Red de banda ancha para el Programa Nacional de Informatización en Guantánamo

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(1)UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES. Título: Red de banda ancha para el Programa Nacional de Informatización en Guantánamo Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Telemática. Autor: Ing. Sándor Romero Correa. Tutor: Dr.C. Miguel Mendoza Reyes Consultantes: MSC. Ing. Osvaldo Guerra Varona MSC. Ing. Ezequiel Moró Vela. Santa Clara, Cuba Noviembre 2011.

(2) UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES. Título: Red de banda ancha para el Programa Nacional de Informatización en Guantánamo Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Telemática Autor: Ing. Sándor Romero Correa Especialista C en Telemática Departamento Desarrollo de la Red ETECSA Guantánamo email:[email protected] Tutor: Dr.C. Miguel Mendoza Reyes email:[email protected]. Santa Clara, Cuba Noviembre 2011.

(3) Hago constar que la presente Tesis en Opción al Título Académico de Máster en Telemática fue realizada en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de Maestría en Telemática, 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. 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 Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. _________________________ Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) PENSAMIENTO. “…Aprender es como remar contra corriente: en cuanto se deja, se retrocede…”. Benjamín Britten.

(5) AGRADECIMIENTOS Quiero, expresar mis agradecimientos a todas las personas que han colaborado y apoyado mi decisión de culminar esta Maestría en Telemática. A mis padres por contar siempre con su apoyo y su cariño en toda mi vida. A mi esposa Aymeé por estar a mi lado en todo momento y haber confiado en mí. Al claustro competente de profesores que han impartido con tanta profesionalidad y actualidad sus conferencias. A mis compañeros del Grupo de Desarrollo por sus colaboraciones para el desarrollo de esta Tesis. A mis compañeros de grupo con los que formamos una gran familia y contribuyeron al mejor desenvolvimiento en esta Maestría. A los Doctores Ileana Moreno Campdesuñer y Miguel Mendoza Reyes por brindarme con tanto esmero sus valiosos conocimientos, guiarme, apoyarme y darme confianza en todo momento. A todos gracias por haber sido protagonistas de este triunfo..

(6) DEDICATORIA. A mis padres…. A mi esposa…. A mis hijas…. A mi abuelita Trina….

(7) ABSTRACT The Telecommunications Company of Cuba (ETECSA) since its inception in 1994 has achieved significant technological and social achievements. Since its inception, the trend has been, in the first place, to stop the deterioration of existing networks and then to renew the obsolete equipment with the aim of offering higher quality services. Today ETECSA strives to ensure sustained growth of its portfolio of services to meet the growing needs of its customers and prospects. To meet this growth, the company has focused its development strategy on the next generation networks. Therefore it has begun the introduction of new technologies and equipment in order to upgrade their access networks and respond to the growing demand for new services, especially those that require more bandwidth. This paper analyzed the demands of different telecom sectors of Cuban society: business and residential. Different technologies for broadband access has been studied and the access technology GPON were chosen, with its high capacity variants FTTB and FTTC, as the best option to ensure the future implementation of the "Program of Informatization of the Cuban Society" and the increase of fixed telephone density to 20% in the city of Guantánamo. In this work, a network architecture that meets the demands of each sector is presented, as well as the equipment needed for the proper functioning of GPON is presented. The design specifies, with tables, charts and satellite maps, the location of the main components of the GPON network and optical fiber paths for the future implementation of the project. It was also developed traffic studies, theoretical calculations of the links and the technical feasibility of the project was demonstrated through software simulation with OptiSystem 7.0. The economic budget was calculated by choosing the appropriate equipment and materials costs and considering the implementation of a project to install an outside plant facility. To complement the theoretical calculations and simulations, it is used the method of evaluation by specialist criteria which showed the feasibility of the project..

(8) RESUMEN La Empresa de Telecomunicaciones de Cuba (ETECSA) desde su surgimiento en 1994, ha alcanzado importantes logros tecnológicos y sociales. Desde sus inicios la tendencia fue en una primera instancia, detener el deterioro de las redes existentes y luego renovar el equipamiento obsoleto, con el objetivo de ofertar mayor calidad en los servicios. En la actualidad ETECSA se esfuerza por garantizar un crecimiento sostenido de su cartera de servicios que satisfaga las necesidades crecientes de sus clientes existentes y potenciales. Para enfrentar este crecimiento, ha orientado su estrategia de desarrollo hacia las Redes de Nueva Generación. Es por ello que ha comenzado la introducción de nuevas tecnologías y equipamiento para modernizar sus redes de acceso y dar respuesta a la creciente demanda de nuevos servicios sobre todo aquellos que requieren un mayor ancho de banda. En este trabajo se analizaron las demandas de telecomunicaciones de los diferentes sectores de la sociedad cubana: el sector residencial y el empresarial; se estudiaron las distintas tecnologías de acceso de banda ancha y se escogió la tecnología de acceso GPON, de alta capacidad en sus variantes FTTB y FTTC como mejor opción para garantizar la futura implementación del “Programa de Informatización de la Sociedad Cubana” y el aumento de la densidad telefónica fija hasta un 20 % en la ciudad de Guantánamo. Se presenta la arquitectura de red para dar respuesta a las demandas de cada sector, además del equipamiento necesario para el correcto funcionamiento de GPON. El diseño especifica, con tablas, esquemas y mapas satelitales, la ubicación de los principales componentes de la red GPON así como las rutas de fibra óptica para la futura implementación del proyecto, además se realizaron estudios de tráfico, cálculos teóricos de los enlaces y una simulación mediante el software OptiSystem 7.0 donde se demostró la factibilidad técnica del proyecto. El apartado económico se calcula a partir del equipamiento idóneo escogido y de los cálculos de costos de materiales y ejecución de un proyecto de instalación de una obra de planta exterior. Como complemento a los cálculos teóricos y simulaciones, se utilizó el método de evaluación por criterios de especialistas demostrándose la factibilidad del proyecto..

(9) ÍNDICE INDICE INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 1 CAPÍTULO 1: TECNOLOGÍAS DE ACCESO DE BANDA ANCHA .......... 6 1.1. Introducción ............................................................................................................... 6 1.2. Sectores de la sociedad que demandan servicios de banda ancha ........................ 6 1.2.1. Necesidades de los servicios demandados por el sector residencial .................... 7 1.2.2. Necesidades de los servicios demandados por el sector empresarial ................... 8 1.3. Línea de Abonado Digital (XDSL) ........................................................................... 8 1.3.1. Línea de Abonado Digital Asimétrica (ADSL) .................................................... 9 1.3.2. Línea de Abonado Digital Asimétrica 2 Superior (ADSL 2+) ........................... 10 1.3.3. Línea digital de abonado de muy alta tasa de transferencia (VDSL) ................. 11 1.3.4. Línea digital de abonado de muy alta tasa de transferencia 2 (VDSL 2) ........... 12 1.4. Redes inalámbricas .................................................................................................. 14 1.4.1. Interoperabilidad mundial para acceso por microondas (WiMAX) ................... 14 1.4.2. Evolución WiMAX ............................................................................................ 14 1.4.3. Funcionamiento WiMAX ................................................................................... 14 1.5. Tecnologías móviles ................................................................................................. 15 1.5.1. Primera generación ............................................................................................. 16 1.5.2. Segunda generación ............................................................................................ 16 1.5.3. Tercera generación ............................................................................................. 16 1.5.4. Cuarta generación ............................................................................................... 17 1.5.5. Evolución a Largo Plazo (LTE) ......................................................................... 18 1.5.6. Comparativa WiMAX vs LTE ........................................................................... 20 1.6. Redes de acceso de Fibra Óptica ............................................................................ 21 1.6.1. Configuraciones Punto a Punto. Ethernet Activa ............................................... 21 1.6.2. XPON: Redes ópticas pasivas ............................................................................ 24 1.7. Soluciones ................................................................................................................. 28 1.7.1. Solución para el mercado residencial ................................................................. 28.

(10) ÍNDICE 1.7.2. Solución para el mercado empresarial ................................................................ 29. CAPÍTULO 2: PLANIFICACION DE LA RED ........................................... 31 2.1. Introducción ............................................................................................................. 31 2.2. Visión general de la red ........................................................................................... 31 2.2.1. Modelo adoptado para el cliente residencial ...................................................... 32 2.2.2. Modelo adoptado para el cliente empresarial ..................................................... 33 2.2.3. Tecnologías en la central local ........................................................................... 34 2.2.4. Conexión entre las centrales telefónicas y acceso a la red de concentración ..... 35 2.3. Criterios de diseño para redes ópticas pasivas ..................................................... 36 2.3.1. Ubicación del terminal de línea óptica ............................................................... 37 2.3.2. Ubicación de los divisores pasivos ..................................................................... 38 2.3.3. Fibra .................................................................................................................... 40 2.3.4. Tipos de cable ..................................................................................................... 40 2.3.6. Terminales de red óptica .................................................................................... 41 2.3.7. Consideraciones para la introducción de la tecnología GPON en ETECSA...... 41 2.4. Propuesta de equipamiento..................................................................................... 43 2.4.1. Terminal de línea óptica (OLT) .......................................................................... 44 2.4.2. Terminales de red óptica (ONT/ONU) ............................................................... 46 2.4.3. Componentes de la red de distribución óptica (ODN) ....................................... 50. CAPÍTULO 3: DISEÑO Y VALIDACIÓN DE LA RED DE ACCESO EN GUANTÁNAMO ............................................................................................. 51 3.1. Introducción ............................................................................................................. 51 3.2. Consideraciones para el dimensionamiento de la red .......................................... 51 3.2.1. Requerimientos de servicios ............................................................................... 52 3.2.2. Cálculo de ancho de banda por Nodo de Acceso Multiservicio ......................... 54 3.3. Diseño de la Red Óptica Pasiva del Gigabit (GPON) ........................................... 56 3.3.1. Distribución de los Nodos de Acceso Multiservicio .......................................... 57 3.3.2. Distribución de los divisores ópticos .................................................................. 58. II.

(11) ÍNDICE 3.4. Red de cobre ............................................................................................................. 58 3.5. Cálculo del enlace de fibra óptica .......................................................................... 59 3.5.1. Análisis de dispersión ......................................................................................... 59 3.5.2. Atenuación o análisis a partir del balance de las potencias ................................ 60 3.6. Simulación de la red ................................................................................................ 62 3.6.1. Definición de la simulación ................................................................................ 62 3.6.2. Enlace de bajada a 2.5 Gbps ............................................................................... 66 3.7. Análisis de los resultados ........................................................................................ 69 3.8. Análisis económico ................................................................................................... 69 3.9. Evaluación por criterios de especialistas ............................................................... 70. CONCLUSIONES ........................................................................................... 73 RECOMENDACIONES ................................................................................. 75 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 76 GLOSARIO DE TÉRMINOS ......................................................................... 80 ANEXOS ............................................................................................................ I Anexo A. Comparativa Tecnologías xDSL ..................................................................... I Anexo B. Comparativa de tecnologías inalámbricas .................................................... II Anexo C. Comparativa Tecnologías de Redes Ópticas Pasivas (xPON) .................. III Anexo D. Alternativas de equipos .................................................................................IV Anexo E. Consejos populares de la ciudad de Guantánamo ......................................VI Anexo F. Cálculo del ancho banda requerido para VoIP ......................................... VII Anexo G. Enlaces proyectados ......................................................................................IX Anexo H. Cálculo de tráfico de salida hacia la red IP-MPLS ..............................XVIII Anexo I. Configuración de la simulación.................................................................... XX. III.

(12) ÍNDICE Anexo J. Cálculo económico .................................................................................. XXVII. IV.

(13) ÍNDICE INDICE DE FIGURAS Figura 1.1. Digital Subscriber Line (DSL). (Fuente: [9]) ................................................................... 9 Figura 1.2. Esquema de conexión ADSL .......................................................................................... 10 Figura 1.3. Gráfica capacidad (Kbps) – Distancia (Kms) ................................................................. 11 Figura 1.4. Topología de VDSL ........................................................................................................ 12 Figura 1.5. Tasa de transferencia descendente vs distancia VDSL vs. ADSL. (Fuente: [8]) ............ 13 Figura 1.6. Comparativa de frecuencias ADSL2, ADSL2+, VDSL y VDSL2. (Fuente: [9]) ........... 13 Figura 1.7. Funcionamiento WiMAX ............................................................................................... 15 Figura 1.8. Evolución de sistemas móviles celulares. (Fuente: [8]) .................................................. 18 Figura 1.9. Arquitectura simplificada de red LTE/SAE. (Fuente: [18]) ........................................... 19 Figura 1.10. Topología Home Run Fiber .......................................................................................... 22 Figura 1.11. Topología Active Star Ethernet .................................................................................... 23 Figura 1.12. Fibra hasta un destino, FTTx ........................................................................................ 25 Figura 1.13. Topología PON genérica .............................................................................................. 25 Figura 2.1. Visión general de la red. ................................................................................................. 31 Figura 2.2. Topología cliente residencial. ......................................................................................... 32 Figura 2.3. Terminales del cliente residencial. .................................................................................. 33 Figura 2.4. Topología cliente empresarial. ........................................................................................ 33 Figura 2.5. Terminales del cliente empresarial. ................................................................................ 34 Figura 2.6. Topología de la Central Troncal o Principal y de la Central Local ................................ 35 Figura 2.7. Análisis de ubicación del OLT en la red de acceso (Fuente: [9]) ................................... 37 Figura 2.8. Análisis de ubicación de los divisores en una ODN (Fuente: [9]) .................................. 39 Figura 2.9. Análisis de los niveles de división óptica (Fuente: [9]) .................................................. 39 Figura 2.10. Propuesta para la Red de Acceso GPON en ETECSA. ................................................ 42 Figura 2.11. Propuestas de Red de Acceso GPON con redundancia de Fibra Óptica....................... 43 Figura 2. 12. OLT MA5603T Huawei, localización en la red y puertos físicos. (Fuente: [35]) ....... 45 Figura 2. 13. Localización en la red del MSAN F01D 1000 de Huawei .......................................... 46 Figura 2. 14. ONT OT925 Huawei, localización en la red y servicio de voz. (Fuente: [38]) ........... 49 Figura 3.1. División de la ciudad de Guantánamo en Áreas de Gabinete y Centrales ...................... 52 Figura 3.2. Estadísticas de la cantidad de usuarios en línea en la hora pico correspondiente al mes de abril del 2011 de los 5 MSAN de la central Guantánamo Centro. (Fuente: [41]) ............................. 54 Figura 3.3. Enlaces GPON ciudad de Guantánamo .......................................................................... 57 Figura 3.4. Enlaces GPON ciudad de Guantánamo .......................................................................... 58 Figura 3. 5. Esquema de una conexión básica entre OLT y la ONU. (Fuente: [44]) ........................ 62. V.

(14) ÍNDICE Figura 3.6. Definición de la simulación ............................................................................................ 64 Figura 3.7. Esquema completo de la simulación ............................................................................... 65 Figura 3.8. Analizador de BER del ONU 1....................................................................................... 66 Figura 3.9. Plantilla del diagrama de ojos pera la señal de transmisión en sentido descendente. (Fuente: [45]) .................................................................................................................................... 67 Figura 3.10. Valores de amplitud del patrón de BER del ONU 1 ..................................................... 68 Figura 3.11. Medidor de potencia antes del ONU 1 .......................................................................... 69. VI.

(15) ÍNDICE INDICE DE TABLAS Tabla 1.1. Caudales máximos de tecnologías móviles. (Fuente: [8]) ................................................ 17 Tabla 1.2. Tipos de soportes de transmisión ..................................................................................... 22 Tabla 2.1. Especificaciones técnicas del puerto GPON de la tarjeta GPBC. (Fuente: [35-36])........ 45 Tabla 2.2. Tarjetas utilizadas en el estante maestro y extendido.(Fuente: [37]) ............................... 47 Tabla 2.3. Especificaciones técnicas del puerto GPON de la tarjeta GP1A. (Fuente: [37]) ............. 48 Tabla 2.4. Especificaciones de los Puertos del OT925-G. (Fuente: [38]) ......................................... 48 Tabla 2.5. Especificaciones del Puerto GPON del OT925-G. (Fuente: [38]) ................................... 49 Tabla 2.6. Divisores ópticos Huawei ................................................................................................ 50 Tabla 3.1. Análisis de las líneas fijas instaladas y a instalar en la ciudad de Guantánamo ............... 53 Tabla 3.2. Puertos instalados, en servicio y % de ocupación de los MSAN de Guantánamo Centro 55 Tabla 3.3. MSAN a implementar en la ciudad de Guantánamo para alcanzar 17696 líneas............. 57 Tabla 3.4. Valores de amplitud para un enlace GPON. (Fuente: [45]) ............................................. 68 Tabla 3.5. Codificación de los integrantes del equipo ...................................................................... 71 Tabla 3.6. Matriz de criterio para la evaluación del diseño............................................................... 72. VII.

(16) INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN En Cuba se está haciendo visible un cambio trascendental: las nuevas tecnologías de la información y la comunicación han comenzado a expandirse y a llegar hasta los predios del ciudadano común. Poco a poco, la computadora, el teléfono celular, el correo electrónico, la navegación por Internet y otros medios, aplicaciones y servicios de las también llamadas infocomunicaciones se introducen en la vida diaria de los cubanos. La enseñanza de la computación desde la escuela primaria y la formación de mayor número de técnicos y especialistas en politécnicos y universidades, así como en los Joven Club de Computación y Electrónica, comienzan a tomar auge como parte de una estrategia de preparación para el presente y para el futuro. Utilizando con racionalidad e inteligencia los recursos de que dispone, sobre todo en capital humano, se trabaja en todas direcciones y con una concepción amplia e integral en lo que ha dado en llamarse “informatización de la sociedad”. Bajo esa denominación debe tener lugar un cambio gradual en todas las esferas de la sociedad; otro salto adelante en el que le corresponde un papel protagónico al Ministerio de Informática y Comunicaciones (MIC) junto a otros organismos e instituciones del Estado. El Programa Nacional de Informatización de la Sociedad Cubana, es un proceso mediante el cual se aplican las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) a las diferentes esferas y sectores de la sociedad para lograr, como resultado, una mayor eficiencia y eficacia con la optimización de recursos y el logro de mayor productividad en dichas esferas [1]. La informatización de la sociedad cubana es la utilización ordenada y masiva de las tecnologías de la información y la comunicación en todas las esferas, en su esfuerzo por lograr cada vez más eficacia y eficiencia en todos los procesos y por consiguiente mayor generación de riqueza y aumento de la calidad de vida de los ciudadanos. La informatización se basa en los principios y valores fundamentales del sistema socialista, con una marcada tendencia a defender las conquistas logradas [2]. El Programa Rector persigue promover el uso masivo de las TIC a escala nacional, teniendo en cuenta los objetivos generales estratégicos que el país se ha propuesto, buscando un desarrollo coherente y una identificación precisa de los actores de la Sociedad de la Información. Esta estrategia, como expresión del proceso revolucionario cubano, tiene al ciudadano en el centro de sus objetivos, buscando elevar su calidad de vida en su desempeño familiar, laboral, educacional, cultural, social y político y en la consecución del fortalecimiento y ampliación de los logros y beneficios que la Revolución le ha dado.. 1.

(17) INTRODUCCIÓN En la actual situación de limitaciones económicas, tecnológicas y de comunicación, Cuba ha decidido adoptar como opción de desarrollo inicial el uso social intensivo de los escasos recursos de conectividad y medios técnicos. Por otra parte, la contribución que el uso masivo de las TIC y el acceso a Internet puede hacer a la economía nacional, resulta decisiva para salir del subdesarrollo. Con la utilización de Internet es posible romper el monopolio de la información y llegar a todos los rincones del mundo con la publicación de la realidad cubana y la comunicación con todas las personas e instituciones que accedan a la red [3]. La provincia Guantánamo no está exenta a tal desarrollo, muchas instituciones y organizaciones pertenecientes a los proyectos de informatización de la sociedad están soportadas sobre diferentes protocolos y tecnologías, tales como Frame Relay, Línea digital de abonado de un solo par de alta velocidad (SHDSL) Single High Digital Subscriber Line, Línea de Abonado Digital Asimétrica (ADSL) Asimetric Digital Subscriber Line, Protocolo de Internet (IP) Internet Protocol, todo ello para satisfacer las necesidades de conexión de diferentes instituciones o redes de área local (LAN) Local Area Network, geográficamente dispersas, con el objetivo de acceder a Internet y a redes privadas empresariales principalmente, todo lo anteriormente dicho se soporta en la principal conexión troncal de datos (Backbone) de la tecnología Modo de Transferencia Asíncrono y transmisión de tramas (ATM-FR) de la Red Pública de Transmisión de Datos (RPTD) [4] y en el backbone IP-MPLS (Internet Protocol-Multiprotocol Label Switching). En la ciudad de Guantánamo existen importantes instituciones de salud, educación, empresas, organismos de la administración del estado y muchos hogares que requieren de servicios de banda ancha y que actualmente son servidos por tecnologías que no permiten brindar el ancho de banda requerido. Esta situación no permite lograr el alcance y las prestaciones requeridas por el Programa Nacional de Informatización de la Sociedad Cubana, el cual debe brindar servicios de banda ancha acorde a los estándares internacionales para poder lograr una mayor eficacia y eficiencia con la optimización de recursos y el logro de mayor productividad en todos los sectores y esferas de la sociedad y lograr así un desarrollo sostenible. De aquí, que el problema de investigación de este trabajo sea: Insuficiente infraestructura tecnológica de las comunicaciones en la ciudad de Guantánamo que no permite brindar el ancho de banda requerido para dar cumplimiento a los exigentes servicios que demanda el Programa Nacional de Informatización de la Sociedad Cubana. El objetivo general de esta investigación es: Proponer una red de acceso de banda ancha para cada sector de la sociedad, que garanticen los servicios requeridos por el Programa Nacional de Informatización de la Sociedad Cubana en la ciudad de Guantánamo.. 2.

(18) INTRODUCCIÓN Para orientar la labor investigativa, en este trabajo se plantean como interrogantes científicas: 1. ¿Cuáles servicios demandan los sectores residencial y empresarial? 2. ¿Cuáles son las redes de acceso de banda ancha más empleadas en el mundo? 3. ¿Cuál es la topología y las características de la red que permitirá dar respuesta a las demandas de banda ancha de cada sector en la ciudad de Guantánamo? 4. ¿De los proveedores de tecnologías de acceso de banda ancha, cuál es la propuesta ideal para su explotación en Cuba y cuáles son las posibles alternativas en caso de fallo de algún proveedor? 5. ¿Qué parámetros deben ser evaluados en los cálculos de tráfico, enlaces y la simulación de la red propuesta? 6. ¿Cómo evaluar económicamente la propuesta para cada sector? Para dar cumplimiento al objetivo general se precisan como objetivos específicos: 1. Caracterizar los sectores residencial y empresarial en cuanto a los requerimientos de velocidad de los servicios demandados por estos 2. Identificar las redes de acceso de banda ancha más empleadas en el ámbito mundial que más se adecuen a la realidad cubana justificando la tecnología escogida 3. Diseñar la topología de red para dar respuesta a las demandas de banda ancha de cada sector en la ciudad de Guantánamo 4. Seleccionar el equipamiento necesario para el montaje de la red y las posibles alternativas en cuanto a modelos, fabricantes y proveedores 5. Evaluar técnicamente mediante cálculos de tráfico, de enlaces y simulación de la red la propuesta de solución de comunicaciones de banda ancha para cada sector 6. Evaluar económicamente cada propuesta 7. Evaluar por criterio de especialista la propuesta. Los métodos científicos sobre los cuales se desarrolla la investigación son: El histórico lógico el cual permite contextualizar el problema de investigación, sus antecedentes y desarrollo El analítico-sintético ya que es necesario trabajar cada componente del diseño y sus relaciones y luego lograr la integración de las partes constitutivas del objeto de investigación para llegar al diseño de la red de acceso El inductivo-deductivo a través del cual se logra establecer generalidades en cuanto al diseño de la red a partir de las experiencias particulares de los técnicos y especialistas quienes participan en la misma. 3.

(19) INTRODUCCIÓN La modelación mediante la cual se crean abstracciones con vistas a explicar la realidad. El modelo como sustituto del objeto de investigación. Opera en forma práctica o teórica con un objeto, no en forma directa, sino utilizando cierto sistema intermedio, auxiliar, natural o artificial, en este caso, la simulación En la evaluación de la propuesta se emplearán criterios de especialistas con el propósito de valorar la validez de la misma. Como resultado de la presente tesis se espera obtener: 1. Una propuesta tecnológica viable para garantizar los servicios de banda ancha 2. La caracterización de los principales sectores de la conectividad social en cuanto a los requerimientos de velocidad de los servicios demandados por estos 3. Un material de estudio para la futura implementación de las tecnologías de banda ancha escogidas en Cuba. El impacto social que se lograría al implementar la tecnología de acceso de banda ancha propuesta es que se podría llevar a cabo el Programa de Informatización de la Sociedad Cubana lo cual elevaría en general el nivel de vida y satisfacción de la población, creando mejores condiciones para un mejor desempeño en sus relaciones personales y laborales garantizando el acceso a la información. El impacto económico, de instalarse esta tecnología, es que se lograría una mayor eficacia y eficiencia por la optimización de recursos, es decir, se lograría mayor productividad en todas las esferas y sectores de la sociedad, además de incrementar los servicios prestados y los ingresos globales. En consecuencia, tendría mayor eficiencia por la instalación de tecnologías más compactas y baratas a la vez que se sustituirán redes obsoletas cuyos costos de explotación son enormes. El impacto científico que se deriva de este trabajo es la sistematización de la teoría sobre la tecnología escogida, recopilando datos técnicos y el análisis de las diferentes topologías posibles. El impacto cultural que se lograría es que al ejecutarse el Programa de Informatización de la Sociedad Cubana se pondría a disposición de la población, medios de comunicaciones que posibilitan el enriquecimiento de los conocimientos y cultura general integral, mediante el uso de las TIC, que puede incluir acceso a Internet, correo electrónico y enseñanza asistida que en general, ayudan a mejorar la calidad de vida de la población. El trabajo está estructurado en tres capítulos. En el primero se realiza una caracterización de los sectores de la sociedad en cuanto a los requerimientos de velocidad de los servicios que demandan estos, además, se realiza un estudio de las tecnologías de acceso más usadas en el mundo y que se. 4.

(20) INTRODUCCIÓN adecuan a la realidad cubana, el mismo se concluye el mismo con la elección de la tecnología de banda ancha para cada sector. En el segundo capítulo se realiza la propuesta de la arquitectura de la red para cada sector y la propuesta de equipamiento, así como las diferentes alternativas en cuanto a modelos y fabricantes. En el tercer y último capítulo se propone el diseño de la red de acceso para la ciudad de Guantánamo y se analiza la factibilidad de la propuesta de solución mediante cálculos de tráfico, cálculos de enlaces, simulación de la red y una valoración económica general. Para complementar este análisis, se realiza la evaluación por criterios de especialistas. Las conclusiones del trabajo abordan los resultados obtenidos de la investigación. En los anexos se podrá consultar información adicional sobre las tecnologías de acceso estudiadas, el equipamiento alternativo propuesto en caso de fallo de algún proveedor, cálculos del tráfico de salida del territorio, esquemas de los enlaces, configuración de la simulación y cálculos económicos.. 5.

(21) CAPÍTULO 1 CAPÍTULO 1: TECNOLOGÍAS DE ACCESO DE BANDA ANCHA 1.1. Introducción En este capítulo se realiza una caracterización de los sectores de la sociedad, en cuanto a los requerimientos de velocidad de los servicios que demandan estos; además, se hace un estudio de las tecnologías de acceso más usadas en el mundo y que se adecuan a la realidad cubana, el mismo se concluye con la elección de la tecnología de banda ancha para cada sector. Por lo antes expuesto se considera necesario exponer conceptos, tales como: banda ancha, NGA (Next Generation Access) y banda ancha ilimitada, que facilitarán la comprensión del trabajo. La banda ancha es un concepto relativo que varía en el tiempo y para cada realidad. La banda ancha es entendida como el conjunto amplio de tecnologías que han sido desarrolladas para soportar la prestación de servicios interactivos innovadores, con la característica del siempre en línea (always on), permitiendo el uso simultáneo de servicios de voz y datos, y proporcionando unas velocidades de transmisión que evolucionan con el tiempo, partiendo de los 128 Kb de velocidad en sentido descendente que puede considerarse actualmente el mínimo para la denominación de Banda Ancha [5]. La próxima generación de redes de acceso (NGA, Next Generation Access) reemplaza a las redes de comunicaciones de acceso que no ofrecen servicios de banda ancha ilimitada. Se entiende por banda ancha ilimitada la capacidad de red que se debe entregar para que el usuario tenga acceso a todos los servicios disponibles para ellos. Esto tiene tres consecuencias principales: 1. Redes de próxima generación debe tener una capacidad virtualmente ilimitada 2. Debe haber capacidad suficiente tanto en el enlace ascendente como en el descendente, para subir y descargar. Esto no obliga a la simetría (la misma capacidad disponible tanto en canal ascendente como en canal descendente), sin embargo, es probable que los servicios simétricos son la forma más fácil de ofrecer toda la capacidad necesaria 3. El ancho de banda disponible debe ser, independientemente de la distancia entre el abonado y el punto de acceso a la red, es decir, debe haber poca o ninguna atenuación [6].. 1.2. Sectores de la sociedad que demandan servicios de banda ancha Para seleccionar las tecnologías de acceso que permiten brindar estos servicios se debe realizar una diferenciación de los diferentes sectores que requieren de los mismos. En este trabajo se diferencian dos sectores: el residencial y el empresarial que a su vez aglutina las PYMES (pequeñas y medianas empresas, así como algunos organismos de la salud, educación y. 6.

(22) CAPÍTULO 1 organismos de la administración del estado) y las grandes empresas (en este se incluyen además, los centros de altos estudios). Cada uno de estos, demandan unas necesidades diferentes y por tanto deben tratarse por separado. La dimensión del mercado determina el número de clientes y, por tanto, la tecnología necesaria para ofrecer una gran calidad en el servicio. Esta cifra depende del número de habitantes y del grado de penetración actual y futura de los clientes con acceso a Internet y el resto de servicios que ésta les proporciona.. 1.2.1. Necesidades de los servicios demandados por el sector residencial En el mundo actual el mercado residencial cada día es más exigente. Lo que anteriormente era una conexión por la Red Telefónica Conmutada Básica con modem tradicional (de 56 kbps) ahora ha pasado a ser una conexión de banda ancha de hasta 20 Mbps. El número de usuarios aumentan y el mercado residencial enfocado a la informática y las telecomunicaciones cada vez es mayor. Este crecimiento hace que cada vez se haya de aportar nuevas mejoras. Los usuarios residenciales hoy en día, desean tecnologías de acceso a la red con velocidades reales cercanas a los 24 Mbps de descarga y 5 Mbps de subida y en un futuro velocidades cercanas a 40 Mbps de descarga y 10 Mbps de subida, velocidades brindadas por las llamadas NGA, hay que destacar que estos valores son para países del primer mundo, principalmente Europa, Corea del Sur, Japón y Norteamérica. Los motivos por los que se determina esta afirmación son los siguientes: Altas velocidades de acceso a Internet Posibilidad de alojamiento de páginas personales en las residencias particulares Posibilidad de enviar grandes archivos de texto, imágenes y vídeos por Internet vía correo electrónico sin necesidad de pasarse varias horas frente al ordenador Posibilidad de realizar video-conferencias y conversaciones de VoIP (Voice Over Internet Protocol) por la misma conexión y por el mismo precio Posibilidad de ver la TV en alta definición (HDTV – High Definition Television) [7]. En Cuba hoy en día, se emplean velocidades de hasta 56 Kbps como promedio en este sector, por lo que velocidades reales cercanas a 8 Mbps en descarga y 1 Mbps en subida son suficientes para una primera fase de instalación de servicios de banda ancha en este sector y en un futuro no muy lejano velocidades de 24 Mbps en bajada y 1.2 Mbps en subida aunque la red debe quedar lista para brindar servicios NGA.. 7.

(23) CAPÍTULO 1 1.2.2. Necesidades de los servicios demandados por el sector empresarial En las empresas el concepto de triple-play no es tan necesario, garantizar una conexión permanente de banda ancha a Internet y el uso de telefonía mediante VoIP son aspectos a tener en cuenta. Las tecnologías de acceso a la red con velocidades simétricas reales de 100Mbps son las que permitirían satisfacer los requisitos del sector. Este sector requiere: Altas velocidades de acceso a Internet Posibilidad de alojamiento de páginas web corporativas en las oficinas sin necesidad de contratar excesivos paquetes de hosting a terceros Posibilidad de enviar grandes archivos de texto, imágenes y vídeos por Internet vía correo electrónico sin necesidad de pasarse varias horas frente al ordenador Posibilidad de realizar video-conferencias con otras empresas/clientes Realización de conversaciones de VoIP por la misma conexión y por el mismo precio Soporte y compatibilidad para VPN (Virtual Private Network) Interconexión entre diferentes oficinas y sedes descentralizadas mediante Intranets u otros métodos [7]. A continuación se presentan las tecnologías de redes de acceso más usadas en el mundo y en Cuba que han sido consideradas de “Banda Ancha” y NGA que cumplen con los requisitos de los sectores analizados. Se han omitido algunas tecnologías por presentar inconvenientes en su implementación. Se han seleccionado las siguientes tecnologías, agrupadas en función del soporte físico que emplean:. Tecnologías sobre Cable: Bucle digital de abonado (xDSL) Fibra óptica (Ethernet Activa Punto a Punto y Red Óptica Pasiva “xPON“). Tecnologías Inalámbricas: Redes metropolitanas inalámbricas (WiMAX) Tecnologías móviles LTE (Long Term Evolution). 1.3. Línea de Abonado Digital (XDSL) Bajo las siglas xDSL (x-Digital Subscriber Line) 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 (ver Figura 1.1) [8].. 8.

(24) CAPÍTULO 1. Figura 1.1. Digital Subscriber Line (DSL). (Fuente: [9]) Los tipos actualmente existentes son: ADSL, ADSL2, ADSL2+, SDSL, IDSL, HDSL, SHDSL, GSHDSL, VDSL y VDSL2. Tienen en común que utilizan el par trenzado de hilos de cobre convencionales de las líneas telefónicas para la transmisión de datos a gran velocidad. De todos los tipos anteriormente citados, solamente se estudiarán los que permiten brindar gran ancho de banda, que es el propósito de este trabajo.. 1.3.1. Línea de Abonado Digital Asimétrica (ADSL) ADSL son las siglas de Asymmetric Digital Subscriber Line ("Línea de Abonado Digital Asimétrica"). Consiste en una línea digital de alta velocidad, apoyada en el par simétrico de cobre que lleva la línea telefónica convencional o línea de abonado [10]. Denomina a una técnica de transmisión bidireccional y asimétrica respecto al tráfico de datos, lo cual es típico de aplicaciones multimedia interactivas. Por lo anterior, hay dos flujos de datos de diferentes velocidades: el flujo descendente. de alta velocidad (downstream) o flujo D y el. ascendente de baja velocidad (upstream) o flujo U. En el flujo D se alcanzan, generalmente, tasas entre 1.5 Mbps y 8 Mbps, mientras que en el flujo U el rango se encuentra entre 16 a 640 kbps (este es el caso de “full rate” ADSL, de la recomendación G.992.1) [11]. La característica más atractiva de ADSL es que opera sobre un solo par de cobre. Esto se consigue mediante la utilización de una banda de frecuencias más alta que la utilizada en las conversaciones telefónicas convencionales (300-3.400 Hz) por lo que, para disponer de ADSL, es necesaria la instalación de un filtro (llamado splitter) que se encarga de separar la señal telefónica convencional de la que se usa para conectarse con ADSL (ver Figura 1.2).. 9.

(25) CAPÍTULO 1. Figura 1.2. Esquema de conexión ADSL En una línea ADSL se establecen tres canales de comunicación, que son el de envío de datos, el de recepción de datos y el de servicio telefónico normal.. 1.3.2. Línea de Abonado Digital Asimétrica 2 Superior (ADSL 2+) Antes de llegar a la tecnología ADSL2+ se pasó por la ADSL2, paso intermedio entre ADSL y ADSL2+. ADSL2+ tiene un funcionamiento muy parecido al de ADSL convencional con novedades que ofrecen las siguientes ventajas: Tasas de transferencia más elevadas Más ancho de banda que permite mejorar la supervisión de la conexión y la QoS (Quality of Service) Mejoras en los aparatos que proveen de servicio a los clientes Mejoras en los diagnósticos durante la fase de instalación Incorporación de mecanismos que permiten el cambio de velocidad sin que se produzcan errores de sincronismo a la vez que se procesa la información Mejoras orientadas a la optimización del consumo de energía Se añade la posibilidad de dividir el ancho de banda en distintos canales en donde cada canal puede tener una aplicación independiente. Esto también supone una mejora en la QoS Permite utilizar el ancho de banda reservado para la telefonía para transmisión de datos y así obtener mayor velocidad de subida (upstream) Se minimiza el tiempo de establecimiento de conexión desde el terminal al proveedor. El mayor problema lo muestra la Figura 1.3 en la que se puede observar el descenso de capacidad a partir del segundo kilómetro de alcance tanto para ADSL como para una de sus versiones mejoradas.. 10.

(26) CAPÍTULO 1. Figura 1.3. Gráfica capacidad (Kbps) – Distancia (Kms). 1.3.3. Línea digital de abonado de muy alta tasa de transferencia (VDSL) VDSL son las siglas de Very high bit-rate Digital Subscriber Line (DSL de muy alta tasa de transferencia). Es una tecnología xDSL que proporciona una transmisión de datos hasta un límite teórico de 52 Mbps de bajada y 16 Mbps de subida sobre una simple línea de par trenzado [12]. Actualmente, el estándar VDSL utiliza hasta cuatro bandas de frecuencia diferentes, dos para la subida (del cliente hacia el proveedor) y dos para la bajada. VDSL es capaz de soportar aplicaciones que requieren un alto ancho de banda como HDTV. Las ventajas que aporta VDSL es que su funcionamiento es similar a las ADSL tradicionales pero ofreciendo unas velocidades asimétricas mayores, además puede operar tanto en modo simétrico como asimétrico. Gracias al concepto FTTC (Fiber to the Curb) y FTTN (Fiber to the Neighborhood) se pueden brindar las velocidades que resultan del uso de VDSL. Con esto se consigue reducir la distancia desde el abonado a la “central”, repercutiendo positivamente en las prestaciones de la línea. Tal y como se aprecia en el apartado anterior, cuanto mayor es la distancia, mayores pérdidas de capacidad (kbps) tenemos y por ello inversiones en conceptos como FTTC y FTTN son de vital importancia. En sentido descendente ADSL proporciona transporte de datos de varios Mbps, mientras que en sentido ascendente proporciona cerca de 1 Mbps. VDSL puede transportar datos de video y de otros tipos de tráfico a velocidades de hasta 52 Mbps, de cinco a diez veces superiores a ADSL. Adicionalmente, al instalarse de forma simétrica o asimétrica, se adapta mejor a las exigencias del mercado. VDSL ofrece a los usuarios residenciales video de una calidad superior al transmitido mediante difusión, junto con tráfico de Internet y las habituales llamadas telefónicas de voz. Se pueden ofrecer simultáneamente varias películas (en difusión o bajo demanda).. 11.

(27) CAPÍTULO 1 Debido a las limitaciones de distancia, VDSL será suministrada a menudo desde un gabinete situado en la calle equipado con una fibra óptica conectada a la red backbone. Esta topología, es la FTTC y se muestra en la Figura 1.4.. Figura 1.4. Topología de VDSL VDSL también se ha diseñado para proveer servicios simétricos para clientes de negocios pequeños y medianos, como, aplicaciones de datos de alta velocidad, aplicaciones de video, teleconferencia y teleconsulta, entre otras.. 1.3.4. Línea digital de abonado de muy alta tasa de transferencia 2 (VDSL 2) El estándar ITU-T G.993.2 VDSL2 es el más nuevo y avanzado de comunicaciones DSL, y está diseñado para soportar los servicios conocidos como "Triple Play", tales como voz, video, datos, televisión de alta definición (HDTV) y juegos interactivos. VDSL2 permite a las empresas y operadores actualizar gradualmente las líneas xDSL existentes, con un costo no muy elevado. ITU-T G.993.2 permite la transmisión simétrica o asimétrica de datos, llegando a velocidades superiores a 200 Mbps. Contra esta velocidad de transmisión actúa la rápida pérdida debido a la distancia, ya que los 250 Mbps que salen de la central se reducen a 100 Mbps a los 0,5 km, y a 50 Mbps a 1 km de distancia. A partir de ahí el descenso de velocidad es mucho menos precipitado, y la pérdida es menor en comparación con VDSL. A 1,6 km el rendimiento es igual al de ADSL2+ [13] (ver Figura 1.5). Como se ha mencionado, una vez superado el primer kilómetro de distancia a la central la tasa de pérdida es mucho más lenta, por lo que se consiguen velocidades del orden de 1 a 4 Mbps (downstream - bajada) a 4 o 5 km de distancia.. 12.

(28) CAPÍTULO 1. Figura 1.5. Tasa de transferencia descendente vs distancia VDSL vs. ADSL. (Fuente: [8]) A medida que la longitud del bucle se acorta, sube la relación de simetría, llegando a más de 100 Mbps (tanto upstream como downstream) con las condiciones idóneas. De este modo la tecnología VDSL2 no está meramente limitada a cortos bucles, sino que puede ser utilizada con calidad en medias distancias.. Figura 1.6. Comparativa de frecuencias ADSL2, ADSL2+, VDSL y VDSL2. (Fuente: [9]) En la Figura 1.6 se muestra una comparativa aclaratoria entre las frecuencias de ADSL o ADSL2 (son las mismas) que comprenden el rango de los 0,14MHz hasta los 1,1MHz. El ADSL2+ que sube hasta los 2,2MHz y el VDSL2 que viene a ser una nueva mejora del VDSL convencional y sube hasta los 30MHz.. 13.

(29) CAPÍTULO 1 Resaltar que en el caso del VDSL2 las frecuencias se pueden usar indistintamente tanto de subida como de bajada no como en el caso de las ADSL y derivados. En el Anexo A se muestra una tabla comparativa entre las diferentes tecnologías DSL.. 1.4. Redes inalámbricas Las redes de acceso inalámbricas se caracterizan por una estructura punto a multipunto: una estación base, ubicada en un lugar apropiado, ofrece conexión a un conjunto de estaciones de abonado que entran dentro de su zona de cobertura.. 1.4.1. Interoperabilidad mundial para acceso por microondas (WiMAX) WiMAX es un acrónimo de “Worldwide Interoperability for Microwave Access”, es un conjunto de tecnologías basadas en el estándar IEEE 802.16. Pensado para ser usado por usuarios residenciales o empresas, puede brindar distintos servicios como el acceso de “última milla” o la interconexión de torres de celulares y puede ser usado en entornos tan diferentes como un poblado rural y una gran ciudad. Actualmente, se espera que el uso mayoritario de este protocolo sea el brindar acceso de alta velocidad a Internet a usuarios en zonas donde servicios como el xDSL, el acceso por cable o por satélite no estén disponibles por los costos de implementación. Algunos de los mercados más atractivos están compuestos por usuarios de Internet en áreas rurales o semi-urbanas.. 1.4.2. Evolución WiMAX La familia IEEE 802.16 evolucionó desde la primera normativa (IEEE 802.16 2001) en escenarios de red fija, comunicaciones punto a punto y despliegues con visión directa en el rango de frecuencias de 10-66GHz, hacia un escenario con soporte a movilidad vehicular hasta 120Km/h, comunicaciones punto multipunto y despliegues NLOS (Non-Line-of-Sight) en la especificación actual IEEE 802.16e. Próximamente, el siguiente proceso de estandarización, el proyecto IEEE 802.16m, soportará tanto las clases de movilidad, como los escenarios soportados por los sistemas celulares IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications-Advanced), incluyendo un escenario vehicular de alta velocidad (hasta 350 Km/h o incluso hasta 500 Km/h) [14-15].. 1.4.3. Funcionamiento WiMAX Una red basada en el estándar IEEE 802.16 está compuesta básicamente por dos elementos: Una torre de transmisión (base de transmisión) y una o más estaciones receptoras (o estaciones de abonado). Sin embargo, para comprender mejor como funciona una red WiMAX en su totalidad es necesario agregar otros elementos componentes de manera de poder mostrar un sistema completo y no solamente la parte que utiliza tecnologías del estándar 802.16.. 14.

(30) CAPÍTULO 1 La lista completa de partes de una red WiMAX utilizada para acceder a Internet está compuesta por los siguientes elementos: Una torre de transmisión Una o más estaciones receptoras (estaciones de abonados) El backbone de Internet La función de Backhauling (interconexión de torres) Señales de radio (radiofrecuencias), con su respectiva forma de transmisión y frecuencia. La red del proveedor de acceso a Internet En la Figura 1.7 se muestra las interconexiones de estas partes dentro de una red modelo.. Figura 1.7. Funcionamiento WiMAX[8][8][8]. 1.5. Tecnologías móviles El término “comunicaciones móviles” describe cualquier radio-enlace para la comunicación entre dos terminales, del cual uno o ambos están en movimiento o detenidos en ubicaciones indeterminadas. Lo anterior se aplica tanto a las comunicaciones de móvil a móvil como a las de móvil a fijo. A continuación, se presentan breves descripciones de la evolución de las tecnologías celulares.. 15.

(31) CAPÍTULO 1 1.5.1. Primera generación Aparece a fines de los años 70 en Estados Unidos y a comienzo de los 80 en Europa, caracterizándose por ser una tecnología analógica, basada en FDMA (Frecuency Division Multiple Access) y estrictamente para servicios de voz. Los sistemas 1G se basaban principalmente en los sistemas: AMPS (Advanced Mobile Phone Service/System) (USA), NMT (Nordic Mobile Telephone) y TACS (Total Access Cellular System) (Europa) y a pesar de que estos eran incompatibles, compartían características notables [16].. 1.5.2. Segunda generación En los 1990s, la industria de la telefonía celular evolucionó hacia una segunda generación (2G). La generación 2G se caracterizó por ser digital, por lo cual aparecen nuevos servicios tales como el identificador de llamada, conferencia tripartita, trasferencia de datos a baja velocidad y el envío de mensajes cortos (SMS, Short Message Service). En esta generación aparecen dos técnicas de acceso contendientes. Por un lado, el TDMA (Time Division Multiple Access) y por el otro CDMA (Code Division Multiple Access). En Europa aparece una tecnología basada en TDMA, conocida como GSM (Global System for Mobile Communications), empezando así una guerra de tecnologías alrededor del mundo. Con el objetivo de proporcionar caudales mayores, se definieron varias extensiones a los sistemas 2G, dando lugar a lo que se conoce como sistemas 2’5G. En el caso de GSM, dichas extensiones son HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data), GPRS (General Packet Radio Service) y EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) [8].. 1.5.3. Tercera generación A finales de los 90, las prestaciones de los sistemas 2G y de sus extensiones se comenzaron a quedar cortas ante la creciente demanda de mayores caudales para el acceso a Internet y el soporte de servicios avanzados, especialmente los multimedia. La respuesta fue el desarrollo de los sistemas de tercera generación (3G) UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) y CDMA2000. Las redes UMTS se basan en un conjunto inicial de especificaciones del 3GPP (Third Generation Partnership Project) denominado Release 99. Debido a las limitaciones de esta primera versión del estándar UMTS, en los últimos años los operadores se han apresurado a introducir ciertas mejoras previstas para versiones posteriores. Se trata de las tecnologías HSPA (High Speed Packet Access), en las que se agrupan un conjunto de extensiones al interfaz radio UMTS original encaminadas a mejorar las prestaciones tanto en sentido descendente, caso de HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), como ascendente, mediante HSUPA (High Speed Uplink Packet Access).. 16.

(32) CAPÍTULO 1 Las tecnologías HSDPA y HSUPA, definidas respectivamente en las Releases 5 y 6 del 3GPP, son ya realidad en un porcentaje importante de las redes UMTS en funcionamiento. Con ellas se posibilita alcanzar tasas de pico teóricas de hasta 14,4 Mbps en bajada y 5,7 Mbps en subida. Con la implantación de las tecnologías HSPA se produce la entrada a los sistemas de comunicaciones móviles 3’5G. Esta evolución no termina ahí y los operadores ya están preparando la introducción de nuevas extensiones como HSDPA Evolucionado (también conocida como HSDPA+) y a más largo plazo, LTE (Long Term Evolution). Estas mejoras marcarán la entrada en los sistemas 4G, barajándose caudales objetivo de decenas e incluso la centena de Mbps [8].. 1.5.4. Cuarta generación Los sistemas de cuarta generación buscan la convergencia de varias tecnologías inalámbricas existentes con las tecnologías celulares de 3G, además de un manejo más eficiente del espectro a través de tecnologías de radio como OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Promete velocidades del orden de cientos de Mbps, mecanismos de calidad de servicio y uso transparente de las tecnologías inalámbricas para el usuario. A nivel de aplicación, el concepto de telefonía móvil tendería a desaparecer pues permitiría el desarrollo de aplicaciones que integren voz, imagen y datos, simultáneamente [16]. La Tabla 1.1 resume los caudales máximos de las tecnologías móviles y la Figura 1.8 muestra la evolución de las mismas. Tabla 1.1. Caudales máximos de tecnologías móviles. (Fuente: [8]) Caudales teóricos. Caudales prácticos. Bajada. Subida. Bajada. Subida. GSM. 9.6 kbps. 9.6 kbps. 9.6 kbps. 9.6 kbps. GPRS. 171 kbps. 171 kbps. 50 kbps. 10 kbps. UMTS Rel.99. 2.048 Mbps. 384 kbps. 384 kbps. 64 kbps. HSDPA. 14.4 Mbps. 384 kbps. 2-3 Mbps. 64-384 kbps. HSDPA + HSUPA. 14.4 Mbps. 5.7 Mbps. 2-3 Mbps. 1-2 Mbps. HSPA+. 28 Mbps. 5.76 Mbps. 10 Mbps*. 7 Mbps*. LTE. 100 Mbps. 50 Mbps. 30 Mbps*. 15 Mbps*. *Estimado Como se puede apreciar en la tabla anterior, solamente las tecnologías móviles HSPA+ y LTE permiten brindar el ancho de banda necesario para servicios multimedia.. 17.

(33) CAPÍTULO 1. Figura 1.8. Evolución de sistemas móviles celulares. (Fuente: [8]). 1.5.5. Evolución a Largo Plazo (LTE) El termino LTE se acuñó inicialmente en 3GPP para denominar una línea de trabajo interna cuyo objeto de estudio era la evolución de la red de acceso de UMTS, denominada como UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network). Formalmente, la nueva red de acceso recibe el nombre de E-UTRAN (Evolved UTRAN) aunque muchas veces se utiliza también el término LTE en las especiﬁcaciones como sinónimo de E-UTRAN. Asimismo, en lo concerniente a la red troncal, 3GPP utilizó el término SAE (System Architecture Evolution) para referirse a las actividades de estudio relacionadas con la especiﬁcación de una red troncal evolucionada de conmutación de paquetes. Formalmente, dicha red troncal se denomina EPC (Evolved Packet Core) o también Evolved 3GPP Packet Switched Domain, y de la misma forma que pasa con la red de acceso, es común encontrar el término de SAE como sinónimo de EPC. La combinación de la red de acceso E-UTRAN y la red troncal EPC es lo que constituye la nueva red UMTS evolucionada y recibe el nombre formal de EPS (Evolved Packet System). Son muchas las variantes que LTE introduce en relación a sistemas de comunicaciones móviles previos, sin embargo dos aspectos relevantes que cabría destacar son que en LTE, por primera vez, todos los servicios, incluida la voz, se soportan sobre el protocolo IP, y que las velocidades de pico de la interfaz radio se sitúan dentro del rango de 100 Mbps y 1Gbps, ampliamente superiores a las conseguidas en los sistemas predecesores [17].. 18.

(34) CAPÍTULO 1 Arquitectura LTE El Release-8 estandariza una solución caracterizada por el aplanamiento y la eliminación de nodos intermedios como el RNC (Radio Network Controller) o el SGSN (Serving GPRS Support Node). El plano de usuario se conecta mediante túnel directo entre la estación base, que recibe el nombre de eNodeB (Nodo B evolucionado) e implementa las funciones radio y la pasarela SAE GW, que da salida hacia las redes públicas de datos. A través de la interfaz S5, la pasarela SAE GW puede dividirse en dos nodos separados, llamados S-GW (Serving - Gateway) y PDN-GW (Public Data Network - Gateway). En este caso, S-GW es el nodo que termina la interfaz del plano de usuario hacia la red de acceso radio. Para cada terminal de usuario asociado con el EPC, hay un único S-GW asignado en cada momento que actúa como punto de anclaje local para la movilidad entre redes 3GPP. Por su parte, PDN-GW es el nodo que termina la interfaz hacia las redes públicas de datos. Si un usuario está accediendo a múltiples redes PDN, puede haber más de un PDN-GW asignado a él, actuando como punto de anclaje para movilidad hacia redes no-3GPP y aplicando las políticas de utilización de red para el tráfico de usuario. En el núcleo de red también se implementa una entidad de señalización exclusivamente, el nodo MME (Mobility Management Entity), que permite gestionar la movilidad e interconexión con otros accesos de red. El MME también realiza labores de autenticación y autorización, rastreo de usuarios en modo idle y señalización no ligada al acceso. El hecho de implementar un elemento de red separado para la señalización facilita a los operadores la posibilidad de dimensionar la señalización y el tráfico de manera independiente. Una de las ventajas fundamentales de esta arquitectura de red es el hecho de estar definida como evolución de las redes 2G y 3G, ya que permite una total interconexión e interoperabilidad con ellas sin ser necesario implementar unidades de adaptación adicionales [18]. La siguiente figura muestra la arquitectura simplificada de una red LTE.. Figura 1.9. Arquitectura simplificada de red LTE/SAE. (Fuente: [18]). 19.

(35) CAPÍTULO 1 Capacidades potenciales y reales El rendimiento teórico por sector LTE es 326 Mbps, asumiendo un ancho de banda de 20 MHz y antenas MIMO 4x4 (Multiple-input/multiple-output). Sin embargo, esas cifras representan el escenario ideal en realidad depende de muchos factores, el rendimiento promedio en un sector puede variar de 10 Mbps a 100 Mbps. Estos factores determinantes son amplios y pueden incluir la tecnología de interfaz de aire, distancia de la estación base, el ruido y la interferencia, las condiciones atmosféricas, la topología y la geografía del sector, el espectro, la banda, y la existencia de QoS de los servicios habilitados, sólo para nombrar algunos. Además, el número de hogares posible, de un sector dependerá de varios factores, incluyendo la densidad de viviendas, el tipo de construcción, topografía, la banda de frecuencias utilizadas por el operador, otros tipos de servicios utilizados por ese espectro, y el rendimiento típico que el operador desea ofrecer. Mientras que la red LTE podría ser dedicada a la cobertura de los hogares, muy probablemente, esta capacidad también pueda servir a los usuarios móviles que pasan por la zona, estos usuarios consumen ancho de banda también. Como alternativa, varios escenarios para dar cobertura de banda ancha inalámbrica al hogar deben ser considerados [19].. Macro cobertura En este escenario, una estación base (eNodeB) cubre cientos de hogares, como promedio El ancho de banda disponible para una casa es igual a la capacidad del sector eNodeB dividido por el número de hogares cubiertos. Por ejemplo, suponiendo que una macro célula sirve a 100 hogares, cada familia recibiría 0.1 a 1 Mbps de ancho de banda promedio. Sin embargo, los hogares lejos de la estación base pueden recibir menos capacidad que los hogares más cerca. Es razonable esperar que la mayoría de los hogares en esta región externa del sector, reciban menos que la cuota media de ancho de banda [19].. Células pequeñas Otro escenario posible es que un operador de red pueda cubrir los hogares con menor número de células pequeñas desplegados para mejorar la cobertura. En este escenario se puede complementar con la macro cobertura existente Suponiendo que las células pequeñas fueron diseñadas para cubrir 10 hogares, serían de 1 a 10 Mbps de ancho de banda promedio por hogar [19].. 1.5.6. Comparativa WiMAX vs LTE Tanto LTE como WiMAX técnicamente son muy similares, las diferencias tienen que ver más con políticas de los propios proveedores de servicios de telecomunicaciones, ya que estos serán los. 20.

(36) CAPÍTULO 1 responsables de cual tecnología emplear, para posteriormente hacer una fuerte inversión de miles de millones de dólares para ver cristalizada la infraestructura de su red de cuarta generación. Un punto a favor de WiMAX, es que es una tecnología madura y que está basada en estándares. Mientras que LTE es una tecnología relativamente nueva que está siendo estandarizada, pero que está bien respaldada por la 3GPP. Pero ambas, son tecnologías prometedoras que brindarán a los usuarios velocidades nunca imaginadas en el mundo de la telefonía móvil. En el Anexo B se muestra una tabla comparativa entre las dos tecnologías.. 1.6. Redes de acceso de Fibra Óptica La red de fibra hasta el usuario es la tecnología de acceso fijo más avanzada desde el punto de vista técnico. Esto se evidencia en características tales como: capacidad casi ilimitada; bajas pérdidas de transmisión que le proporcionan gran alcance y posibilidad de división de potencia; pequeño diámetro y peso, facilitando muchos aspectos importantes a la hora de la instalación; resistencia a entornos agresivos: penetración de agua, rayos, interferencias electromagnéticas, entre otros y unido a todo esto, el continuo descenso de los costos asociados a los láseres. Entre las redes de acceso por fibra óptica más usadas por los operadores están Ethernet activa punto a punto y xPON.. 1.6.1. Configuraciones Punto a Punto. Ethernet Activa Las configuraciones punto a punto tienen una primera aplicación en el acceso a empresas. Hay que señalar que estas configuraciones de acceso basadas en fibra a empresas punto a punto han tenido distintas configuraciones como ESCON (Enterprise System Connection), FICON (Fiber Connectivity), Fibre Channel, SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Todas ellas en la actualidad están siendo o serán sustituidas por Ethernet Activa de 1 Gbps y 10 Gbps [8]. Pero las configuraciones de acceso punto a punto también son elegidas por algunos operadores para el acceso residencial [20]. Los argumentos a favor de esta elección son: por un lado la flexibilidad de introducir nuevos servicios de mayor ancho de banda en el futuro. Por otro, poder realizar esta ampliación particularizando para cada usuario, dado que se puede actualizar el equipo de central y puesto que Ethernet aporta capacidades compatibles con las inferiores, los equipos de cada usuario se pueden ir actualizando según requiera los nuevos servicios. De esta forma se puede diferenciar el servicio de los usuarios más exigentes y que por tanto producen mayores ingresos. Aunque una topología punto a punto requiere una fibra por usuario desde la central, el costo de la fibra y su tendido no repercute de forma importante siempre que exista espacio en los conductos para el tendido de los nuevos cables de fibra óptica y no haya que desplegar nuevos conductos. Las mismas consideraciones se pueden hacer para casos de tendido aéreo sobre rutas de postes existentes.. 21.

(37) CAPÍTULO 1 Más significativo desde el punto de vista del costo es la repercusión de tener una terminación de línea óptica por abonado en la central y el espacio y consumo del equipo necesario en la central. Estos accesos Ethernet punto a punto sobre fibra cumplen con el estándar IEEE 802.3ah. En la Tabla 1.2 se muestran los tipos de soportes de transmisión y sus velocidades. Tabla 1.2. Tipos de soportes de transmisión Tipo. Velocidad. Abaste. Tipo de Fibra. 1000 Base-LX. 1 Gbps. 5 km. Monomodo. 1000 Base-X. 1 Gbps. 10 km. Monomodo. 100 Base-X. 100 Mbps. 10 km. Monomodo. Fibra punto a punto. Topología Punto a Punto Home Run Fiber En esta topología, una fibra dedicada desde una unidad Terminal de Línea Óptica (OLT-Optical Line Terminal), en la Oficina Central (CO-Central Office) se conecta a un Terminal de Red Óptica (ONT-Optical Network Terminal) en cada sitio. Ambos, OLT y ONT son dispositivos que están activos o encendidos, y cada uno está equipado con un láser óptico. Los suscriptores pueden estar tan lejos como 80 km desde la CO u OLT, y a cada suscriptor se le provee un “conducto” dedicado, el cual provee un ancho de banda bidireccional al máximo. A largo plazo, Home Run Fiber es la topología más flexible. Sin embargo, puede ser menos atractiva al considerar los costos de la Capa Física. Debido a que una fibra dedicada se despliega a cada sitio, Home Run Fiber requiere la instalación de una mayor cantidad de fibra que cualquier otra opción. El precio de la fibra y el tamaño del grupo de fibras en la OLT puede hacer que esta red sea costosa e inconveniente en muchas áreas de servicio [21]. En la Figura 1.10 se muestra la topología típica de este tipo de red de acceso.. Figura 1.10. Topología Home Run Fiber. 22.

(38) CAPÍTULO 1 Topología Punto a Punto Active Star Ethernet (ASE) En la topología ASE, varios sitios comparten un alimentador de fibra a través de un nodo remoto ubicado entre la CO y los sitios atendidos. Dispositivos electrónicos ópticos (conmutadores), se instalan en el sitio remoto para proveer acceso. El nodo remoto puede ser compartido entre cuatro y mil hogares a través de enlaces de distribución dedicados desde el nodo remoto. Los suscriptores ASE pueden estar tan lejos como 80 km del nodo remoto, y cada uno de ellos adquiere un “conducto” dedicado que provee un ancho de banda bidireccional al máximo. ASE reduce la cantidad de fibra desplegada, reduciendo los costos al compartir la fibra. Es similar a las topologías de cobre actuales y es más probable que sea aceptada por los diseñadores de redes actuales. Ofrece los beneficios de la tecnología Ethernet Óptica estándar, presenta topologías de red más simples, y admite una gama de soluciones CPE (Customer Premises Equipment). Además, provee una gran flexibilidad para un crecimiento futuro [21]. Esta topología se muestra en la Figura 1.11.. Figura 1.11. Topología Active Star Ethernet. Ventajas y desventajas de las tecnologías Ethernet Activa punto a punto La tecnología Ethernet Activa punto a punto permite ofrecer un abanico muy amplio de servicios de comunicaciones como la telefonía, la transmisión de datos a gran velocidad, el acceso a Internet, los servicios interactivos, la videoconferencia, las aplicaciones p2p (point-to-point), etc.. 23.