Tecnologías de Acceso

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1 Walc2002 Santo Domingo, mayo 2002 Tecnologías de Acceso Ermanno Pietrosémoli Escuela Latinoamericana de Redes Universidad de los Andes Mérida - Venezuela 1

2 Agenda Técnicas de multiplicidad Estándares Red de Acceso y Red de Transporte xdsl, Ethernet en la primera milla Transmisión Inalámbrica, terrestre y satelital IrDA Bluetooth Microondas WLL Spread Spectrum UWB 2

3 Técnicas de Acceso FDMA: Frequency Division Multiple Access TDMA:Time Division Multiple Access CDMA: Code Division Multiple Access SDMA: Space Division Multiple Access 3

4 Comparación de Técnicas de Acceso TIME A cada usuario se Le asigna una frec. distinta TIME User 3 User 2 User 1 Varios usuarios utilizan El mismo canal de frec. secuencialmente Las ranuras de tiempo se repiten CODE FDMA FREQUENCY TDMA FREQUENCY SDMA TIME User 3 User 2 User 1 CDMA o Spread Spectrum FREQUENCY 4

5 Técnicas de Bilateralidad FDD: Frequency Division Duplexing TDD:Time Division Duplexing CDD: Code Division Duplexing 5

6 CDMA 6

7 Espectro de una señal Frequency Hopping Potencia de la Señal frecuencia Señal saltando a diferentes frecuencias en diferentes instantes tiempo 7

8 Cómo combatir los errores en transmisión Códigos de detección de errores Protocolos ARQ (Automatic Repeat Request) Códigos de corrección de errores FEC Todos implican redundancia! 8

9 Evolución de las Comunicaciones: 1919 Llamadas telefónicas transcontinentales, sobre un par de hilos, amplificadores de tubos 1946 Multiplexing, 1800 circuitos b. sobre coaxial 1978 Último cable coaxial instalado en USA, 132 kct 1950 Microondas, circuitos bilaterales 1981 Radio de microondas, circuitos 1958 Cable coaxial submarino, 72 canales bilater Cable coaxial submarino canales bilater Cable de fibra óptica submarino 280 Mb/s 1999 Transmisión a 80 Gb/s 2000 Transmisión a 3.28 Tb/s a 300 km 2001 Transmisión a 100 Tb/s 9

10 Crecimiento: Crecimiento anual compuesto sobre la vida útil: Cable coaxial terrestre 14.4% Microondas terrestres 11% Fibra Submarina 67% Fibras terrestre y satélites geoestacionarios, 35%!Pero las tarifas telefónicas no bajaron con la misma velocidad! Los gastos de mercadeo de AT&T aumentaron 10 veces entre 1983 y Source:Rate Expectations, by Michael Noll, Tele.com, March 6,

11 Redes de Telecomunicaciones Red de Transporte (larga distancia) Red de Acceso, también llamada la última milla, o la primera milla 11

12 Redes de Telecomunicaciones 12

13 ORGANIZACIONES QUE GENERAN ESTANDARES de jure: ITU-T International Telecommun. Union (antes CCITT) ISO International Standards Organization IEC International Electrotechnical Commission ETSI European Telecom. Std. Institute CEN/CENELEC Com. Europeene de Norm. Elect. ANSI Amer. Nat. Standards Institute NIST National Institute for Std. & Technology CITEL Comisión Interamericana de Telecomunic. 13

14 ORGANIZACIONES QUE GENERAN ESTANDARES de facto: IEEE ECSA EIA TIA SPAG OSF IETF ATM Int. Instit. of Electrical & Electronic Eng. Exchange Carriers Standards Assoc. Electronic Industry Association Telecom. Industry Association Standards Promotions & Appl. Group Open Software Foundation Internet Engineering Task Force Forum BELLCORE Bell Communications Research, ahora Telcordia ECMA European Computer Manufacturers Assoc. CEPT Conf. European of Posts et Telecomm. 14

15 Red de Transporte Hoy en día estas redes son principalmente de fibra óptica, utilizando ATM sobre SONET/SDH y algunas veces IP sobre fibra directamente También se utilizan satélites, por su facilidad para salvar grandes distancias y no requerir derecho de vía Todavía existen en muchos países redes de microondas terrestres, sea analógicas o digitales 15

16 Red de Transporte Operadas casi siempre por empresas telefónicas, sea estatales o privadas Las velocidades llegan a 10 Gbit/s, pero con la introducción de la técnica de DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), se pueden alcanzar hasta 800 Gbit/s en un solo par de fibras 16

17 Red de Transporte Empiezan a aparecer también redes específicas para transmisión de datos, generalmente basadas en IP y en enrutadores de alta velocidad Particular mención merecen los enrutadores ópticos, que asignan rutas basadas en longitudes de onda 17

18 Jerarquías Sincrónicas Opticas: OC (Sonet( Sonet) ) y STM (SDH) OC Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps STM-1 STM-3 STM-4 STM-6 OC Mbps OC Mbps OC Mbps STM-16 18

19 Consideraciones sobre el Acceso: Hasta el 50% del costo total de un circuito está en la red de acceso, o primera milla Mientras las WAN s han visto grandes avances con la introducción de Frame Relay, Fibras Opticas y ahora enrutamiento óptico, los avances en la red de acceso son menos espectaculares 19

20 Estrangulamiento del Tráfico Típicamente se tiene una red local de alta velocidad conectada mediante un canal muy lento a una red de larga distancia de alta velocidad Este constituye el cuello de botella en países como USA. Para la mayoría de los países latinoamericanos hay un cuello de botella adicional en el acceso al punto de presencia Internet (POP) 20

21 Red de Acceso Para bajas velocidades la solución más difundida es mediante módems y líneas telefónicas También se utilizan diferentes tecnologías inalámbricas, sea ad hoc o basadas en telefonía celular 21

22 Tendencias Tecno-económicas económicas 0 Los costos de transmisión, procesamiento y almacenamiento...tienden a cero Las Redes......convergen en una! time Dispositivos Conectados Ubicacaciones Transacciones Aplicaciones Complejidad Requerimientos de ancho de banda...tienden a infinito 22

23 Red de Acceso Para altas velocidades (broadband) hay una gran variedad de alternativas que se pueden agrupar en tres categorías: Basadas en líneas telefónicas Basadas en sistemas de televisión por cable Sistemas inalámbricos, terrestres o satelitales, ópticos o de radio 23

24 Red de Acceso Basadas en líneas telefónicas: Se conocen como DSL (Digital Subscriber Lines), Líneas Digitales de Suscritor de la que existen varias variantes tales como ADSL, VDSL, HDSL etc, agrupadas bajo la denominación genérica xdsl 24

25 Red de Acceso xdsl Utilizan técnicas de modulación avanzadas para transmitir hasta 8 Mbit/s sobre un par telefónico común Sólo los abonados a poca distancia de la central telefónica pueden usufructuar este servicio Las líneas deben ser de buena calidad y no estar pupinizadas 25

26 Red de Acceso xdsl Se requieren considerables inversiones de equipos terminales en la central telefónica y el usuario tiene que adquirir un módem especial Son compatibles con el uso convencional del teléfono, incluso simultáneo a la conexión de datos 26

27 ADSL La variante asimétrica de xdsl es la más difundida, y está estandarizada Suministra tres canales 1 canal descendente de hasta 8 Mb/s 1 canal ascendente de hasta 640 kb/s Un canal de voz convencional (POTS) o canal ISDN 27

28 ADSL Separación de los tres canales 28

29 ADSL Distancias Máximas Tasa de trans. Calibre Distanc. Diámetro Distanc. km 1.5 or 2 Mbps 24 AWG 18,000 ft 0.5 mm 5.5 km 1.5 or 2 Mbps 26 AWG 15,000 ft 0.4 mm 4.6 km 6.1 Mbps 24 AWG 12,000 ft 0.5 mm 3.7 km 6.1 Mbps 26 AWG 9,000 ft 0.4 mm 2.7 km 29

30 Ethernet en la primera Milla OAM: Operación, Administración y Mantenimiento 30

31 Ethernet punto a punto se ha utilizado con éxito durante la última década 31

32 Alternativas para la primera milla óptica 32

33 Ethernet Pasiva Sobre Red Optica Ethernet óptica en sus variantes Punto a Punto (P2P) y Punto a Multipunto (P2MP) es adecuada para acceso local. Objetivos de EPON : PHY para PON >=10 km Distancia del suscritor al POP 1000 Mbps - standard Gigabit Ethernet SMF Fibra Monomodo >=1:16 Mínimo de 1 a 16 derivaciones 33

34 Por qué Acceso Inalámbrico? Independiente de la infraestructura telefónica Variedad de velocidades de transmisión Instalación mucho más rápida y económica Inversión distribuida en el tiempo Facilidad de salvar obstáculos, no requiere derecho de paso, menos sujeto a robo y vandalismo 34

35 Redes de Area Local Inalámbricas Ancho de banda de varios MHz, alcance de cientos de metros El alcance se puede extender a decenas de kilómetros utilizando antenas externas y/o amplificadores Se prestan para todas las aplicaciones de teleinformática, incluyendo Video y telefonía IP, gracias al bajo retardo. 35

36 Redes de Area Local Inalámbricas Espectro Utilizado Bandas de uso libre: ISM, UNI Sujetas a interferencias, económicas Bandas sujeta a licencia: MMDS, WLL, LMDS Garantías de calidad en condiciones de línea de vista 36

37 Transmisión vía Satélite Alcance de miles de kilómetros Retardos de propagación pueden ser altos Anchos de banda variables Flexibilidad de cobertura en cualquier parte del planeta Pueden soportar aplicaciones fijas o móviles 37

38 Transmisión vía Satélite Tipos de Orbitas: Geostacionaria (GEO) De Orbita baja (LEO) De Orbita Mediana (MEO) 38

39 Transmisión vía Satélite GEOESTACIONARIOS: Ubicados en el plano ecuatorial, con 3 satélites se puede cubrir el globo A km de la superficie, el retardo de propagación es de ¼ de segundo Los terminales terrestres bilaterales son costosos 39

40 Inmarsat,, Comsat 2400bps para datos 40

41 Transmisión vía Satélite De Orbita Baja: Se requiere de decenas de satélites para cubrir el globo Como están a corta distancia, el terminal terrestre es económico, se presta para movilidad La transferencia de la señal de un satélite a otro requiere instalar enrutamiento en los satélites o apoyarse en estaciones terrenas 41

42 Transmisión vía Satélite De Orbita Media: Se requiere de menos satélites para cubrir el globo Como están a corta distancia, el terminal terrestre es económico, se presta para movilidad La transferencia de la señal de un satélite a otro requiere instalar enrutamiento en los satélites o apoyarse en estaciones terrenas 42

43 Transmisión Inalámbrica Infrarrojo: distancia corta y muy directivo PAN (Personal Area Network): BT, LAN: , HiperLAN, Home RF Bandaancha: , MMDS, LMDS, BRAN, Hiperaccess WAN: Sistemas Celulares, CDPD, 3G 43

44 Redes Locales Inalámbricas: Banda Esparcida En la actualidad se puede transmitir a 11 Mbps, con recorte automático de velocidad cuando baja la calidad de recepción. Se puede utilizar la técnica de Secuencia Directa (DSSS) o la de Salto de Frecuencia (FHSS). Transmiten en half duplex.con antenas de 24 db de ganancia se alcanzan decenas de km en condiciones ideales. 44

45 Redes de Area Local Inalámbricas Variantes: Salto de Frecuencia, FHSS (Frequency Hopping) Secuencia Directa, DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Infrarrojos Se popularizaron gracias al establecimiento del estándar IEEE en

46 Redes de Area Local Inalámbricas b Velocidad bruta de transmisión: 11Mbps, 5.5 Mbps, 2 Mbps y 1 Mbps, ajustadas automáticamente Sólo Secuencia Directa Garantía de interoperabilidad Wi-Fi, establecida por WECA 46

47 Ejemplo de una red LAN con conexióna una red inalámbrica Wide Area Network (WAN) 47

48 Ejemplo de Productos Ethernet Converter Adaptador tipo ISA o PCI Tarjeta IEEE b Wi-Fi Equipo AP1000, COR 1100 o ROR

49 LAN LAN Mini ROR Roaming PC Router COR 1100 Point to Point Wide Area Network (WAN) Internet, Data, VoIP, etc. COR 1100 Ejemplo de una red Wireless LAN 10/100 Mbps NOC Router Rx/Tx Estación Terrena 49

50 Redes de Area Extendida Inalámbricas Estación Base Requerimientos Estación Remota o de suscritor (CPE) 50

51 Redes de Area Extendida Inalámbricas Estación Base Antena omnidireccional o sectorial Amplificador (opcional) Cable coaxial de baja pérdida Protección contra descargas atmosféricas Convertidor de conectores Radio-módem PC-Card (PCMCIA) Enrutador, Puente o Punto de Acceso 51

52 Redes de Area Extendida Inalámbricas Estación Remota Antena Direccional Amplificador (opcional) Cable coaxial de baja pérdida Protección contra descargas atmosféricas Convertidor de conectores Radio-módem PC-Card (PCMCIA) Enrutador, Puente o PC 52

53 Transmisión Inalámbrica MAN Interfaz de Aire 10~66 GHz Coexistencia Interfaz de Aire 2~11 GHz, frecuencias permisadas. Wireless HUMAN (High Speed Unlicensed MAN), en desarrollo 53

54 Alternativas en Bandaancha Inalámbrica A frecuencias mayores de 10 GHz, incluyendo las bandas LMDS en varias partes del mundo, el alcance está limitado a unos 3 km por lo que los clientes potenciales son comerciales, en áreas de alta densidad de población Gran atenuación por fenómenos atmosféricos Las frecuencias inferiores a 10 GHz son menos afectadas por los meteoros, por lo que permiten rangos de hasta 50 km 54

55 IEEE a 5 GHz, ratificado en b 11Mb 2.4 GHz, ratificado en d Dominios de regulación adicionales e Calidad de Servicio (QoS) f Inter-Access Point Protocol (IAPP) g Velocidades mayores ( GHz h Mecanismos de selección dinámica de canal y control de potencia de Tx i Autenticación y Seguridad 55

56 Accceso Inalámbrico de Banda Ancha 56

57 Local Multipoint Distribution Services (LMDS) Frequencias: 20 GHz to 39 GHz Distancias: 2 a 5 km desde la estación base Throughput: hasta 1.5 Gbit/s downstream y 200 Mbit/s upstream 57

58 Suplidores de LMDS Alcatel SA DMC Stratex Networks, Inc. Ensemble Communications Ericsson Inc. Floware Wireless Systems Ltd. Harris Corp. Hughes Network Systems 58

59 MMDS: Multi-channel Multi- point Distribution Service Frequencias: 2.1 GHz y 2.5 a2.69 GHz Distancias: hasta 50 km desde laestación base Throughput: 128 kbit/s hast 30 Mbit/s 59

60 Suplidores de MMDS ADC Telecommunications Inc. Andrew Corporation California Amplifier Cisco Systems Inc. Hybrid Networks Inc. Remec Third-Rail Technologies Wi-LAN Inc. 60

61 Suplidores de LMDS Giganet Ltd. Netro Corp. Nortel Networkshttp://www.nortel.com SpectraPoint Wireless LLChttp://www.spectrapoint.com Triton Network Systems Inc.http://www.tritonnetwork.com WaveTrace Inc. 61

62 IrDA Infrared Data Association Velocidad de 4 Mbps (FIR-4Mbps) con una nueva versión VFIR-16 Mbps El precio del grupo de chips bajó de $5 a $1.5 en 3 años Mas de 100 millones de dispositivos equipados con IrDA, incluyendo notebooks, laptops, PDA s, cámaras, impresoras teléfonos celulares y juguetes electrónicos 62

63 IrDA Ventajas: Es la solución de enlace inalámbrico mas rápida, mas pequeña,mas barata y que consume menos potencia Ya implementada en Windows XP,2000,98,95, CE, Linux y Mac OS Programa de interoperabilidad plena 63

64 Sistemas Opticos Inalámbricos Fiberless Optic, Optical Wireless, OFS Ancho de banda hasta 10 Gbit/s Alcance de hasta 4 km, en climas favorables No necesitan derecho de paso ni permiso para el uso de las frecuencias La lluvia, nieve y neblina pueden bloquear la comunicación 64

65 Impacto de la frecuencia en Sistemas Inalámbricos La velocidad de transmisión es proporcional a la frecuencia El ensanchamiento del haz es inversamente proporcional a la frecuencias Las dimensiones de la antena son inversamente proporcionales a la frecuencia La transmisión Optica Espacial tiene una ventaja de cuatro órdenes de magnitud 65

66 Ejemplo de sistema OW Transmisor basado en LED (mayor durabilidad, menor impacto retinal) 155 Mbps Margen de desvanecimiento de 30 1 km MTBF de 25 años Alineación automática en tiempo real 66

67 Ejemplo de sistema OW Múltiples haces (4Tx,1Rx) 1550nm 2.5 Gbps, BER 12 con alta visibildad a 3 km 67

68 Ejemplo de sistema OW de Texas Instrument, que utiliza MEM, 100 Mbps 68

69 Suplidores de Sistemas Opticos Espaciales Astro Terra Corp. Cannon LightPointe Communications Inc. Jolt Ltd. OrAccess Inc. Pav Data Systems TeraBeam Corp. Key Mesh Vendor AirFiber Inc. Texas Instrument 69

70 Transmisión por cables de energía Limitada a la zona servida por el mismo transformador (220V tiene un número mayor de clientes que 110V) Velocidad máxima de 14 Mbit/s, utilizando las frecuencias entre 9 khz y 20 MHz Interferencia a recepción de radio y de aparatos eléctricos Se puede utilizar Spread Spectrum para combatir el ruido 70

71 Transmisión por cables de energía 71

72 Transmisión por cables de energía: Adaptive Networks (ANI) Powerline Communications Networking Tasas de hasta 100 kb/s, nominal 268 kb/s Utiliza Spread Spectrum, sincronización y ecualización adaptativa Interfaces RS-232, seriales y paralelas Basada en un esquema de paso de Token en la capa MAC 72

73 Home Plug Alliance April 2002 issue of PC World magazine 73

74 Home Plug de Linksys Puente EtherFast 10/100 Adaptador USB Ambos tienen un precio $149 Criptografia DES, más robusta que RC4 Tasa de Transmisión nominal de 14 Mbps, probado en una condominio de 29 apartamentos 74

75 Transmisión por cables de energía Suplidores:

76 Rooftop Community Network Es una red inalámbrica en la que cada uno de los nodos sirve de relevo para otras estaciones, en una arquitectura entrelazada donde hay siempre mas de un camino para alcanzar cada estación. El software se encarga de realizar el enrutamiento automático y de cambiar la ruta cuando haya una falla en alguna trayectoria 76

77 Rooftop Community Network Usa las bandas de frecuencia ISM y el software IROS (Internet Radio Operating System). Se conecta al computador mediante el puerto serial y cada nodo funge como repetidor para los nodos adyacentes. 77

78 Rooftop Community Network Características Retardo de propagación variable, dependiendo del tamaño de la red Capacidad: Bilateral simultánea con tasas de transmisión desde 115 kbit/s hasta 10 Mbit/s Alcance: 8 km en la modalidad multipunto a multipunto, 18 km punto a multipunto, y 45 km en punto a punto Costo: $500 por Internet radio y antena 78

79 Bluetooth Especificación Global para conectividad Inalámbrica de corto alcance Reemplaza los cables y alambres y favorece la interconctividad entre dispositivos de muchos fabricantes 79

80 Bluetooth Modalidades de uso: telefónico En el hogar funciona como un telefóno inalámbrico, que conecta a la línea convencional En la calle funciona como un teléfono celular Cuando está en la proximidad de otro aparato Bluetooth, se conecta con éste sin costo porque no utiliza la infraestructura telefónica 80

81 Bluetooth Modalidades de uso: Acceso a Internet Un laptop o PDA equipado con Bluetooth se conecta a la Internet mediante otro dispositivo Bluetooth en: La Oficina: A cualquier computador conectado a la red local con acceso a Internet En la calle, mediante un teléfono celular En ambientes públicos como aeropuertos, se conecta a la red telefónica terrestre, POTS, ISDN, xdsl 81

82 Bluetooth Modalidades de uso: Intercambio de Archivos Los participantes de una conferencia dotados de dispositivos Bluetooth podrán intercambiar información directamente entre sí, (tarjetas de presentación, gráficos, comentarios, etc.) También pueden establecer una PAN o piconet 82

83 Bluetooth Modalidades de uso: Sincronización Automática Al entrar a la oficina las agendas de su PDA, laptop y teléfono celular se sincronizan automáticamente con la de su computador 83

84 Bluetooth Se producen 1600 saltos de frecuencia por segundo, ocupando 79 frecuencias separadas en 1 MHz, para una tasa nominal de 1 Mbit/s Utiliza multiplexaje por división de tiempo para permitir una transmisión bilateral simultánea (full duplex) 84

85 Bluetooth Emplea una combinación de conmutación de circuitos y conmutación de paquetes Soporta transmisión sincrónica y asincrónica, simétrica y asimétrica Hasta 3 canales de voz a 64 kbit/s, simultáneamente a la transmisión de datos 85

86 Bluetooth: Protocolos RFCOMM es un protocolo que emula una línea serial sobre un enlace de RF. Está basado en ETSI y utiliza las señales de control y de datos de RS-232 WAP es un protocolo para microbrowser, permite el acceso a páginas web mediante PDA s, teléfonos con pantalla, y otros dispositivos con escaso poder de procesamiento. 86

87 Comparación entre IrDA y Bluetooth Ambas soluciones utilizan el mismo protocolo de capa superior, el OBEX, pero difieren en la capa física. El alcance de IrDA es de 1 m mientras que Bluetooth llega 10 m y puede llegar a 100 m Enfoque de autentificación distinto 87

88 IrDA Bluetooth Cualquier objeto opaco bloquea la transmisión Diseñada para P-P Angulo de cobertura de 30 grados Tasa de transmisión de 4 Mbit/s, migración a 16 Mbit/s La señal atraviesa objetos sólidos siempre que no sean metálicos. P-MP No es necesaria la existencia de línea de vista. Soporta hasta 8 dispositivos por PAN 88

89 IrDA Bluetooth Base instalada de 50 millones de unidades Intercambio de tarjetas de presentación Costo de $2 por dispositivo Soporta servicios sincrónicos y asincrónicos, por lo que se integra fácilmente con TCP/IP Sincronización de teléfono y PDA 89

90 Ultra Wide Band UWB es una técnica de transmisión donde la información es transportada modificando alguna característica de una secuencia de impulsos de muy alta velocidad, ocupando un ancho espectral de varios GHz, pero con muy poca potencia por lo que puede coexistir con usuarios ya establecidos del espectro. 90

91 Ultra Wide Band Proviene de la tecnología del radar y de aplicaciones militares Se puede utilizar para comunicaciones, para detección de objetos y para localización Permite transmitir a decenas de Mbit/s con cientos de usuarios simultáneos y resistente a la intrusión 91

92 Definición de UWB 92

93 Ejemplo de UWB 93

94 Comparación de IEEE , Bluetooth, y UWB 94

95 Recapitulación de tecnologías existentes en el mercado XDSL: buen opción, tanto para empresas como para individuos Cable Modem: para suscritores residenciales, no recomendable para empresas e instituciones : susceptible a interferencias por ser bandas de uso libre, económica y rápida MMDS, WLL: buena opción, sistemas existentes exigen linea de vista 95

96 Recapitulación de tecnologías existentes en el mercado LDMS: sólo para grandes empresas, muy costoso Radio punto a punto: costoso, no puede crecer OW, Free Space Optical, Fiberless Optic: para distancias cortas, susceptible al clima Satélite bidireccional: costoso, nuevas ofertas todavía no probadas Fibra hasta el abonado FTTH, FTTC, FTTB: todavía costosa, pero técnicamente la mejor solución, aunque susceptible a backhoe fade 96

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