesto esfuerzo en la realización de este trabajo, a aquellas personas sin las cuales nunca hubiese podido llegar hasta donde estoy hoy……….. A mis padres, José Eloy y María Julia, por ser el ejemplo, el motor impulsor y el puerto donde me refugio después de cada tormenta. A mis abuelos Mercy, Eusebio, Herminia y Eliecer, por brindarme todo el amor y la paciencia que un nieto necesita. A Lis por todo el amor y la paciencia que me ha dedicado. Y a Raque, mi casi doctora preferida, ¡Te adoro flaca!.

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. Quisiera expresar mi profundo agradecimiento a todas aquellas personas que han colaborado, de una forma u otra, para hacer posible la realización de este hermoso sueño, en especial…  A mis padres por ser mis guías, por darme su amor y dedicación.  A mis tutores, el ingeniero Deivy Machado Morales y el master en ciencias Erick Ortiz Guerra por los conocimientos transmitidos y la ayuda brindada para que este proyecto saliera adelante.  A los Vikingos + Robert (que más que amigos han sido hermanos) por su apoyo incondicional.  A todos mis profesores, por las enseñanzas y ejemplos transmitidos.  A mis compañeros de Tele, por la ayuda brindada a lo largo de estos cinco años de duro batallar.  A Lily, Yesica, Dailén, Kenia, Elizabeth, Taimara, Isis, Lianed, Dairon, Rene, Osvi Salmon y Ruja por siempre estar ahí. A todos gracias..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. Con el objetivo de darle cumplimiento a los objetivos trazados para la realización de esta tesis se tomaron en cuenta una serie de tareas técnicas de suma importancia para la confección del informe final, ellas fueron: 1. Realizar un estudio de las tecnologías anteriormente utilizadas por parte de la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A, para la implementación de redes de acceso en entornos urbanos. 2.. Realizar un estudio comparativo de las principales tecnologías para redes de acceso de banda ancha existentes en la actualidad.. 3. Seleccionar una tecnología para la realización de una propuesta de red para la zona Camacho-Libertad. 4. Estudiar la tecnología seleccionada con vista a realizar un diseño y simulación de la red. 5. Diseñar una red de acceso para el entorno urbano escogido, apoyándonos en datos y mapas reales de la zona. 6. Realizar los cálculos teóricos adecuados para probar el desempeño de la red. 7. Simular el diseño de red propuesto. 8. Comparar los resultados obtenidos mediante simulación con los obtenidos mediante los cálculos teóricos.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. La red de acceso existente en la zona Camacho-Libertad de la ciudad de Santa Clara se encuentra al 100% de ocupación, imposibilitando la aceptación de nuevos abonados y la prestación de nuevos servicios. Por tal motivo se hace indispensable la renovación de dicha red. Este trabajo se realizó con el objetivo de diseñar una red de acceso que solucionará los problemas de conectividad existentes en dicha zona, realizando como paso previo al diseño una búsqueda, comparación y selección de la tecnología más adecuada para la implementación de la nueva red, resultando GPON como la tecnología más ventajosa por su rendimiento, flexibilidad y confiabilidad. Para el diseño de la red se tomó a la tecnología GPON como núcleo y se diseñó la etapa de última milla como una red mixta, implementada con tecnologías xDSL, POTS y GPON de acuerdo al tipo de servicio y ancho de banda que el abonado contratase. La comparación entre los resultados obtenidos mediante los cálculos teóricos con los obtenidos mediante simulación demostró la factibilidad y rendimiento del diseño, resolviendo así el problema de conectividad existente..

(9) vi TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. Tecnologías comerciales para redes de acceso de banda ancha. ............... 5. 1.1. Análisis de la red de telecomunicaciones existente en la ciudad de Santa Clara. .... 6. 1.2. Problemática existente en la zona Camacho-Libertad. ............................................ 9. 1.3. Tecnologías anteriormente utilizadas por ETECSA para desplegar redes de acceso. de banda ancha en entornos urbanos................................................................................... 9 1.4.. Tecnologías comerciales para el despliegue de redes de acceso de banda ancha. . 11. 1.5.. Redes inalámbricas................................................................................................. 12. 1.5.1. Redes WLAN .................................................................................................. 12. 1.5.2. Redes WIMAX. .............................................................................................. 14. 1.5.3. Redes FSO. ..................................................................................................... 16. 1.5.4. Redes LTE. ..................................................................................................... 17. 1.6.. Redes alámbricas. ................................................................................................... 18. 1.6.1. Redes xDSL. ................................................................................................... 18. 1.6.2. Redes Metro Ethernet. .................................................................................... 19. 1.6.3. Redes xPON. ................................................................................................... 20. 1.7.. Comparaciones entre las tecnologías analizadas en el epígrafe 1.5 y 1.6. ............. 22.

(10) vii 1.8.. Consideraciones finales del Capítulo. .................................................................... 22. CAPÍTULO 2. 2.1. Estudio de las Redes Ópticas Pasivas. ..................................................... 24. Arquitectura de las Redes Ópticas Pasivas ............................................................ 24. 2.1.1. Equipo terminal de linea (OLT)...................................................................... 25. 2.1.2. Red óptica de distribución (ODN) .................................................................. 26. 2.1.3. Unidad óptica de red (ONU) / Distribuidor múltiple de usuarios (MDU). ..... 27. 2.2.. Topologías de Conexión. ....................................................................................... 28. 2.3.. Principio de funcionamiento de las redes xPON.................................................... 28. 2.4.. Variantes de la tecnología xPON. .......................................................................... 31. 2.4.1. APON (ATM ((Asynchronous Transfer Mode) Passive Optical Network). .. 32. 2.4.2. BPON (Red Óptica Pasiva de Banda Ancha). ................................................ 33. 2.4.3. GPON (Gigabit-Compatible xPON) ............................................................... 33. 2.4.4. EPON (Ethernet xPON). ................................................................................. 34. 2.4.5. 10G-EPON (10G-Ethernet xPON). ................................................................ 35. 2.4.6. WDM-xPON (Wavelength Division Multiplexing xPON).............................. 35. 2.4.7. NG-xPON (Next Generation xPON) .............................................................. 35. 2.5.. Modelos de aplicación para redes Ópticas Pasivas. ............................................... 35. 2.6.. Selección de la tecnología xPON a utilizar en el diseño. ....................................... 37. 2.6.1 2.7.. Selección de la Clase GPON a utilizar en el diseño. ...................................... 38. Consideraciones finales del Capítulo. .................................................................... 40. CAPÍTULO 3. 3.1. Diseño y simulación. ............................................................................... 41. Diseño lógico de la red. .......................................................................................... 41. 3.1.1. OLT ................................................................................................................. 44. 3.1.2. ONT ................................................................................................................ 45.

(11) viii 3.1.3. MDU ............................................................................................................... 45. 3.1.4. Fibra Óptica .................................................................................................... 46. 3.1.5. Splitters ........................................................................................................... 48. 3.1.6. Gabinetes Outdoor. ......................................................................................... 49. 3.2. Diseño Físico de la red. .......................................................................................... 49. 3.2.1. OLT ................................................................................................................. 50. 3.2.2. ONT ................................................................................................................ 50. 3.2.3. MDU ............................................................................................................... 51. 3.2.4. Fibra Óptica. ................................................................................................... 51. 3.2.5. Splitters ........................................................................................................... 52. 3.2.6. Gabinetes Outdoor. ......................................................................................... 52. 3.3.. Análisis de costos. .................................................................................................. 53. 3.4. Simulación del diseño de red. ................................................................................ 54. 3.4.1. Análisis y selección del software disponible en el mercado. .......................... 54. 3.4.2. Descripción de la herramienta de Simulación. .............................................. 55. 3.4.3. Estructuración de la simulación. ..................................................................... 55. 3.4.4. Análisis de los resultados de la simulación. ................................................... 63. 3.5. Consideraciones finales del capítulo. ..................................................................... 67. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 68 Conclusiones ..................................................................................................................... 68 Recomendaciones ............................................................................................................. 69 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 70 ANEXOS .............................................................................................................................. 73 Anexo I. Mapa de la Zona Camacho-Libertad. ............................................................. 73.

(12) ix Anexo II. OLT – Tabla Comparativa .......................................................................... 75. Anexo III. ONT Huawei HG8247T. ............................................................................. 76. Anexo IV. MDU Huawei MA5616............................................................................... 77. Anexo V. Splitter Óptico ............................................................................................. 78. Anexo VI. Fibra óptica.................................................................................................. 79. Anexo VII. Cálculos Teóricos. ....................................................................................... 81. Anexo VIII. Procedimientos del Diagrama de Ojo. ..................................................... 87.

(13) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Las redes de acceso constituyen el último nivel funcional dentro de una red de telecomunicaciones y en este concepto se engloban todos los elementos encargados de llevar los contenidos multimedia hasta el usuario y atender las peticiones de éste. En los últimos años se han ido desarrollando los estándares y las tecnologías con las que se implementan estas redes, para brindar cada vez más velocidad y ancho de banda al usuario final. En la ciudad de Santa Clara existen zonas residenciales donde no se cuenta aún con una red de acceso instalada por la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A (ETECSA) o la red instalada se encuentra totalmente saturada. En este segundo caso se encuentra la zona Camacho-Libertad ubicada en la parte norte de la ciudad. En dicha zona actualmente se encuentra instalada una red de acceso telefónico por cables de cobre perteneciente a ETECSA, como núcleo de esta red se encuentra instalada una URA (Unidad remota de abonados) Alcatel-Lucent CSN-MM y un equipo para transmisión de datos Tellindus CN4, los cuales se encuentran operando a plena capacidad, situación que limita la incorporación de nuevos abonados y la prestación de nuevos servicios. Las tecnologías utilizadas con anterioridad por ETECSA para montar sus redes de acceso a pesar de contar con ventajas claras como contar con un personal calificado para desplegarlas o contar con proveedores de equipamiento líderes a nivel mundial, cuentan con desventajas que no las hacen aptas para constituir el núcleo de redes de acceso de nueva generación, por las limitaciones en cuanto ancho de banda y distancia que presentan. Por tales razones surge la necesidad de plantearnos el siguiente problema científico: ¿Cómo diseñar una red de banda ancha para la zona Camacho-Libertad, que dé solución a los problemas de conectividad existentes actualmente y que esté preparada igualmente para.

(14) INTRODUCCIÓN. 2. afrontar la comercialización de nuevos servicios multimedia por parte de ETECSA, así como la incorporación de un número elevado de nuevos abonados? En correspondencia con el problema planteado, se formuló como objetivo general del trabajo: . Diseñar una propuesta de red de acceso de banda ancha que dé solución a los problemas de conectividad existentes en la zona Camacho-Libertad de la Ciudad de Santa Clara.. Para dar cumplimento al objetivo general, se plantean como objetivos específicos: 1. Analizar las tecnologías anteriormente utilizadas por ETECSA en el despliegue de redes de acceso en entornos urbanos, sus ventajas y limitaciones. 2.. Revisar las principales tecnologías existentes en el mercado para el despliegue de redes de acceso de banda ancha.. 3. Seleccionar una tecnología comercial para realizar la propuesta de diseño. 4. Estudiar las particularidades específicas de la zona donde se quiere implementar la nueva red. 5. Proponer un diseño de red de acceso de banda ancha. 6. Realizar un estudio de los costos económicos de la red diseñada. 7. Comparar los resultados obtenidos por simulación con los obtenidos mediante los cálculos teóricos. 8. Documentar los resultados obtenidos El alcance del presente trabajo presupone dar respuesta a las siguientes interrogantes científicas: 1. ¿Cuáles son las tecnologías anteriormente utilizadas por ETECSA en el despliegue de redes de acceso? 2. ¿Es posible resolver la problemática existente con alguna(s) de las tecnologías anteriormente utilizadas por ETECSA? 3. ¿Cuáles son las principales tecnologías comerciales disponibles para la implementación de este tipo de redes en zonas urbanas?.

(15) INTRODUCCIÓN. 4.. 3. ¿Cuáles son las características o factores que condicionan la idoneidad de una tecnología sobre otra, para el despliegue de una red de acceso en la zona objetivo de este estudio?. 5. ¿Cuáles de las tecnologías de redes acceso de banda ancha presentan compatibilidad con las líneas de desarrollo establecidas por ETECSA? 6. ¿Cuáles son las principales características y principios de funcionamiento de la tecnología escogida para la propuesta de diseño? 7. ¿Es factible económicamente el montaje y operación de la red de acceso de banda ancha en la zona seleccionada? 8.. ¿Qué herramienta de software permiten la simulación de una red de acceso de banda ancha mediante la tecnología seleccionada?. 9. ¿La propuesta de red confeccionada da solución al problema existente? Organización del Informe Este documento se estructura en introducción, capitulario, conclusiones, recomendaciones y referencias bibliográficas. En el Capítulo I, “Tecnologías comerciales para redes de acceso de banda ancha”, se analiza primeramente la situación actual de la red de telecomunicaciones de ETECSA en la ciudad de Santa Clara y más detalladamente la existente en la zona Camacho-Libertad, fundamentándose la imposibilidad de usar las tecnologías anteriormente utilizadas para el despliegue de este tipo de redes, por sus limitaciones y desventajas, además se expondrán brevemente las principales características de las tecnologías comerciales disponibles para el montaje de este tipo de redes y en base a los requerimientos demandados se selecciona la más adecuada. En el Capítulo 2, “Estudio de las redes ópticas pasivas”, se realiza un estudio de las, principales características, principios de funcionamiento y variantes disponibles de la tecnología y se selecciona la variante xPON más adecuada para constituir el núcleo de la red de acceso de banda ancha. En el Capítulo 3, “Diseño y simulación”, se realiza el diseño de la red de acceso escogiendo entre los dos principales proveedores de ETECSA (Alcatel-Lucent y Huawei) el equipamiento más adecuando para la red, se realizan los cálculos teóricos de la red en base.

(16) INTRODUCCIÓN. 4. a los datos recogidos en las principales recomendaciones de la UIT vigentes, se simula en base a los parámetros brindados por los fabricantes de los equipamientos y los datos reales recogidos en la zona. En las conclusiones se realiza una comparación entre los resultados obtenidos mediante los cálculos teóricos con los obtenidos mediante simulación, para comprobar la factibilidad y desempeño del diseño. En las recomendaciones se mencionan aquellos aspectos que puedan enriquecer y perfeccionar el diseño realizado para futuras investigaciones..

(17) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 5. ANCHA. CAPÍTULO 1. Tecnologías comerciales para redes de acceso de banda ancha.. La Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A. (ETECSA) surge como una necesidad estratégica del gobierno cubano a principios de los años 90 del pasado siglo para la actualización, desarrollo y centralización de los servicios de telecomunicaciones en nuestro país, los cuales anteriormente estaban atendidos por 14 empresas de telecomunicaciones (ETECSA, 2015). Esta entidad es la encargada de brindar una gama amplia de servicios en el territorio nacional, entre los que encontramos: telefonía básica (nacional e internacional), conducción de señales (nacional e internacional), transmisión de datos (nacional e internacional), teletipo (nacional e internacional), telecomunicaciones móviles terrestres, cabinas y estaciones telefónicas públicas, acceso a Internet, telecomunicaciones de valor agregado, radiocomunicación móvil troncalizado y provisión de aplicaciones en entorno Internet (ETECSA, 2015). La infraestructura existente en la ciudad de Santa Clara resulta insuficiente para asimilar los futuros crecimientos en cuanto al número de clientes tanto de telefonía básica como de datos (incluyendo la incapacidad de aumentar el ancho de banda dedicado a datos contratado a un cliente si este lo demandara). Existen zonas críticas donde la infraestructura se encuentra saturada o es inexistente, entre las zonas con infraestructura totalmente saturada tenemos a Camacho-Libertad y en la categoría de zonas donde la infraestructura es inexistente tenemos al reparto José Martí. En el mercado internacional coexisten una amplia gama de tecnologías (tanto alámbricas como inalámbricas) para el despliegue de redes de banda ancha, en el epígrafe 1.3 se.

(18) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 6. ANCHA. abordaran aquellas que presenten más posibilidades para su implementación en el contexto urbano y estén en concordancia con los planes a largo plazo de ETECSA (Sánchez., 2013). 1.1. Análisis de la red de telecomunicaciones existente en la ciudad de Santa Clara.. Con la creación en 1994 de la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba (ETECSA) S.A, en conjunto con la italiana STET, se dio un importante paso en cuanto a la organización y puesta en funcionamiento de una nueva infraestructura en los servicios de telefonía (fija y móvil) y transmisión de datos. ETECSA dirigió sus principales acciones a la modernización de la obsoleta red de transmisión nacional con la construcción del Sistema Nacional de Transmisión por Fibra Óptica, además de comenzar a sustituir el equipamiento obsoleto, y comenzar el proceso para lograr una completa digitalización de la telefonía(ETECSA, 2015). ETECSA cuenta con varias redes de transporte implementadas en toda la isla (Red de Cable Coaxial, Red de Enlaces por Microondas y Red de Fibra Óptica). De todas ellas la más utilizada es la Red de Fibra Óptica por el gran ancho de banda que brinda, esta red posee uno de sus nodos principales en la ciudad de Santa Clara(Sánchez., 2013). El nodo de transporte principal de la provincia está situado en la ciudad de Santa Clara (Edificio Centro Telefónico Santa Clara, situado cerca del Parque Vidal), formado por varios equipos alrededor de un OSN7500, el cual constituye el núcleo del nodo. La comunicación con los restantes nodos de transporte se realiza mediante Fibra Óptica generalmente. En la figura 1.1 puede observarse un esquema de la red de transporte nacional centrado en la parte central de Cuba. En la ciudad existe uno de los nodos principales del backbone (llamados comúnmente nodos P) de la red IP/MPLS (Protocolo de Internet/Conmutación Multiprotocolo por etiquetas.) nacional, teniendo como núcleo un equipo Huawei Quidway 40x, el cual se encuentra conectado mediante la red de transporte nacional a los nodos de Cienfuegos, Matanzas, Camagüey, Holguín y los existentes en los edificios Luz y Águila en Ciudad de la Habana. Como se muestra en la figura 1.2, la red de transporte nacional únicamente es utilizada por la red de datos para el enlace entre los nodos del backbone, las conexiones con los nodos de datos dentro de la provincia se realizan mediante enlaces y equipos propios..

(19) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 7. ANCHA. Fig.1.1: Esquema de la red de transporte nacional por Fibra Óptica, enmarcados en la provincia de Villa Clara (adaptada de(Gonzalez, 2015)).. Fig.1.2: Esquema de la red de datos provincial de Villa Clara.(Modificada de (Alberto Torres Rodrígues, 2014))..

(20) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 8. ANCHA. A este equipo Huawei Quidway 40x se encuentran conectados varios routers de borde (PE) encargados de servir como adaptadores de tráfico a los nodos del backbone, a los equipos PE son conectados directamente por Fibra Óptica los usuarios más grandes (Radio Cuba, Universidad “Martha Abreu” de las Villas, etc.) o los DSLAM (Multiplexor de línea de acceso de abonado digital) a los cuales se conectan los switch a los que posteriormente se conectaran los demás usuario haciendo uso de módems telefónicos o de tecnología xDSL (línea de abonado digital). La red metropolitana encargada de brindar los servicios de datos contratados está formada por cinco nodos situados en diferentes puntos de la capital provincial (Universidad Central “Martha Abreu” de las Villas, Zona Hospitalaria, Camacho-Libertad, Comunidad Base Aérea y Zona Industrial) conectados por fibra óptica al nodo principal, actualmente existen instalados un total de 1059 capacidades para servicios de datos de las cuales: 307 corresponden a capacidades con tecnología SHDSL (Línea digital de abonado de un solo par de alta velocidad), 672 corresponden a capacidades con tecnología ADSL (Línea de abonado digital asimétrica) y 80 a módems con tecnología telefónica conmutada. De las capacidades instaladas actualmente solamente están en uso el 47,49% (503 usuarios), dentro de estas más de la mitad (327) corresponden a enlaces con tecnología ADSL (Alberto Torres Rodrígues, 2014). El equipamiento utilizado en la red de datos actual es en su mayoria de procedencia china y francesa-belga, destacando proveedores como Alcatel-Lucent, Tellindus/One Access, Huawei, TP-Link y SpeedTouch. En cuanto a servicios telefónicos, la provincia Villa Clara cuenta con una central digital Alcatel 1000E10 y 24 URAs (Unidad Remota de Abonados) Alcatel-Lucent asociadas y 18 centrales telefónicas analógicas ATZ 64, además cuenta como soporte de los servicios móviles 15 BTS, de ellas 14 con tecnología GSM (Sistema global para las comunicaciones móviles) y la restante con tecnología TDMA (Digital-Advanced Mobile Phone System). En total cuenta con 46 sitios de conmutación 28 digitales y 18 analógicos (Gonzalez, 2015)..

(21) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 9. ANCHA. En la ciudad se encuentran instaladas 21827 líneas telefónicas, de las cuales 21660 se encuentran en uso actualmente, presentando un 99,23% de ocupación. El 94,81% (20696) de estas líneas corresponden a abonados analógicos, conjuntamente con 958 estaciones públicas. 1.2. Problemática existente en la zona Camacho-Libertad.. En la zona Camacho-Libertad de la capital Villaclareña se encuentra instalada una URA Alcatel-CSN MM con 992 líneas telefónicas, de ellas se encuentran en activo 981, para un porciento de ocupación del 99%, en el apartado de los servicios de datos presenta un equipamiento formado por un Tellindus CN4 conjuntamente con un DSLAN 7356, donde se encuentran instaladas 28 puertas SHDSL, y 48 puertas ADSL. De las cuales solo 4 están siendo utilizadas en la actualidad (2 SHDSL y una ADSL) para un 4% de ocupación.(Gonzalez, 2015) Entre las principales dificultades que limitan la expansión de la red de telecomunicaciones en dicha zona está la saturación de la URA existente, la cual se encuentra a un 99% de ocupación, valor por encima de lo recomendado por el fabricante, el bajo ancho de banda de comunicación entre la URA y la central provincial (6 flujos E1), y la baja cantidad de capacidades para enlaces de datos que pueden ser atendidos por la tecnología actual instalada. 1.3. Tecnologías anteriormente utilizadas por ETECSA para desplegar redes de acceso de banda ancha en entornos urbanos.. La Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A., desde su fundación en 1994 ha englobado una amplia gama de servicios de telecomunicaciones en el territorio nacional, incluyendo los servicios de conducción de señales, transmisión de datos y acceso a Internet. Desde mediados de la década del 90 oferta servicios de transmisión y conducción de datos a sus usuarios (fundamentalmente empresas o instituciones de relevancia social) mediante redes RDSI o tecnología xDSL. Actualmente en la ciudad de Villa Clara existen alrededor de 830 usuarios (CIMEX, MININT, Radio Cuba, UCLV, etc.) que hacen uso de los servicios de transmisión de datos, dichos usuarios se encuentran conectados mediante módems telefónicos (56 Kbps) y módems de tecnología xDSL, usando las variantes ADSL y SHDSL..

(22) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 10. ANCHA. Los enlaces y equipamientos instalados actualmente en la ciudad no satisfacen la demanda creciente de aumentos en los anchos de banda contratados, ya que una gran parte de estos usuarios hacen uso o brindan servicios que demandan velocidades de transmisión más altas que las contratadas (Acceso a Bases de datos, videoconferencia, etc.).Sumado a esto existen un número creciente de clientes potenciales (Red Bancaria, Red Cuba, etc.), a los cuales actualmente no se les puede bridar servicio por falta de infraestructura (Sánchez., 2013). La opción de brindar servicio a los usuarios, haciendo uso de las soluciones anteriormente utilizadas por ETECSA (POTS (Plain Old Telphone System) y xDSL), para las condiciones actuales de la zona Camacho-Libertad no resultan adecuadas, debido a que: . Para implementar estas tecnologías sería necesario el despliegue de un nuevo cable de fibra óptica entre la central telefónica de Santa Clara y el edificio de la Central Telefónica de Camacho-Libertad para aumentar el ancho de banda global del sistema.. . Sería necesario la adquisición de equipamiento que permita el aumento en el número de usuarios.. . Por razones prácticas se impone la reutilización del cableado telefónico existente en la zona por lo cual las variantes de la tecnología xDSL a comercializar deberían ser principalmente ADSL y SHDSL.. . Estas tecnologías (ADSL y SHDSL) aun contando con el equipamiento más moderno disponible en el mercado están limitadas a pequeños anchos de banda por abonado.. . No sería factible brindarle servicio a abonados que requiriesen anchos de banda mayores a los disponibles con las tecnologías xDSL.. . En el momento en que ETECSA comercialice los servicios de Internet a usuarios residenciales, video bajo demanda y otros servicios de valor agregado (acceso a bases de datos, video vigilancia vía IP, PBX virtual, etc.), estas redes no serán capaces de manejar este aumento del tráfico.. Por todo lo anteriormente expuesto surge la necesidad de buscar tecnologías alternativas más flexibles, que brinden al mismo tiempo un aumento considerable en los anchos de banda y en la cantidad de usuarios a los que se les puede brindar servicios y permitan en gran medida reutilizar las redes existentes..

(23) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 11. ANCHA. 1.4. Tecnologías comerciales para el despliegue de redes de acceso de banda ancha. En 1988 a nivel internacional comienza el auge de los sistemas de banda ancha como un servicio o sistema que requiere canales de transmisión capaces de soportar razones superiores a la razón primaria de datos la cual es 1.55 Mbps para la norma americana o 2.048 Mbps para la norma europea (Vivian Yelene Bisbé Vidal 2011). La banda ancha es un concepto relativo que varía en el tiempo y para cada realidad. Por consiguiente, es entendida como el conjunto amplio de tecnologías que han sido desarrolladas para soportar, sobre la misma red, la prestación de servicios interactivos e innovadores, con la característica del siempre en línea (always on), permitiendo a los operadores ofrecer servicios tales como: Internet de alta velocidad (HSI, High Speed Internet), voz sobre el Protocolo de Internet (VoIP, Voice over Internet Protocol) y servicios de video, tales como televisión sobre el Protocolo de Internet (IPTV, Internet Protocol TV) y video a pedido (VoD, Video on Demand)(ISLAS, 2006). A continuación se presentaran las tecnologías de redes de banda ancha existentes en el mercado que han sido consideradas en la realización de este estudio, las cuales cumplen con la mayoría de los requisitos tecnológicos demandados .Se han omitido algunas tecnologías por presentar inconvenientes en su implementación (Inexistencia de proveedores, elevados coste, etc.). Las tecnologías escogidas para su análisis son agrupadas en dos grandes grupos en función del soporte físico que emplean: el primer grupo está conformado por las tecnologías de redes inalámbricas y el segundo grupo está conformado por las tecnologías de redes alámbricas. Para su mejor comprensión se han dividido los análisis de las tecnologías en los epígrafes 1.5 y 1.6, centrándose el primero en las tecnologías inalámbricas y el segundo en las tecnologías alámbricas. El análisis de cada una de ellas adopta una estructura común con los siguientes apartados:.

(24) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 12. ANCHA. . Recomendaciones o estándares que la definen.. . Principales características.. . Ventajas y desventajas a la hora de la implementación en un medio urbano.. . Disponibilidad de proveedores.. 1.5. Redes inalámbricas. El término red inalámbrica (Wireless network) es un término que se utiliza para designar la conexión de nodos sin necesidad de una conexión física (cables), ésta se da por medio de ondas electromagnéticas. La transmisión y la recepción se realizan a través de puertos virtuales. Una de sus principales ventajas es notable en los costos, ya que se elimina todo el cableado y las conexiones físicas entre nodos, pero también tiene una desventaja considerable ya que para este tipo de red se debe tener una seguridad mucho más exigente y robusta para evitar a los intrusos. Las tecnologías escogidas para su análisis en este epígrafe son: WLAN (Wireless LAN), (WIMAX (interoperabilidad mundial para acceso por microondas), FSO (Redes Ópticas por espacio Libre) y LTE (Redes Long Tern Evolution)), destacando como las tecnologías que poseen un mejor desempeño, mayor número de proveedores y una mejor inmunidad ante las interferencias en entornos urbanos. 1.5.1 Redes WLAN El grupo de protocolos IEEE 802.x definen la tecnología de redes de área local. Dentro de este grupo de protocolos, la norma IEEE 802.11 es el estándar de comunicaciones que define el uso de la capa física y de enlace de datos especificando el funcionamiento en redes inalámbricas (WLAN).(UIT-T, 2013). Básicamente este tipo de tecnología puede utilizarse para la creación de dos tipos de arquitecturas de red: Para establecer redes ad-hoc, esto es, redes cerradas donde un grupo de terminales próximos se comunican entre sí sin acceso a redes externas, por ejemplo un grupo de usuarios en una sala de reuniones y para crear redes de acceso inalámbricas donde uno o varios terminales se comunican con un equipo denominado punto de.

(25) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 13. ANCHA. acceso, a través del cual pueden acceder a redes externas (Manuel Alvares Campana 2009). Esta tecnología se caracteriza por presentar velocidades de transmisión que van desde los 5 Mbps hasta los 600 Mbps (dependiendo del estándar utilizado), incluye garantías de Calidad de Servicio (QoS), mejorando así el soporte del tráfico en tiempo real en todo tipo de entornos y situaciones que posee el grupo de protocolos 802.11. Utiliza las frecuencias de 2.4 y 5 GHz (IEEE, 2015a). Las redes WLAN poseen una serie de ventajas para el despliegue de una red de banda ancha ya que al ser redes inalámbricas, la comodidad que ofrecen es muy superior a las redes cableadas porque cualquiera que tenga acceso a la red puede conectarse desde distintos puntos dentro de un rango suficientemente amplio de espacio .Una vez configuradas, las redes WLAN permiten el acceso de múltiples ordenadores sin ningún problema ni gasto en infraestructura, ni gran cantidad de cables (UIT-T, 2013). Como red inalámbrica, la tecnología WLAN presenta los problemas intrínsecos de cualquier red de esta tecnología. Entre los que destacan la menor velocidad en comparación a una conexión cableada, debido a las interferencias y pérdidas de señal que el ambiente puede acarrear, problemas de seguridad y además presentan falta de compatibilidad con otros tipos de conexiones sin cables como Bluetooth (variante de las Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN)), GPRS (servicio general de paquetes vía radio), UMTS (Sistema universal de telecomunicaciones móviles), etc. Existen varias alternativas para garantizar la seguridad de estas redes. Las más comunes son la utilización de protocolos de cifrado de datos para los estándares WLAN como el WEP(Privacidad Equivalente a Cableado), WAP(protocolo de aplicaciones inalámbricas), WAP2 o IPSEC (Protocolo de seguridad de Internet) que se encargan de codificar la información transmitida para proteger su confidencialidad, proporcionados por los propios dispositivos inalámbricos , el tema de la seguridad se complejiza mucho debido a que no se puede controlar el área de cobertura de una conexión, de manera que un receptor no autorizado se puede conectar desde fuera de la zona de recepción prevista..

(26) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 14. ANCHA. Los dos principales proveedores de equipamiento de ETECSA, Huawei y Alcatel-Lucent comercializan equipos para este tipo de red. 1.5.2 Redes WIMAX. Las Redes WIMAX (Interoperabilidad mundial para acceso por microondas), es una tecnología dentro de las conocidas como tecnologías de última milla, que permiten la recepción de datos por microondas y retransmisión por ondas de radio. El estándar que define esta tecnología es el IEEE 802.16. Los componentes básicos de la estructura de una red WIMAX son la estación de abonado y las estaciones clientes, las cuales pueden ser fijas o móviles en dependencia del protocolo que implementen (IEEE 802.16d o IEEE 802.16e)(IEEE, 2015b). Dentro de las principales características de esta tecnología están que opera en las frecuencias de 2,3 a 3,5 GHz, puede tener una cobertura de hasta 80 km con antenas muy direccionales y de alta ganancia, velocidades de hasta 75 Mbit/s, 35+35 Mbit/s, siempre que el espectro esté completamente limpio, anchos de banda configurables y no cerrados, sujetos a la relación de espectro(Li et al., 2009). Actualmente se recogen dos variantes principales dentro del estándar IEEE 802.16: (como se muestra en la figura 1.3) una de acceso fijo (IEEE 802.16d), en el que se establece un enlace radio entre la estación base y un equipo de usuario situado en el domicilio del usuario. Para el entorno fijo, las velocidades teóricas máximas que se pueden obtener son de 70 Mbit/s con un ancho de banda de 20 MHz. Sin embargo, en entornos reales se han conseguido velocidades de 20 Mbit/s con radios de célula de hasta 6 km, ancho de banda que es compartido por todos los usuarios de la célula. Y otra de movilidad completa (IEEE 802.16e), que permite el desplazamiento del usuario de un modo similar al que se puede dar en GSM/UMTS(Sistema. global. para. las. comunicaciones. móviles/Universal. Mobile. Telecommunications System)(IEEE, 2012). Pero toda tecnología tiene sus pros y sus contras, WiMax no es la excepción, entre sus ventajas destacan: Independencia de las grandes operadoras de brindar servicio de voz e Internet a gran parte de los consumidores, brindar cobertura al servicio de Internet a lugares.

(27) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 15. ANCHA. inaccesibles, y aligerar los estudios teóricos de cobertura, ya que son más simples y no se precisan herramientas caras y licenciadas.. Fig.1.3: Esquema de una red WIMAX(tomado de (PAULA ANDREA CARMONA GIRALDO, 2009)). Algunos inconvenientes que presenta son: Si el usuario opta por la banda libre, algunos proveedores pueden desaparecer o ser vendidos a terceros, si se opta por la banda licenciada se va tener una dependencia de quienes tienen dicha licencia y por tanto los precios son mucho mayores, y dependiendo del producto que se elija se tienen que instalar algunos equipos y esto conllevaría a un gasto mayor de electricidad y el correspondiente mantenimiento de los mismos. WIMAX funciona en gran medida de forma similar a WLAN pero a velocidades más elevadas, mayores distancias y para un mayor número de usuarios, lo que lo hace idóneo para brindar acceso de banda ancha a las áreas suburbanas y rurales de muy difícil acceso, no así para entornos urbanos donde las interferencias electromagnéticas son comunes y el espectro se encuentra muy congestionado..

(28) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 16. ANCHA. De los dos principales proveedores de equipamiento de ETECSA, Huawei y Alcatel-Lucent, solo el primero comercializa equipos para este tipo de red. 1.5.3 Redes FSO. Las redes ópticas de espacio libre (FSO, siglas en inglés de free-space optical), es una tecnología de comunicación óptica que utiliza la propagación de la luz (visible o infrarroja) en la atmósfera para transmitir información entre dos puntos. Al igual que las redes de fibra óptica, esta tecnología utiliza un diodo emisor de luz o un láser como fuente de transmisión, aunque no necesita que el haz de luz sea guiado a través de cables ópticos. Para su recepción, estos haces de luz operan en la parte de los Tera Hertz del espectro. Para recibir la señal, los haces de luz se centran en un lente de recepción conectada a un receptor de alta sensibilidad a través de un cable de fibra óptica. Típicamente esta tecnología se utiliza para conexiones LAN-to-LAN en Campus con velocidades de Fast Ethernet o Gigabit Ethernet, conexiones LAN-to-LAN en una ciudad (Red de área metropolitana) y para las comunicaciones entre naves espaciales, incluidos los elementos de una constelación de satélites. Entre las ventajas presentes se cuentan su fácil instalación, sus altas tasas de transmisión de bits, las bajas tasas de error a nivel de bits, su inmunidad a las interferencias electromagnéticas y su operación completamente full dúplex. El rango máximo de enlaces terrestres es del orden de 2.3 km, pero la estabilidad y la calidad del enlace es altamente dependiente de factores como la dispersión de Rayleigh, el esparcimiento de Mie, la absorción atmosférica, la lluvia, la nieve, la niebla, el polvo, las turbulencias y las fuentes de calor, etc.. En el espacio exterior, el alcance de las comunicaciones ópticas por espacio libre en la actualidad es del orden de varios miles de kilómetros, pero tiene el potencial de alcanzar distancias interplanetarias de millones de kilómetros, utilizando telescopios ópticos como expansores de haz. Estos factores (en aplicaciones terrestres) causan una atenuación en la señal recibida y produce un alto ratio de error. Para solucionar estas desventajas, los fabricantes han encontrado algunas soluciones, como las arquitecturas de rayos múltiples (multi-haz), que.

(29) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 17. ANCHA. pueden utilizar más de un dispositivo para él envió de señales o más de un dispositivo recibidor. Los dos principales proveedores de equipamiento de ETECSA, Huawei y Alcatel-Lucent comercializan equipos para este tipo de red. 1.5.4 Redes LTE. LTE (o 4G) es un nuevo estándar dentro de la norma 3GPP(Proyecto Asociación de Tercera Generación). Definida como un nuevo concepto de arquitectura evolutiva a partir de las redes de comunicaciones móviles basado. en la norma 3GPP/UMTS (Universal Mobile. Telecommunications System). Los componentes fundamentales del sistema LTE son, por un lado, la nueva red de acceso E-UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) y su nuevo dominio de paquetes de la red troncal EPC (Envolver Packet Core), y por otro, la evolución del subsistema IMS (IP Multimedia Subsystem) concebido inicialmente en el contexto de los sistemas UMTS (Manuel Alvares Campana 2009). Un aspecto clave para el logro de las elevadas tasas de bit propuestas ha sido la selección de las tecnologías radio adecuadas. En este sentido, en el desarrollo del LTE se acordó abandonar WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) y apostar por el empleo de OFDMA (Orthogonal frequency Division Multiple Access) y MIMO (Multiple Input, Multiple Output). Esta selección va acompañada de la posibilidad de utilizar un ancho de banda flexible entre 1,25 MHz y 20 MHz. La elección de OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) para el camino descendente de LTE debido a la posibilidad de utilizar portadoras de mayor ancho de banda, ya que si se mantuviera la canalización actual de 5 MHz, no habría diferencias importantes en capacidad y eficiencia entre OFDM y WCDMA/HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access). Con todo ello, se consigue alcanzar caudales máximos de hasta 100 Mbit/s en bajada y 50 Mbit/s en subida. Esto supone multiplicar por 2-3 veces (dependiendo de la configuración utilizada) la eficiencia espectral que presenta actualmente la revisión 6 de HSPA(Dahlman et al., 2013), (Astely et al., 2013)..

(30) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 18. ANCHA. Esta tecnología tiene como ventajas principales, ofrecer mayor alcance y cobertura, mayor ancho de banda y una mayor cantidad de servicios prestados, por primera vez se hace planificación en frecuencia analizando el comportamiento del canal y se asignan al usuario los bloques que tengan mejores condiciones, la codificación de los esquemas se realiza para maximizar el rendimiento. Presenta los inconvenientes de que la arquitectura estandarizada está en plena migración del CS (Circuit Switch) empleado para la voz y que el PS (Packet Switch) usado para la transmisión de datos es más elevado que el utilizado por las redes WIMAX. Otro inconveniente seria la convergencia de voz a conmutación de paquetes e IP donde el usuario de voz es el mayoritario y no se quiere migrar la voz a IP sin asegurarse de la calidad del servicio(Ghosh et al., 2010). Los dos principales proveedores de equipamiento de ETECSA, Huawei y Alcatel-Lucent comercializan equipos para este tipo de red. Destacando Huawei como una de las empresas que lidera la comercialización de equipos para LTE. 1.6. Redes alámbricas. Las redes fijas o alámbricas son las que permiten una comunicación entre nodos interconectados por medios físicos, generalmente son las más idóneas cuando se necesita trabajar con grandes volúmenes de datos. Los tipos de redes escogidas para su análisis en este epígrafe son: las de tecnologías xDSL (x-Digital Subscriber Line), tecnología Metro Ethernet y tecnologías xPON (Redes ópticas Pasivas)), destacando como las tecnologías que presentan las más altas velocidades, niveles de fiabilidad y seguridad y disponibilidad de proveedores. 1.6.1 Redes xDSL. Bajo las siglas xDSL se agrupan un conjunto de tecnologías que, utilizando códigos de línea y técnicas de modulación adecuados, permiten transmitir regímenes de datos de alta velocidad sobre el par trenzado telefónico. Entre las tecnologías que componen esta familia están: ADSL (Línea de abonado digital asimétrica)con todas sus variantes, SDSL (Línea de abonado digital simétrica), IDSL (Línea de abonado digital ISDN), HDSL (Línea de abonado digital de alta velocidad), SHDSL.

(31) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 19. ANCHA. (Línea digital de abonado de un solo par de alta velocidad), y VDSL (Línea de abonado digital de muy alta tasa de transferencia) con todas sus variantes(Agustín Graf, 2015). La principal ventaja que presenta esta tecnología además de las altas tasas de transferencia es la reutilización del cableado telefónico existente, esto se consigue mediante una modulación de las señales de datos en una banda de frecuencias más alta que la utilizada en las conversaciones telefónicas convencionales (300-3400 Hz), función que realiza el enrutador DSL. Para evitar distorsiones en las señales transmitidas, es necesaria la instalación de un filtro (llamado splitter o discriminador) que se encarga de separar la señal telefónica convencional de las señales moduladas de la conexión mediante xDSL(Ronny Salomon, 2009). La velocidad de bits de los servicios del cliente DSL varía normalmente de 256 kbit/s hasta 25 Mbit/s, dependiendo de la tecnología DSL, condiciones de la línea, y la aplicación de la calidad de servicio (QoS)(UIT-T, 2015). En la tabla 1.1 se observa, por familias, como es el desempeño de estas tecnologías xDSL según el rango de cobertura en kilómetro, así como la velocidad en Mbps para cada distancia. Variante xDSL. BW Bajada. BW Subida. IDSL HDSL SDSL ADSL2+ SHDSL VDSL. 56,64,128,144 kbps 2 Mbps 160 kbps – 1.1 Mbps 1.5 Mbps – 24 Mbps 384 kbps – 4.8 Mbps 13 Mbps – 52 Mbps. 56,64,128,144 kbps 2 Mbps 160 kbps – 1.1 Mbps 1 Mbps 384 kbps – 4.8 Mbps 1.5 Mbps – 3 Mbps. Distancia Máxima 1 km 2 km 3 km 3 km 4.8 km 1 km. Tabla 1.1: Tabla comparativa entre las diferentes tecnologías xDSL.(Tomada de (PAULA ANDREA CARMONA GIRALDO, 2009)). Los dos principales proveedores de equipamiento de ETECSA, Huawei y Alcatel-Lucent comercializan equipos para este tipo de red. 1.6.2 Redes Metro Ethernet. Las Redes Metro Ethernet, son arquitecturas tecnológicas destinadas a suministrar servicios de conectividad MAN/WAN (Red de Área Metropolitana/Red de área amplia) de nivel 2, a través de nodos Ethernet. Estas redes denominadas "multiservicio", soportan una amplia.

(32) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 20. ANCHA. gama de servicios y aplicaciones, contando con mecanismos donde se incluye soporte a tráfico "RTP" (tiempo real), como puede ser Telefonía IP y Video IP (MORGADO, 2012). Estas redes están soportadas principalmente por medios de transmisión guiados, como son el cobre (MAN BUCLE) y la fibra óptica, existiendo también soluciones de radio licenciada, los caudales proporcionados son de 10 Mbit/s, 20 Mbit/s, 34 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s y 10 Gbit/s (MORGADO, 2012). Entre los principales beneficios que Metro Ethernet ofrece, están la presencia y capilaridad prácticamente "universal" en el ámbito metropolitano, en especial gracias a la disponibilidad de las líneas de cobre, una muy alta fiabilidad, ya que los enlaces de cobre certificados Metro Ethernet, están constituidos por múltiples pares de en líneas de cobre (MAN BUCLE) y los enlaces de Fibra Óptica, se configuran mediante Spanning tree (activo-pasivo) o LACP (caudal Agregado), presentan un fácil uso ya que se simplifica las operaciones de red, administración, manejo y actualización , en cuanto al tema de los costos esta tecnología reducen el capital de suscripción y operación de tres formas: . Se emplean interfaces Ethernet que son la más difundidas para las soluciones de Networking de bajo costo.. . Los servicios Ethernet ofrecen un bajo costo en la administración, operación y funcionamiento de la red y ancho de banda.. . Y por último los servicios Ethernet permiten a los usuarios acceder a conexiones de banda ancha a menor costo(Halabi, 2013).. Los dos principales proveedores de equipamiento de ETECSA, Huawei y Alcatel-Lucent comercializan equipos para este tipo de red. 1.6.3 Redes xPON. Una red óptica pasiva (Passive Optical Network, conocida como PON) permite eliminar todos los componentes activos existentes entre el servidor y el cliente introduciendo en su lugar componentes ópticos pasivos (divisores ópticos pasivos) para guiar el tráfico por la red. La utilización de estos sistemas pasivos reduce considerablemente los costes y son utilizados principalmente en las redes con arquitectura FTTC (Fiber To The Corner) fibra.

(33) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 21. ANCHA. hasta la esquina, FTTN (Fiber To TheNode) fibra hasta un nodo y FTTH (Fiber To The Home) fibra hasta la casa (CECILIO, 2007). Una red óptica pasiva está formada básicamente por: un módulo OLT (Optical Line Terminal- Unidad Óptica Terminal de Línea) que se encuentra en el nodo central, un divisor óptico (splitter) y varias ONUs u ONT (Optical Network Unit- Unidad Óptica de Usuario) que están ubicadas en el domicilio del usuario (Sánchez., 2013). Dentro de las tecnologías xPON se encuentran agrupadas las variantes: APON (ATM ((Modo de Transferencia Asincrónico) Red Óptica Pasiva), BPON (Broadband PON - Red Óptica Pasiva de Banda Ancha), GPON (Red Óptica Pasiva compatible Gigabit), EPON (Red Óptica Pasiva compatible Ethernet) y 10G-EPON (Red Óptica Pasiva compatible Ethernet 10G) (Yagüe, 2013). Entre las características distintivas de esta tecnología se encuentran: velocidades de transmisión altas (155Mbps-10Gbps) tanto en canales ascendentes como descendentes (en dependencia de la configuración simétrica o asimétrica escogida y la variante utilizada), la utilización de métodos multiplexación por longitudes de onda (WDM), multiplexación por división de tiempo (TDM) o una mezcla de ambos (TDM-WDM) (en dependencia de la variante utilizada), la utilización de láseres clase B y C (en dependencia de la variante utilizada) y rangos de cobertura de hasta 20 km (Yagüe, 2013). Por lo anterior expuesto se llega a la conclusión de que entre las principales ventajas de la tecnología xPON sobre las demás tecnologías están: aumento de la cobertura hasta los 20 Km (desde la central).Ofrecer mayor ancho de banda para los usuarios. Una mejora considerable en la calidad del servicio y simplificación de la red debido a la inmunidad que presentan a los ruidos electromagnéticos. La minimización del despliegue de fibra óptica gracias a su topología, una reducción del consumo eléctrico gracias a la simplificación del equipamiento y bajos costos económicos de operación y mantenimiento. Los dos principales proveedores de equipamiento de ETECSA, Huawei y Alcatel-Lucent comercializan equipos para este tipo de red..

(34) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 22. ANCHA. 1.7. Comparaciones entre las tecnologías analizadas en el epígrafe 1.5 y 1.6. En los últimos años, la Sociedad de la Información ha experimentado un rápido desarrollo, debido, en gran parte a la aparición de nuevos servicios, que demandan un gran ancho de banda y a la tendencia a la unificación de las redes de telecomunicaciones. En nuestro país la empresa que se encarga de prestar los servicios de telecomunicaciones a los abonados residenciales y empresariales es ETECSA, por tanto es necesario seguir las líneas de desarrollo establecidas por esta empresa, las cuales se centran en la masificación del número de abonados y en el abaratamiento de los servicios, por tanto la selección de la tecnología debe estar acorde a estos dos planteamientos. De las tecnologías alámbricas e inalámbricas abordadas en los epígrafe 1.5 y 1.6 la que destaca como la alternativa de mayor viabilidad de acuerdo con los requerimientos de ancho de banda, disponibilidad de proveedores, costos de implementación y explotación, seguridad y adaptación a los planes a largo plazo de ETECSA son las redes Ópticas Pasivas. Si a los aspectos anteriores agregamos que ya entre la URA existente en la zona Camacho-Libertad y el edificio de la Central Telefónica Santa Clara (cito en las inmediaciones del Parque Vidal) se encuentra desplegado un cable de fibra óptica, estaríamos en presencia de un escenario completamente listo para poder desplegar una red multi-servicios de banda ancha. Estas redes (xPON) brindan la flexibilidad necesaria para el despliegue de múltiples redes de acceso paralelas en ambientes urbanos, al permitir su integración con otras tecnologías como las POTS o xDSL con lo que se garantiza al mismo tiempo la reutilización de las redes de cobres existentes y un considerable aumento en los anchos de banda y cantidad de abonados. Adicionalmente permite comercializar anchos de banda que van desde los 128 Kbps hasta los 2.5 Gbps, en dependencia del tipo de enlace con que se le brinde acceso al abonado (ILLESCAS., 2012). 1.8. Consideraciones finales del Capítulo. El paulatino aumento en los anchos de bandas contratados a ETECSA y la incorporación de nuevos clientes (de servicios de datos y telefonía básica) en la zona Camacho-Libertad de la.

(35) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES DE ACCESO DE BANDA. 23. ANCHA. ciudad de Santa Clara demanda la implementación de una red de transporte de banda ancha flexible y fácilmente expandible. En este capítulo se realizó un recuento de las anteriores soluciones dadas a problemáticas similares por dicha empresa y se demostró la imposibilidad de resolver el problema actual con dichas variantes, por requerimientos de ancho de banda, velocidades de transmisión necesarias e imposibilidad de la incorporación de nuevos usuarios haciendo uso de la tecnología instalada actualmente. Por otra parte se estudiaron diferentes tecnologías de redes de banda ancha las cuales pueden ser empleadas en disímiles escenarios, resaltando las redes Ópticas Pasivas (PON), como una de las tecnologías más completa e integradora debido a sus múltiples ventajas, se puede realizar su implementación como una red nueva, pero además permite la convergencia con las diferentes tecnologías existentes para de esta forma dar solución a las demandas de ancho de banda y velocidad de transmisión requerida ..

(36) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DE LAS REDES ÓPTICAS PASIVAS. 24. CAPÍTULO 2. Estudio de las Redes Ópticas Pasivas.. Las redes basadas en las tecnologías xPON ofrecen, gracias a su alta confiabilidad y rendimiento, una solución viable, económica y competitiva al despliegue de una red de banda ancha en entornos urbanos. Dicha tecnología será abordada en profundidad en el transcurso de este capítulo. 2.1. Arquitectura de las Redes Ópticas Pasivas. Una red óptica pasiva (del inglés Passive Optical Network, conocida como xPON) permite eliminar todos los componentes activos existentes entre el servidor y el cliente introduciendo en su lugar componentes ópticos pasivos para guiar el tráfico por la red, siendo el divisor óptico o splitter el elemento principal (Vivian Yelene Bisbé Vidal 2011). El interés por este tipo de redes, nace a finales de los años 90’s, con la reducción del precio de la fibra óptica y la necesidad de brindar mayores y mejores prestaciones a los usuarios residenciales. Para esto se consideraron dos tipos de soluciones tecnológicas: las redes xPON y AON (Active Optical Network) las primeras con bajo consumo de potencia (equipos pasivos) y las segundas con equipos eléctricamente activos para la distribución de la señal y por tanto mucho más costosos en cuanto a montaje y mantenimientos. En la figura 2.3 se observa un esquema de una red xPON de acceso genérico, donde se distinguen sus partes fundamentales: Una Red de Distribución Óptica (ODN, Optical Distribution Network), la cual brinda la comunicación entre el módulo de terminación de línea óptica (OLT, Optical Line Termination) y el usuario, el módulo de terminación de OLT, que gestiona y controla el tráfico de la red y realiza la función de servir de puente entre la ODN y la red de transporte del proveedor de servicios, un divisor óptico pasivo que es el dispositivo que retransmite la señal óptica sin necesidad de alimentación externa,.

(37) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DE LAS REDES ÓPTICAS PASIVAS. 25. multiplexando y/o demultiplexando la señal y una o varias unidades de Red Óptica ONU (Optical Network Unit) o MDU (Distribuidor múltiple de usuario), que se definen como los elementos que actúa como vínculo entre el usuario y ODN.. Fig.2.3: Esquema de una óptica pasiva (Creación propia). 2.1.1. Equipo terminal de linea (OLT). Las OLT se clasifican en varios tipos, dependiendo de los estándares que soporten, estos pueden ser: ATM, GEM (Payload Header, Cabecera de Carga útil) y de modo Dual. Este se conecta a la red conmutada mediante interfaces normalizados. En el lado de la distribución, presenta interfaces de acceso ópticos de conformidad con las normas ITU-T G.983 (Rec) y ITU-T G.984 (UIT-T, 2003) que estandarizan parámetros de velocidad binaria, balance de potencia, fluctuación de fase, etcétera. La OLT consta de tres partes principales: la función de interfaz de puerto de servicio, la función de conexión cruzada y la interfaz de red de distribución óptica (ODN). En la figura 2.4 se detalla el esquema de un equipo OLT, así como el diagrama de bloques funcional que lo conforma..

(38) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DE LAS REDES ÓPTICAS PASIVAS. 26. Fig.2.4: Ejemplo de un equipo OLT, así como el diagrama de bloques funcionales. (Tomado de (Vivian Yelene Bisbé Vidal 2011)). 2.1.2 Red óptica de distribución (ODN) La ODN (como se muestra en la figura 2.5) comprende los cables de fibras ópticas, conectores ópticos, divisores pasivos, atenuadores ópticos pasivos y empalmes. Esta red es la encargada de conectar una OLT con una o más ONU/MDU mediante fibra óptica y splitters pasivos, usando además cajas de empalme, gabinetes, etcétera.. Fig.2.5: Esquema típico de una red óptica de distribución (ODN).(Tomado de (Vivian Yelene Bisbé Vidal 2011))..

(39) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DE LAS REDES ÓPTICAS PASIVAS. 27. Un elemento principal de esta red es el splitter el cual puede tener razón de Split que va desde 1:2 hasta 1:64 según la recomendación UIT-T G.983 (UIT-T, 2005) (aunque fabricantes como Alcatel-Lucent o Huawei ofertan equipos que soportan splitters con razones de 1:128) estos splitters introducen un grado de atenuación que oscila desde los 7,3 dB hasta los 20.9 dB. Los splitter ópticos son los elementos de la red que permiten la conexión punto a multipunto, permitiendo que las señales ópticas provenientes de una fibra puedan ser multiplexados o demultiplexados hacia uno o varios abonados o splitters. Una sola fibra conectada al OLT puede distribuirse y conectar hasta 64 ONU/MDU (Equipo para distribución múltiple de usuarios) diferentes según las recomendaciones.(Kani et al., 2009) 2.1.3 Unidad óptica de red (ONU) / Distribuidor múltiple de usuarios (MDU). Los equipos encargados de realizar la tarea de interfaz entre la ODN y el equipamiento del usuario es la MDU y la ONU, en la figura 2.8 se muestra un ejemplos de MDU/ONU y se exponen sus bloques constitutivos que son en lo esencial similares entre sí con la única diferencia que el ONU atiende a solo un usuario y el MDU atiende a múltiples usuarios y por consiguiente esta última requiere de un sistema de control más complejo, en principio son los mismos bloques constitutivos funcionales de la OLT. Ya que la ONU/MDU funciona con una única interfaz xPON (o un máximo de dos interfaces con fines de protección), puede omitirse la función de conexión cruzada. Sin embargo, para el manejo del tráfico, en lugar de esta función, se especifica la función MUX y DMUX de servicio. Cada TC xPON selecciona un modo de entre ATM, GEM y Dual.. Fig.2.8: Ejemplo de MDU/ONU y su diagrama de bloques funcionales típico.(Tomado de (Marcelo Abreu, 2009))..

(40) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DE LAS REDES ÓPTICAS PASIVAS. 28. 2.2. Topologías de Conexión. Debido a sus amplias potencialidades, las tecnologías xPON pueden aplicar varias topologías de conexión que variarán en dependencia de la situación del terreno según se muestra en la figura 2.13. Las topologías multipunto más utilizadas son: las de árbol, las de bus, las de anillo y las de tronco redundante.. Fig.2.13: Topologías de conexión de las redes xPON más utilizadas.(Tomada de(Vivian Yelene Bisbé Vidal 2011)) Como se puede apreciar en la figura 2.13 las redes PON pueden ser flexiblemente instaladas en cualquiera de estas topologías usando acopladores ópticos y divisores ópticos 1:N. Además, las redes PON pueden desplegarse en configuraciones redundantes tales como doble anillo o doble árbol; o la redundancia puede ser añadida a una sola parte de la red PON, es decir tronco del árbol.(Marcelo Abreu, 2009) 2.3. Principio de funcionamiento de las redes xPON. Una red con arquitectura xPON es una red capaz de ofertar servicios triple play, concepto que engloba a un único usuario a una conexión telefónica, televisión e Internet en un mismo paquete a través de una sola fibra por medio de un esquema de multiplexado por longitud de onda, dividiendo así cada uno de los servicios en una portadora óptica diferente. Todos los datos enviados desde la OLT hacia las MDU/ONU correspondientes a los servicios de voz y datos se envían asociados a la portadora óptica con longitud de onda 1490 nm (canal descendente), mientras que los datos enviados desde las MDU/ONU hacia la OLT son asociados a la portadora óptica con longitud de onda 1310 nm (canal ascendente). Los.

(41) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DE LAS REDES ÓPTICAS PASIVAS. 29. servicios de video (CATV-RF), se transmiten solamente en canal descendente (OLTMDU/ONU) asociado a la longitud de onda 1550 nm. Lo descrito anteriormente se detalla en la figura 2.8.. Fig.2.8: Principio básico de funcionamiento de una red xPON.(Tomado de (Vivian Yelene Bisbé Vidal 2011)). En canal descendente (como se muestra en la figura 2.9), una red xPON es una red puntomultipunto, donde la OLT transmite los datos a todas las ONU, utilizando un protocolo de difusión, a la hora de recibir los datos cada ONU/MDU filtra los datos recibidos (sólo se queda con aquellos que van dirigidos hacia él) y descifra la información debido a que por el tipo de arquitectura de red para proteger la confidencialidad se utiliza cifrado en la trasmisión de los datos. En canal ascendente una red xPON (como se observa en el esquema 2.10) es una red punto a punto donde las diferentes ONUs transmiten contenidos a la OLT. Por este motivo es necesario el uso de TDMA para que cada ONU envíe la información a diferentes instantes de tiempo, controlados por la unidad OLT. Se requiere un control de acceso al medio para evitar colisiones y para distribuir el ancho de banda entre los usuarios. Las redes ópticas pasivas además contemplan el problema de la distancia entre usuario y central; ya que un usuario cercano a la OLT necesita recibir menos potencia de señal para saturar su fotodiodo que un usuario que se encuentre más alejado. Al mismo tiempo, todos los usuarios se sincronizan a través de un proceso conocido como.

(42) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DE LAS REDES ÓPTICAS PASIVAS. 30. "ranging" el cual se basa en la sincronización entre OLT y ONU/MDU, con la misma referencia temporal, que “sitúa” las distintas ONU/MDU a la misma distancia “virtual” de la OLT, según se ilustra en la figura 2.11. Este mecanismo se ejecuta de manera automática en la OLT cada cierto periodo de tiempo de acuerdo a la configuración preestablecida.. Fig.2.9: Esquema del canal descendente de una red xPON.(Tomado de (Vivian Yelene Bisbé Vidal 2011)).. Fig.2.10: Esquema del canal ascendente de una red xPON.(Tomado de (Vivian Yelene Bisbé Vidal 2011)). Las redes xPON usan una técnica de multiplexación de longitudes de onda (WDM) que consiste en la transmisión, sobre una misma fibra, de múltiples portadoras ópticas moduladas, ampliando la capacidad de transmisión utilizada en la fibra, ya que se multiplica por el número de canales. En la figura 2.12 se muestra el esquema básico de un sistema WDM; la información correspondiente a cada canal modula la señal generada por una fuente, que emite a la longitud.

(43) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DE LAS REDES ÓPTICAS PASIVAS. 31. de onda establecida para dicho canal. Las distintas señales se combinan, antes de introducirlas en la fibra, mediante un multiplexor WDM. Finalmente en el receptor los diferentes canales son separados, demultiplexados.. Fig.2.11: Esquema del mecanismo de “ranging”. Existen dos categorías de los sistemas WDM, la primera es SWDM Simple Wavelenght: donde las longitudes de onda de las portadoras se encuentran distanciadas ampliamente. Y la segunda es DWDM donde las longitudes de onda de las portadoras se encuentran distanciadas estrechamente.. Fig.2.12: Esquema básico de un sistema WDM (Tomado de (PAULA ANDREA CARMONA GIRALDO, 2009)). 2.4. Variantes de la tecnología xPON. Dentro de las tecnologías xPON destacan las siguientes variantes: APON (ATM ((Modo de Transferencia Asincrónico) Red Óptica Pasiva), BPON (Broadband xPON - Red Óptica.

Figure

Tabla 1.1: Tabla comparativa entre las diferentes tecnologías xDSL.(Tomada de  (PAULA  ANDREA CARMONA GIRALDO, 2009))

Tabla 1.1:

Tabla comparativa entre las diferentes tecnologías xDSL.(Tomada de (PAULA ANDREA CARMONA GIRALDO, 2009)) p.31
Tabla 2.1: Tabla comparativa de las diversas variantes de la tecnología xPON. (Tomada de  (PAULA ANDREA CARMONA GIRALDO, 2009))

Tabla 2.1:

Tabla comparativa de las diversas variantes de la tecnología xPON. (Tomada de (PAULA ANDREA CARMONA GIRALDO, 2009)) p.50
Tabla 2.4: Principales parámetros de la clase B+. (Creación propia)

Tabla 2.4:

Principales parámetros de la clase B+. (Creación propia) p.51
TABLA 3.1 Parámetros y cálculo del ancho de banda. (Creación Propia)

TABLA 3.1

Parámetros y cálculo del ancho de banda. (Creación Propia) p.59
Tabla 3.2: Tabla de costos del equipamiento utilizado en la red. (Creación propia).

Tabla 3.2:

Tabla de costos del equipamiento utilizado en la red. (Creación propia). p.65
Fig. 3.4: Red GPON simulada en OptiSystems 7.0. (Creación Propia).
Fig. 3.4: Red GPON simulada en OptiSystems 7.0. (Creación Propia). p.68
Fig. 3.14: Bloques funcionales del subsistema de la MDU.
Fig. 3.14: Bloques funcionales del subsistema de la MDU. p.75
Tabla 3.4:  Comparativa  entre los  resultados obtenidos por simulación  y los  obtenidos  por  cálculos teóricos

Tabla 3.4:

Comparativa entre los resultados obtenidos por simulación y los obtenidos por cálculos teóricos p.77
Tabla 3.5: Gráficos obtenidos en la ONT/MDU del usuario más cercano.

Tabla 3.5:

Gráficos obtenidos en la ONT/MDU del usuario más cercano. p.78
Tabla 3.6: Gráficos obtenidos en la ONT/MDU del usuario más lejano.

Tabla 3.6:

Gráficos obtenidos en la ONT/MDU del usuario más lejano. p.78
Figura 1: Splitter 1:64 PLC, (Fuente Huawei Corporation).

Figura 1:

Splitter 1:64 PLC, (Fuente Huawei Corporation). p.90
Tabla 1: Perdidas de inserción de los splitters para distancias de hasta 20 Km (Sin tener en  cuenta rangos extendidos)

Tabla 1:

Perdidas de inserción de los splitters para distancias de hasta 20 Km (Sin tener en cuenta rangos extendidos) p.95
Fig. 2: Parámetros graficados mediante el diagrama de OJO.
Fig. 2: Parámetros graficados mediante el diagrama de OJO. p.100

Referencias

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