INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA

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1 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Curso: Redes de Computadoras Datos sobre Sistema de Televisión por Cable Ing. Faustino Montes de Oca Murillo Ing. Guillermo Franz González Picado Enero 2004

2 INDICE GENERAL Datos por Cable 1 Introducción 1 Historia del Módem por cable 6 La Televisión por cable en los Estados Unidos 6 Televisión por cable en la Infraestructura de Información en EE.UU 9 Desarrollos tecnológicos en la Interfaz de Cable 10 Posibles servicios de la Tecnología de Cable 11 Normas 15 Sistema propietario ó DOCSIS 15 Tecnología fibra/coaxial híbrida 15 Características de las Redes HFC 16 Descripción de la tecnología de Cable Módem 17 Televisión por cable 17 Redes de Acceso por Cable módem 17 Servicio Entrega de Internet por cable 18 Desempeño de una plataforma de red compartida 18 Soluciones al Camino de retorno por vía telefónica 19 Funcionamiento del Cable Módem 19 Trayectoria de bajada 23 ii

3 Apéndice A 26 Descripción técnico/gráfica de la norma DOCSIS/MCNS 26 Capa Física 26 Capa MAC 31 Mensajes de mantenimiento de enlace 34 Procedimiento de inserción de cable módem en la trama de subida 34 Distorsión de Intermodulación 35 Inserción exitosa (Continuación del proceso de inserción) 36 Resumen de mantenimiento inicial 37 Apéndice B 38 Esquemas físicos de la cabecera de la compañía de cable 38 Apéndice C 43 Velocidades típicas de diferentes cable módems 43 CONCLUSIONES 44 Bibliografía 45 Referencias en Internet 45 iii

4 Datos por Cable Introducción Los científicos que estuvieron involucrados en la creación del teléfono jamás imaginaron (aún con el éxito tempranero del mismo) que su invención alcanzaría a tantas personas y cambiaría tantas formas de vida. Conforme el mundo creció y se desarrolló, las redes telefónicas en los diferentes países se constituyeron en enormes amalgamas de alambre de cobre que lograron comunicar en segundos a las personas de las diferentes zonas del país y, eventualmente, a diferentes regiones del mundo. En los Estados Unidos, la población creció muy rápidamente y con ella la necesidad de comunicación más rápida y más eficiente para satisfacer las necesidades de una sociedad totalmente identificada con la Revolución Tecnológica y la Revolución Industrial. Con la era de la computadora y, tiempo después, la era de Internet se hizo evidente el interés por crear un canal de comunicación mucho mas efectivo que el que se había estado empleando hasta entonces para interconectar las diferentes terminales alrededor del mundo: la red telefónica. El ancho de banda limitado de esta red se convirtió en un inconveniente importante al aumentar la cantidad de computadoras enlazadas a la red internacional. Además, era claro que el mundo estaba dispuesto a realizar todas sus transacciones comerciales, gran parte de sus relaciones sociales, sus intercambios de información y hasta sus juegos a través de la red y, de esa forma, convertir a la Internet en el medio universal de comunicación. Por consiguiente, la búsqueda de una infraestructura de comunicación más adecuada para este creciente mundo virtual se convirtió en el norte de muchas compañías de redes y de computadoras. Afortunadamente, una red que estaba en capacidad de manejar esta demanda de transmisión de datos con un alto grado de calidad ya había sido desarrollada por otro sector de la industria. La infraestructura de televisión por cable se ha desarrollado increíblemente durante los últimos 20 años y actualmente esta en capacidad de alcanzar al 97% de la población de Estados Unidos. La red telefónica, aún cuando es más extensa y cubre una cantidad ligeramente mayor de población, es mucho más vieja y difícil de optimizar en lo concerniente a proveer el ancho de banda mayor que requiere el comercio. Además, las compañías de cable paulatinamente han adoptado tecnologías híbridas óptico/coaxiales de alta velocidad como SONET (Synchronous Optical Network) para mejorar su infraestructura de transmisión de datos. En un principio, las compañías de cable optaron por desarrollar sus propios tecnologías para la transmisión de datos a alta velocidad en sus redes. Sin embargo, la inexistencia de un estándar de comunicación llevó a estos desarrollos tempraneros a tener un éxito limitado. Esto se debía a que esa tecnología propietaria que estaban desarrollando resultaba costosa, técnicamente elevada, ofrecía pocas posibilidades de futuras ampliaciones en los servicios y caían en una obsolescencia prematura. Recientemente, las compañías de cable de Norteamérica formaron un consorcio conocido como el Multimedia Cable Network System (MCNS) para perseguir un estándar para la transmisión de datos de alta velocidad a través de las líneas de cable existentes. En marzo de 1997, estas compañías de cable estuvieron de acuerdo en adoptar un nuevo estándar para la transmisión de datos a alta velocidad conocido como DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) para convertirlo en el estándar industrial en Norteamérica con miras a una estandarización mundial a corto plazo. Esta decisión abre las puertas a las diferentes 1

5 compañías para desarrollar las herramientas necesarias para implementar sistemas comerciales de cable módem de bajo costo. La infraestructura de televisión por cable hoy en día se constituye en una compleja red de cables de fibra óptica, ejes de red, cables coaxiales, interruptores, amplificadores de RF, moduladores, demoduladores, codificadores, decodificadores y demás, que le permiten a millones de personas disfrutar de un servicio de televisión superior. Los proveedores de cable reciben señales de satélites y otras fuentes y después bombean esa información en la red preexistente. La Base de la compañía toma las señales codificadas provenientes de las estaciones de televisión, las decodifica y, si es necesario, las vuelve a codificar individualmente para cumplir con algún estándar de seguridad propio. Seguidamente, cada señal es modulada a la frecuencia correspondiente al canal que la compañía quiera asignarle para finalmente combinar estas señales en un solo cable. El siguiente paso es amplificar la señal resultante y bifurcarla cuanto sea necesario para hacerla llegar a las distintas zonas de suscripción. Cada señal bifurcada es vuelta a amplificar y enrutada a un transmisor óptico que la introduce en la red de fibra. Esta información es enrutada desde la Base de la compañía (Headend) hasta los ejes de distribución a través de esa red de fibra óptica. Los ejes de distribución redirigen la información hacia los nodos ópticos (cercanos a la zona donde se desea proveer el servicio) en los cuales la información lumínica es convertida en eléctrica y transmitida a través de cables coaxiales. Estos cables pasan por adaptadores de impedancias que bifurcan la señal y conducen la información hasta cada uno de los suscriptores. A esta infraestructura de comunicación se le denomina sistema HFC (Hybrid Fiber/Coax). Figura 1 Infraestructura convencional de CATV 2

6 Figura 2 Infraestructura de CATV (Area suscriptor) En respuesta a esta necesidad de ingresar en el mercado de los servicios de comunicación por cable, Cisco desarrolló el concepto del Enrutador Universal de Banda Ancha o UBR. Este dispositivo se instala de forma totalmente transparente en la Base de la compañía de cable justo antes de la conversión de la señal eléctrica en lumínica y cumple la función de enlace con Internet. Cada UBR puede ser equipado con diversas tarjetas Módem para brindarle servicio a miles de suscriptores. Estos módems poseen transmisores y receptores que le permiten comunicarse con los cable módems que los suscriptores poseen en sus casas. Una vez que la señal de transmisión del UBR se combina con las señales regulares de los canales de la compañía, se mantiene separada de la información de televisión empleando un ancho de banda específicamente designado (de 55 a 750 Mhz). Esto permite a las señales de transmisión del UBR (Downstream signals) hacer uso total de la infraestructura de cable existente debido a que su naturaleza es básicamente la misma de las señales de televisión. De la misma forma, las señales de transmisión de los cable módems (Upstream signals) tienen asignadas sus propias frecuencias en el espectro de la red de cable (de 5 a 42 MHz). Una red de cable en el futuro utilizará la infraestructura de cable de los países y proveerá acceso integral a vídeo, voz y servicios de datos. Estos servicios estarán disponibles en una forma consistente por medio de un ámbito de equipos e incluirá: Difusión de Vídeo Acceso a Internet Vídeo y acceso a Internet integrados 3

7 Servicio de voz Vídeo alterno (material de vídeo complementario a los hasta 500 canales) Vídeo conferencia y aplicaciones corporativas. El servicio de difusión de vídeo permanecerá sin cambios en la arquitectura integral. Este consiste en vídeo digital y vídeo analógico vendidos en servicio básico, premium (películas) y pague por ver (pay-per-view). El acceso a Internet se proveerá por medio de los protocolos de MONS empleando los retornos de datos (información proveniente de las computadoras de los suscriptores y que se dirigen hacia los servidores) por cable y vía telefónica. Este servicio se proveerá mediante computadoras personales vía tarjetas de interfaz de red (NlCs) y cable-módems con base de Ethernet. Adicionalmente, la línea será alimentada en cajas decodificadoras de televisión y otros dispositivos (teléfonos VoIP, etc.). Acceso a Internet y vídeo integrados son la carta de presentación de la arquitectura integrada. Este servicio requeriría un navegador de red integrado a las funciones de las cajas decodificadoras tradicionales. Empleando esta arquitectura, debería ser fácil moverse entre la pasividad de ver vídeo y la participación activa en la red. El servicio de voz podría ser muy similar al servicio telefónico convencional, excepto en el hecho de que inicialmente en caso de una falla eléctrica local, el sistema no podrá permanecer activo. La arquitectura divide la red en tres secciones principales: una red dorsal, una red de acceso y la localidad del suscriptor. Las Bases de las compañías conectan los servicios externos a la red dorsal. Los ejes de distribución conectan la red dorsal con la red de acceso HFC. El equipo de la localidad del suscriptor, incluyendo las cajas decodificadoras y los "gateways" residenciales, conectan la red de acceso HFC la red local del suscriptor. Los protocolos de la red dorsal y el equipo están diseñados para máxima confiabilidad y flexibilidad. El equipo se divide en primera instancia entre bases y ejes de distribución más pequeños. Las señales de satélite y microondas se reciben en la base, se codifican al formato MPEG-2 si es necesario y luego son inyectadas en formato digital a la red dorsal junto con los datos de Internet por equipo de transmisión SONET. Los ejes de distribución reciben las señales digitales y las transforman al formato empleado por la red de acceso. La red de acceso está diseñada para que el costo de los equipos del suscriptor sea el mínimo requerido para entregar los servicios. El equipo en la red de acceso incluye moduladores de radio frecuencia, emisores láser HFC, fibra óptica y amplificadores de radio frecuencia. La inserción de publicidad puede ocurrir en la base, en el eje y hasta en el dispositivo del cliente con HTML. La red local del suscriptor consiste en cajas decodificadoras, cable-módems, computadoras personales, componentes de red y medios de interconexión como Ethernet. El suscriptor se enlaza con la red por medio de un conector coaxial que arrastra servicios de vídeo, voz y datos 4

8 sobre la RF hasta los dispositivos de la red interna (módems, televisores, teléfonos, cajas decodificadoras, etc.). Otros dispositivos que podrían estar conectados a la red interna son teléfonos de VolP (voz sobre el protocolo de Internet), dispositivos de vídeo conferencia, una red de computadoras, dispositivos de WebTV, etc. La voz es convertida al formato de la red telefónica convencional en par trenzado y en un conector RJ-1 1, o procesada en una PC o en un teléfono IP. La red de acceso soporta los tres mecanismos de entrega sobre la estructura de HFC convencional: vídeo analógico, vídeo digital y servicios basados en el protocolo IP. Los servicios basados en el protocolo IP son voz, acceso a Internet y contenido alterno de vídeo en IP. Los servicios IP están fuera de banda respecto a los canales de RF de vídeo digital. El vídeo analógico es el mecanismo de entrega de señal transmitida más importante en el servicio de difusión de vídeo actual. Por consiguiente, debería mantenerse el soporte del mismo como el servicio común denominador entre todos los televisores, cajas decodificadoras y videograbadoras. Ciertas diferencias regionales se dan en el formato de modulación de vídeo (NTSC, PAL, SECAM) y en las frecuencias de RF particulares, pero la aproximación al fin de cuentas viene a ser la misma. El vídeo digital utiliza el formato existente MPEG-2 y QAM (modulación de amplitud en cuadratura). Pueden darse diferencias regionales en el método de corrección hacia el frente empleado: E.U.A utiliza el Annex B mientras que Europa utiliza el Annex A. Existen acuerdos respecto a la compresión MPEG, la codificación de transporte de señal de MPEG y los métodos de encriptado a utilizar, pero no existe un estándar para los sistemas de control de acceso condicional (CAS). El IP (Internet Protocol) se implementa utilizando métodos y protocolos de MCNS: un protocolo de acceso de medio contención/reservación, modulación de señal transmitida por la compañía de cable en formato 64/256-QAM y modulación de la señal transmitida por los cablemódems en formato QPSK/16-QAM. La metodología de MONS se adecua fácilmente al ambiente internacional haciendo que soporte ITU J.83, Annex A y el uso de un ancho de canal de 8 MHz. El acceso a la red, el correo electrónico y la navegación utilizan los estándares reconocidos HTTP, HTML y SMTP. La voz utilizará el mismo protocolo H.323 empleado por la red dorsal. El vídeo sobre IP puede utilizar ya sea el estándar RFC-2038 o cualquiera de los sistemas de transmisión de vídeo empleados hoy en día. 5

9 Historia del Módem por cable La historia del módem por cable en Costa Rica es realmente corta y su importancia en el desarrollo del país todavía no ha trascendido por sus altos costos. A principios del 2000 sólo dos compañías de cable proveen servicios de Internet. Por consiguiente, es vital descubrir sus verdaderos orígenes y evolución para así definir que es lo que se puede esperar de esta tecnología en un futuro no muy lejano. La Televisión por cable en los Estados Unidos Según estadísticas, el servicio de televisión por cable es disfrutado por más de 59 millones de personas en EE.UU lo cual implica una penetración de mercado de más del 63%. El servicio de cable es proveído al 97% de las casas estadounidenses y, además, se espera que su crecimiento de penetración cable continúe en aumento. Debido al éxito que la televisión por cable siempre ha tenido y a que disfruta de una aceptación y un crecimiento muy vigorosos, ha engendrado tecnologías competidoras que incluyen medios de comunicación pregrabados (cintas pregrabadas, venta/arriendo de discos, etc.), satélite de transmisión directa (DBS), y la industria del teléfono Inicios La televisión por cable, anteriormente conocida como Televisión de Antena Comunitaria o CATV, nació en las montañas de Pennsylvania a finales de los cuarenta. Durante este tiempo, había sólo unas cuantas estaciones de televisión, localizadas principalmente en ciudades más grandes como Filadelfia. Las personas que no vivían en una ciudad, o que estaban en una locación donde no pudieran recibirse señales fácilmente, estaban imposibilitadas de ver televisión. John Walson, un dueño de tienda de aparatos eléctricos en el pequeño pueblo de Ciudad de Mahanoy, tenía dificultades para vender televisores a los residentes locales porque la recepción en el área era muy pobre. El problema parecía ser la ubicación del pueblo en un valle y las casi 90 millas por aire a los transmisores de televisión en Filadelfia. Naturalmente, las señales no podían atravesar la montaña, y la recepción clara era casi imposible, a excepción en los espinazos fuera del pueblo. Para resolver su problema, el Sr. Walson puso una antena encima de un gran poste de utilidad y lo instaló en la cima de una montaña cercana. Se recibieron las señales de televisión, y fueron transportadas por medio de cable bifilar de antena hasta su tienda mejorando por mucho la calidad de la imagen de sus televisores. Una vez que las personas vieron estos primeros resultados, las ventas de la televisión se dispararon. Se hizo necesario el uso de cable coaxial para mejorar la calidad de imagen y "propulsores" (amplificadores) hechos por él mismo para llevar CATV a las casas de los clientes que compraban televisores. Y así, la televisión por cable nació en junio de A principios de los cincuenta, la televisión todavía era bastante reciente. Aunque no se había vuelto popular todavía, las tiendas de departamentos de la ciudad desplegaron muchos modelos diferentes para la venta. Y, como en cada casa de apartamentos cada residente tenía su propia televisión, los tejados de los edificios estaban empezando a parecer bosques de antenas. Milton Jerrold Shapp, que después se convertiría en gobernador de Pennsylvania, desarrolló un sistema para consolidar el bosque de antenas en las tiendas de departamentos y en los edificios de apartamentos. Bajo este nuevo sistema, una antena maestra (MATV) podía 6

10 usarse para todas los televisores en el edificio. Su secreto: el cable coaxial y los propulsores de señales (amplificadores) eran capaces de llevar señales múltiples de una sola vez. Al mismo tiempo en el pueblo cercano de Lansford, otro vendedor de aparatos, llamado Robert Tarlton, experimentaba el mismo problema que el señor Walson. Él leyó sobre el nuevo sistema de Shapp y pensó que si funcionaba para las casas de apartamentos y las tiendas de departamentos también podría funcionar para su propio pueblo. La televisión por cable, de una forma similar a la que hoy se conoce, nació cuando él alambró Lansford usando cable coaxial y amplificadores fabricados comercialmente. Desarrollo del Cable La televisión por cable se extendió rápidamente a lo largo del país a las áreas remotas y rurales lejos del origen de las transmisiones en las grandes ciudades con la ayuda de la innovación de Milton Shapp. Durante muchos años, el cable fue simplemente una manera de mejorar la recepción para que las personas pudieran ver difusiones televisivas normales. Cumplía la función de la antena comunitaria. Sin embargo, no permaneció así por mucho tiempo. A principios de los cincuenta, Walson y los otros dueños de sistemas empezaron a experimentar con microondas para traer los señales de las ciudades distantes. Sistemas de Pennsylvania que sólo tenía tres canales, uno para cada estación local. Pronto tuvo seis, siete o más canales conforme los operadores importaban más programas de las estaciones independientes de Nueva York y Filadelfia. Debido a la variedad ofreció a los espectadores, el cable se tornó más y más atractivo y eventualmente pasó a las ciudades para aumentar las posibilidades de los clientes. Quizás el evento más grande desde que el cable empezó, y que muchos dicen es responsable por el rápido crecimiento en la industria del cable durante la última década, fue el desarrollo de la Televisión Pagada. La televisión pagada se lanzó en noviembre de 1972 cuando Service Electric ofreció HBO (Home Box Office), en su sistema de cable en Wilkes-Barre, Pennsylvania. Esto representó el primer servicio de cable pagado exitoso en la nación. A pesar del hecho de que HBO sólo fue visto por unos cientos de personas la primera noche, ha llegado a convertirse, en la actualidad, en el servicio de cable pagado más grande del mundo con mas de televidentes. Esto es en parte debido a que los dueños de HBO, Time, Inc. (las mismas personas que poseen la revista), decidieron más tarde entregar sus señales por vía de satélite. HBO fue el primer servicio de la programación en usar un satélite para distribuir su programación. La manera en que funciona es la siguiente: una señal se emite desde tierra a un satélite en una órbita estacionaria a unas 22,300 millas por encima del ecuador y rebota de vuelta a los receptores en tierra. Distribuyendo por satélite, la señal de HBO está disponible para los operadores de cable a lo largo de América del Norte y el resto del mundo. La televisión por cable es una parte importante de la manera en la que los ciudadanos de los Estados Unidos son informados y entretenidos. Es un medio de proporcionar numerosos canales de televisión a más de la mitad de la población estadounidense de una manera rentable. Antes de a los años noventa, no se pensaba en los sistemas de televisión por cable como mecanismos de comunicación de propósito general. Su propósito primordial, y a menudo único, era el transporte de una amplia variedad de señales de televisión a los subscriptores. Así, se necesitaban caminos de transmisión de una vía de una locación central, llamada cabecera o headend, a la casa de cada subscriptor, entregando esencialmente las mismas señales a cada subscriptor. Se pretendía que las señales fueran para uso con equipo electrónico de consumidor que el usuario ya hubiese adquirido con anterioridad. Este equipo se construye para operar bajo la norma técnica actual de la televisión americana llamada NTSC en honor a la organización que la creó en 1941, el Comité de Sistemas de Televisión Nacional. 7

11 Esta norma de televisión blanco y negro se modificó en 1953 para proporcionar información de croma compatible con los receptores de la televisión a colores, y luego nuevamente en 1984 para agregar sonido estereofónico compatible. Previo a la aparición de la mayoría de los sistemas de CATV, las señales diferidas no estaban disponibles o eran muy débiles debido al terreno o a la distancia del receptor a los transmisores de televisión. En algunas áreas, como Ciudad de Nueva York, las reflexiones múltiples de señales y las sombras producidas por los edificios hicieron que la recepción se tornara difícil. En ambos ambientes, un método de entrega de señales a los subscriptores de alambre físico fue recibido con agrado. Los primeros operadores de estos sistemas eran distribuidores de receptores de televisión al menudeo que buscaban extender el mercado para la venta de sus productos proporcionando los señales que los productos requerían. Para los últimos años de la década de 1960 ya se habían servido casi todas las áreas del EE.UU. que podían beneficiarse de una antena comunitaria pero el crecimiento en la industria del cable no llegó a detenerse. A mediados de los años setenta, una tecnología embrionaria le dio un respiro de vida nueva a la televisión por cable. Esta tecnología consistía en entregar vía satélite señales a los sistemas del cable lo cual multiplicaba la cantidad de canales que estaban disponibles a través de los programadores terrestres. Mientras que los satélites y las estaciones de tierra eran inversiones muy caras, estos pioneros de programación entendieron que los costos podrían distribuirse en muchos operadores de cable que, a su vez, servían a muchos subscriptores. Tres categorías de señales entraron en existencia: 1) "súper estaciones" - estaciones locales que son distribuidas nacionalmente por satélite y se volvieron mini-redes. (El Sistema de Difusión Turner de Atlanta, Georgia, abrió camino al concepto.); 2) Canales especializados en noticias, deportes, salud, educación, compras, etc.; y 3) canales de películas como HBO, que le dio más emoción al negocio. La televisión por cable se convirtió en mucho más que una antena comunitaria para las áreas con recepción pobre, se volvió un medio de recepción de programación que bajo otras circunstancias estaría fuera de alcance. A los subscriptores de cable se les ofrece una variedad de servicios de vídeo. El servicio fundamental requerido para todos los subscriptores se llama básico. Se incluyen canales de diferidos, algunos canales distantes, y algunos entregados por satélite. Los programas del satélite incluyen las súper estaciones y algunos de los canales especializados. La televisión pagada se constituye por canales premium, normalmente con películas y algunos eventos especiales que se ofrecen como canales optativos por una cuota mensual extra. Algunos sistemas del cable ofrecen programación Paga-por-ver (PPV), la cual se comercializa sobre una base de programa por programa. Películas recientes y eventos deportivos especiales son el soporte principal de la programación de PPV. Paga-por-verimpulsivo (IPPV) es un servicio que le permite al subscriptor pedir el programa espontáneamente, aun después de que ha empezado. El mecanismo de solicitud, normalmente, involucra un enlace de teléfono automatizado o, en ocasiones, una red de cable bidireccional. Algunas maneras de proporcionar acceso condicional para permitir una selección limitada de paquetes de servicio a diferir precios son a menudo incluidas en el sistema de cable. Filtros simples quitan los canales no suscritos en algunos sistemas, mientras que otros sistemas de cable usan mecanismos elaborados de codificación de vídeo y audio. A mediados de los años ochenta, una amplia variedad de otros servicios se ofreció repetidamente al subscriptor de cable: video-texto, tele-texto, otras formas de "publicación 8

12 electrónica" y servicios de "la era de la información", seguridad de casa, y programación de audio digital. Televisión por cable en la Infraestructura de Información en EE.UU Los contornos de una Infraestructura de Información Nacional (NII) está empezando a surgir del el tumulto de las industrias de las telecomunicaciones y de la información de los últimos años. La industria del cable está a la vanguardia del desarrollo y la implementación de la tecnología necesaria para traer comunicaciones de alta-capacidad al mundo. Construyendo en la arquitectura de red de cable tradicional preexistente, la industria del cable está trabajando para desplegar una red de banda ancha que proporcionará una miríada de aspectos sobresalientes, como video-por-demanda, datos a gran velocidad, y otros servicios de telecomunicaciones, oportunidades educativas, y acceso a Internet. Actualmente la industria de cable está actualizando su infraestructura integrando fibra óptica en las redes del cable, proporcionándole a los clientes calidad de señal, integridad de la red mejorada, y el potencial para un servicio de comunicación bidireccional. La tecnología de compresión digital ya está siendo introducida, para así tener una capacidad de canal creciente. Estas mejoras permitirán a las compañías de cable entregar a un organizador de servicios, como los programas educativos, de datos de cuidado de salud y versiones alámbricas e inalámbricas de telefonía. Además, las compañías del cable están explorando sociedades estratégicas con compañías de computadoras para combinar las fuerzas de ambas industrias para traer "la Súper Carretera de la Información" a todas las casas en corto y mediano plazo. La televisión por cable alcanzó su forma actual durante a mediados de los setenta cuando fue desarrollada la tecnología que les permitió a los clientes del cable recibir transmisiones del satélite vía la arquitectura del cable que había evolucionado de sus principios como "antena de comunitaria". Este nuevo sistema de la entrega permitió a las compañías del cable ofrecerles más canales que las compañías de radiodifusión terrestre normal. El cable superó entonces su mandato original de traer recepción de la televisión a zonas rurales obstruidas y se convirtió en un medios por entregar los nuevos tipos de programación ya mencionados. La televisión por cable operó históricamente a través de la tecnología de cable coaxial, llevando a cabo la arquitectura de "árbol y rama" (Figura 3). Señales de los satélites, transmisiones difundidas y estudios de televisión locales eran recibidas o se generaban en el headend de la compañía de cable que servía (y todavía sirve) como punto de origen para las señales a ser distribuidas a los subscriptores vía cable coaxial. Un cable de tronco llevaba la señal del headend al cable del alimentador que se ramificaba hacia los vecinos locales. Se ponían amplificadores en esta red del cable coaxial para aumentar el nivel de la señal que iba a ser entregada a distancias largas. Por último, un cable de la caída corría del cable del alimentador a la casa de un subscriptor y se conectaba al televisor. Usando esta arquitectura como una plataforma, las compañías del cable están explorando la posibilidad de proporcionar acceso al NII actualmente así como contribuir a su desarrollo. 9

13 Figura 3. Arquitectura de Sistema de Cable. Desarrollos tecnológicos en la Interfaz de Cable Los nuevos desarrollos tecnológicos dentro de la industria del cable están transformando la arquitectura del cable en un conducto innovador, interactivo, perfecto para el NII. Estos desarrollos se perfilan en detalle abajo. La industria del cable está actualizando su arquitectura de cable coaxial en una red híbrida de fibra óptica/cobre coaxial. Las compañías del cable han instalado tecnología de fibra óptica en líneas de troncales para actualizar estas arterias mayores de la arquitectura del cable con enlaces de ancho de banda más amplio (mayor capacidad). Compañías telefónicas construyen fibra óptica de cuerdas delgadas de vidrio que llevan señales tenues de luz más rápidamente que cualquier cable coaxial o par trenzado de alambre de cobre usados hasta ahora. Las fibras ópticas permiten llevar las señales a distancias mucho mayores sin el uso de amplificadores que anteriormente disminuían la capacidad del canal, degradaban la calidad de la señal, y eran susceptibles a los altos costos de mantenimiento. Con mejoras posteriores a la tecnología de coaxial/fibra híbrida también se podrán suplir telecomunicaciones bidireccionales. Por consiguiente, una red de cable de banda ancha que sea capaz de entregar más canales así como voz, vídeo y datos de alta calidad, podrá ser creada sin reemplazar por fibra el cable coaxial preexistente que llega hasta el suscriptor. Las compañías de cable empezaron la instalación extendida de tecnología de fibra en las líneas de tronco de su arquitectura a finales de los ochenta, lo cual mejoró la calidad de la señal y disminuyó los costos de mantenimiento. Desde entonces, el cable ha abierto camino a la instalación de una arquitectura híbrida de fibra/coaxial en muchos mercados. Esta arquitectura lleva fibra más profundo en la red, ofreciéndole a los clientes programación más específica a cada localidad por medio de una segmentación del sistema existente en áreas individuales que comprenden de 500 a 2,000 clientes. Las redes híbridas, entonces, son capaces de entregar una variedad de servicios interactivos de ancho de banda elevado a un costo más bajo que conectar fibra directamente a las casas. 10

14 La compresión digital es otro desarrollo tecnológico que aumentará la capacidad del canal inmensamente además de permitir interactividad. En contraste con la tecnología analógica actual que puede captar ruido (como sombras o nieves) durante la transmisión por aire y a través del cable, la tecnología de compresión digital entrega una señal limpia y claramente y emplea una fracción del ancho de banda usado por la tecnología analógica. La tecnología digital convierte una señal de vídeo en una corriente alineada (tren) de unos y ceros que se guardan en una computadora; además de comprime la información de la señal en una porción de su tamaño original, y, aún así, permite su fácil transformación en las señales de vídeo para la transmisión. El resultado es que pueden entregarse, aproximadamente, de 4 a 10 canales digitales sobre el mismo ancho de banda que anteriormente se requería para entregar un canal analógico. Así, la tecnología de compresión les permitirá a los operadores del cable ofrecer una mayor diversidad de opciones de programación tales como nichos que programación a audiencias específicamente seleccionadas, servicios de pagar-por-ver que rivalizarán con el mercado de arriendo de videos, multiplexado de canales (llevando un sólo servicio de películas en varios canales diferentes), y la televisión de alta definición. Las actualizaciones de compresión digital también tienen sentido económico para los consumidores, debido a que los convertidores necesarios para descomprimir estas señales digitales sólo se arrendarán a aquellos clientes de cable que se subscriban a estos nuevos servicios. Además, las compañías de cable están reforzando sus arquitecturas de red para ofrecer nuevas capacidades del sistema a los consumidores tales como comunicaciones bidireccionales y servicios interactivos. En años recientes, la industria del cable ha empezado a construir redes ópticas regionales de fibra para unir a las cabeceras (headends) con "las repetidoras (hubs) regionales para que los operadores en la misma región puedan compartir servicios entre sí y de esa forma eliminar headends. Tecnología de red de alto costo, como almacenamiento de vídeo, compresión de señal, o inserción de publicidad pueden compartirse entre operadores en una repetidora (hub) regional y por consiguiente, posibilitando a los operadores a ofrecer más servicios nuevos con mayor rapidez a sus clientes. La repetidora regional también les permitiría a los operadores de cable interconectarse con otros servicios de telecomunicaciones para que el cable pueda proporcionar vídeo, audio, y datos textuales a las casas y negocios de una gran variedad de fuentes. Los subscriptores también podrían solicitar la entrega de servicios especificados (como periódicos electrónicos, compras desde casa, o teleconferencia por vídeo) Posibles servicios de la Tecnología de Cable La sección siguiente describe la multitud de servicios estarán disponible a los negocios y consumidores a través de la tecnología del cable e incluye: educación y aprendizaje a distancia, video-por-demanda, televisión de la alta definición, entretenimiento interactivo, guías de programas interactivos y navegadores, gestión de redes cívica, servicios de comunicaciones personales, cable conmutación, servicios comerciales, apoyo en la investigación, publicidad interactiva, servicios de información, acceso a Internet. 11

15 Educación y Aprendizaje de Distancia: La tecnología del cable ha habilitado el desarrollo de aplicaciones educativas interactivas y de aprendizaje a distancia que no sólo pueden mejorar la manera en que los estudiantes aprenden, sino que también la manera en que los maestros enseñan. Algunas universidades han estado ofreciendo cursos universitarios vía televisión por cable durante años, y las compañías de cable están expandiendo las oportunidades educativas construyendo redes consagradas a la educación. Los estudiantes pueden aprender ahora de expertos internacionales o, estudiantes en diferentes ciudades puede acceder bibliotecas en-línea alrededor del mundo, o puede hacer "viajes de campo virtuales" a los museos mientras permanecen en el aula. Tal proyecto piloto de aprendizaje interactivo, llamado el Proyecto Global de Laboratorio y actualmente dirigido por Cablevision Continental y la Fundación de la Ciencia Nacional, conecta a los estudiantes en Cambridge, Massachusetts, con otros de 27 otros estados y 17 países para explorar problemas medioambientales. Los estudiantes supervisan cambios del clima, polución, y la radiación ultravioleta y comparten sus datos entre ellos y con científicos para ganar una perspectiva global del ambiente. En Costa Rica existe un plan para proveer servicio de cable a escuelas primarias. Actualmente, muchas ya tienen el sistema de cable ya conectado y funcionando. Vídeo por demanda La tecnología de compresión digital que permite a las compañías de cable ofrecer un número mayor de canales así como capacidad interactiva; ofrece la posibilidad de video-por-demanda. Este servicio le permite a los clientes seleccionar de un ámbito de películas, eventos deportivos, o conciertos por ver a su conveniencia. Televisión de alta definición (HDTV): Esta forma de tecnología del despliegue avanzada permite a las compañías del cable para llevarles una imagen de televisión a los subscriptores con mayor claridad y definición que las que permiten las normas de transmisión actuales. La industria del cable tiene la capacidad de banda ancha de transmitir HDTV actualmente; de hecho, varios sistemas del cable en EE.UU. y Canadá ya ha experimentado con éxito en la entrega de este servicio. Entretenimiento interactivo Algunas compañías ofrecen una variedad de juegos de vídeo que pueden ser bajados través de los sistemas del cable. Los subscriptores usan un cartucho "sintonizador/decodificador" que sintoniza el canal, proporciona un menú, y transmite el juego seleccionado. Scientific-Atlanta y la Corporación General Instruments están fabricando actualmente adaptadores que permitirán a sus cajas decodificadoras servir como habilitadoras para los juegos de la marca Sega. Otros sistemas permiten a los espectadores alterar el contenido de la pantalla de su televisor durante el curso de un programa. Los espectadores pueden solicitar información estadística sobre jugadores durante los eventos deportivos, cambiar el ritmo de un programa de ejercicios, mirar una sinopsis de los titulares de las noticias, y hasta escoger las historias de las cuales desean recibir noticias detalladas. Adicionalmente los anuncios interactivos estarán 12

16 disponibles pronto para que los clientes puedan recibir más información o cupones de descuento para productos particulares o servicios. Guías del Programa interactivas y Navegadores Debido a la explosión esperada en la programación de cable futura así como en las opciones de servicio, los clientes buscarán mayores opciones, control, y conveniencia con respecto a sus ambientes de observación electrónica. Estas necesidades estimularán la demanda de una forma personalizada de navegación de canal. Están desarrollándose varias guías de subscriptor interactivas y ya están en etapa de prueba. Una de éstas guías en pantalla, StarSight, está disponible en Castro Valley, California, a través de Viacom Cable. Otra guía de subscriptor, Your Choice Television (YCTV), empaca y entrega programas de televisión por demanda. Por cerca de un dólar por programa, los espectadores pueden pedir un programa semanal a una semana después de que sale al aire y un programa diario, el día después. Gestión de redes cívica Los sistemas de cable están trabajando para ayudar a las ciudades a crear "ayuntamientos virtuales" que promuevan el gobierno democrático y constructor de la comunidad, y para crear redes de computadora comunitarias. La Red Comunitaria de Boulder (BCN), Colorado, es un servicio en-línea que proporciona el acceso a información local y nacional con el interés de avanzar en el involucramiento, la participación cívica, la excelencia educativa, y la vitalidad económica de la comunidad. Llevada a cabo en 1994, la BCN puede accederse vía módem o a través de una serie de kioscos ubicados en los hoteles, bibliotecas, sitios gubernamentales y educativos, y las locaciones comerciales de Boulder, conectadas vía los medios del cable. Servicios de Comunicación personales Servicios de Comunicación personales, o PCS, es una forma de comunicación bidireccional inalámbrica que utiliza un dispositivo manual de poco peso similar a la tecnología del teléfono celular. Esta tecnología tiene el potencial de ser compatible con arquitecturas de red de cable existentes. Utilizando micro-células que transfieren la llamada de un usuario de una célula a otra conforme el usuario viaja, PCS pueden usar los sistemas ópticos de fibra de la industria del cable para interconectar las células. PCS se distinguirá del servicio del teléfono celular, principalmente, por su costo más bajo y la mayor conveniencia. Actualmente, más de 26 compañías de cable han recibido aprobación de la FCC para probar tecnología de PCS. Cable-conmutación La infraestructura híbrida fibra/coaxial de la industria de cable tiene el potencial para facilitar el poder de trabajar desde casa. Aproximadamente 8 millones de norteamericanos ya trabajan a través de alguna forma de tele-conmutación, y el alto volumen y la alta velocidad de la tecnología de banda ancha del cable, le permitirá a millones más conectarse para trabajar a través del cable. Esta tecnología permitirá comunicar las empresas con sus empleados que están aislados geográficamente. TCI está probando un proyecto del cable-conmutación que les permitirá a sus representantes del área de servicio al cliente de Denver recibir llamadas de clientes en casa. TCI también está probando un servicio, desarrollado por Redes Híbridas, Inc, en el área de San Francisco que transmite datos a gran velocidad a través de un canal normal de cable y datos a baja velocidad a través de las líneas telefónicas para crear una red 13

17 hogareña/corporativa interactiva. Este servicio incluye la posibilidad de realizar la vídeo conferencia y la transmisión de facsímil a alta velocidad al personal con sus respectivas empresas. Servicios comerciales Mientras muchos negocios más grandes usan actualmente la red de cable institucional para transmitir altos volúmenes de datos, la arquitectura evolutiva del cable habilitará pronto a las empresas individuales para que se beneficien de los servicios de las telecomunicaciones. TCI y la Corporación Digital Equipment están trabajando conjuntamente para desarrollar nuevas aplicaciones de telecomunicaciones comerciales que usen los medios fibra/coaxial de la televisión por cable de TCI y la tecnología de redes de computadoras de DEC. La infraestructura de banda ancha de cable combinada con la tecnología de DEC permitirá a redes ubicadas remotamente a interconectarse con redes locales para acceder recursos computacionales y datos. La tecnología de redes por cable también mejorará las oportunidades para el diseño y fabricación de productos así como la investigación. Por ejemplo, el Times Mirro Cable, DEC, y la Universidad de estado de Arizona han desplegado una red metropolitana de banda ancha llamada Red Económica Comercial (EC Net) que da soporte a aplicaciones industriales para negocios en el área de Fénix. EC Net permite a estos negocios mejorar colectivamente la fabricación ofreciendo vídeo conferencias por computadora en procesos industriales; una herramienta de diseño por computadora (CAD) que permite a los negocios remotos ver y manipular planes simultáneamente; y una facilidad multimedia de almacenamiento y recuperación para datos, vídeo, especificaciones de compra y otras informaciónes. Apoyo a la investigación La arquitectura de la banda ancha de la industria del cable les permitirá a los investigadores compartir aplicaciones computacionales avanzadas o los instrumentos científicos de las locaciones remotas, teniendo como resultado una investigación comprensiva a una fracción de los costos actuales. FISHNet (Red de Fibra Óptica de Súper Alta Velocidad en Nueva York) es una red óptica de alta capacidad que une la Universidad Estatal de Nueva York con el Laboratorio Nacional de Brookhaver y con Sistemas de Datos Grumman. El sistema se ha usado para revolucionar el uso eficaz de la visualización médica y las técnicas de diagnóstico, así como para desarrollar procedimientos de modelado para el transporte de contaminantes en las aguas terrestres. Publicidad interactiva La interactividad les permitirá a los subscriptores del cable pedir información de consumidor sobre negocios, productos. Un programa llamado Economía de la Casa, disponible a lo largo de Nueva Inglaterra vía Cablevision Continental, les permite a los espectadores pedir información específica sobre casas. Adicionalmente le proporcionará a los clientes la habilidad para ver bienes raíces en vídeo real y acceder detalles sobre contratistas, tasas préstamos y bancos disponibles. 14

18 Servicios de información La tecnología de cable puede proporcionarle acceso a clientes a una variedad de servicios de información, que incluyen un catálogo de compras, datos financieros, y pago de cuentas caseras. A causa de que los sistemas de cable tienen una capacidad más alta para información de datos, audio, y vídeo, los subscriptores pueden enviar y pueden recibir servicios de información a través de sus computadoras a una velocidad mucho mayor que con los tendidos telefónicos tradicionales Acceso a Internet Adicionalmente a los servicios descritos anteriormente, el cable proporciona ahora acceso de alta capacidad a Internet a los usuarios de computadoras en casa sin requerir de líneas telefónicas. Con una conexión de cable al Internet, los negocios y los consumidores pueden pagar una cuota mensual por el acceso y pueden recibir correo electrónico, acceder a los grupos de discusión de USENET, habilidad de conectarse a las computadoras alrededor del mundo vía telnet y acceso a archivos de información a través del protocolo de transferencia de archivos FTP y Gopher. Normas Alrededor de 1997 surgieron tres normas. DAVIC/DVB fue la primera con una norma europea, estrechamente seguida por MCNS con una norma americana. IEEE vino en último lugar. IEEE está intentando enfocar su atención en las próximas generaciones de normas. Sin embargo, muchos vendedores de productos para la industria del cable módem se han puesto de acuerdo y finalmente han producido un estándar de facto llamado MCNS/DOCSIS el cual se espera sea estandarizado oficialmente en algún momento. Sistema propietario ó DOCSIS Hoy en día, los nuevos módems de cable a lo largo del mundo son basados en DOCSIS. Sin embargo, hay más de 435,000 cable módems no compatibles con DOCSIS o propietarios desplegados actualmente en sistemas de datos sólo dentro de los Estados Unidos. La problemática que surge es cómo deben tratar los operadores de sistemas múltiples (MSOs) estos módems no estándar existentes. En el futuro, éstos necesitarán ser reemplazados con equipo compatible con DOCSIS. También es importante analizar en qué punto tiene sentido económico para un MSO intercambiar estos módems propietarios y sus headends por los sistemas DOCSIS. En el apéndice A se encuentra una descripción técnica de DOCSIS. Tecnología fibra/coaxial híbrida La tecnología fibra/coaxial híbrida se refiere a cualquier configuración de cable de fibra óptica y coaxial que se use para distribuir comunicaciones de banda ancha locales como voz, vídeo, y datos. HFC puede transportar todas las tecnologías de señalización digitales de la industria del teléfono y es naturalmente compatible con los sistemas de distribución de portadora de banda 15

19 ancha: red óptica síncrona (SONET), el modo del traslado asíncrono (ATM), servicio conmutado de datos de multimegabit (SMDS), y frame relay conmutado, multiplexado, y tecnologías de transporte Características de las Redes HFC Una red de extremo-a-extremo de HFC tiene tres áreas principales: los elementos de la red, la infraestructura de HFC, y el acceso del subscriptor. Esto se muestra en la figura. Elementos de la red: Figura 4. Sistemas de distribución por cable HFC Los elementos de la Red son dispositivos de servicio específicos que conectan al operador con los puntos de origen de los servicios y con el otro equipo que pone los servicios en la red. Infraestructura HFC: La Infraestructura de HFC incluye la fibra y el cable coaxial, transmisores de fibra, nodos ópticos, amplificadores de RF, "taps" o empates y elementos pasivos. Acceso del Subscriptor: Los equipos de acceso del subscriptor pueden incluir terminales de decodificación, cable módems y unidades para integrar servicios de telefonía. El sistema distribución HFC basado en hubs puede ser unido a través de interconexiones de fibra a un sistema regional o metropolitano. Esto permite a una oficina central agrupar hubs y proporcionar acceso a la red de intercambio. 16

20 La señal se transmite de la cabecera o cubo ( Hub ) de distribución local en una arquitectura en estrella a los nodos de fibra que usan alimentadores fibra-ópticos. El nodo de fibra, a su vez, distribuye los señales a través de buses múltiples a lo largo del área de servicio al cliente. Las redes HFC están sustentadas en modulación de radiofrecuencia (RF) de la información sobre una portadora que conecta a un proveedor de información con los usuarios. Los adaptadores de medios de comunicación de módems digitales de gran velocidad operan como los módems de las computadoras al enviar información en las líneas telefónicas analógicas. Los adaptadores de medios de comunicación convierten los diversos formatos de las señales digitales para que sean compatibles con la red de HFC. Descripción de la tecnología de Cable Módem Televisión por cable Los sistemas de cable se diseñaron originalmente para entregar señales de televisión difundida eficazmente a las casas de subscriptores. Para asegurarse de que los consumidores pudieran obtener el servicio de cable con los mismos televisores empleados para recibir señales televisivas aéreas, los operadores del cable recrean una porción del espectro de radiofrecuencia (RF) aéreo dentro de una línea de cable coaxial sellada. Los sistemas de cable coaxial tradicionales operan típicamente con 330 MHz o 450 MHz de capacidad, mientras que los sistemas fibra/coaxial híbridos modernos (HFC) se extienden hasta 750 MHz o más. Las señales de la programación de vídeo de la trayectoria de bajada (hacia el usuario) empiezan alrededor de 50 MHz, el equivalente al canal 2 para las señales de televisión aéreas. La porción del espectro entre 5 MHz - 42 MHz es usualmente reservada para comunicaciones de trayectoria de subida (del usuario a la empresa de cable) provenientes de las casas de los subscriptores. Cada canal de televisión normal ocupa 6 MHz del espectro de RF. Así un sistema de cable tradicional con 400 MHz de ancho de banda de trayectoria de bajada puede llevar el equivalente a 60 canales de televisión analógica y un sistema de HFC moderno con 700 MHz de ancho de banda de trayectoria de bajada tiene la capacidad para unos 110 canales. Redes de Acceso por Cable módem Para entregar servicios de datos sobre una red de cable, se asigna un canal de televisión (en el ámbito de MHz) para el tráfico de la trayectoria de bajada hacia las casas y otro canal (en el ámbito de 5-42 MHz) se usa para llevar señales de la trayectoria de subida. Un sistema de cabecera (headend) de cable módems se comunica a través de estos canales con módems de cable localizados en las casas del subscriptor para crear una conexión de red virtual de área local (LAN). La mayoría de los cable módems son dispositivos externos que se conectan a una computadora personal (PC) a través de una tarjeta de Ethernet con norma 10Base-T y un cable UTP. La red de acceso de cable módems opera en Capa 1 (físico) y la Capa 2 (control de acceso de medio/control de enlace lógico) del Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas 17

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