U IVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIE CIAS FISICAS Y MATEMATICAS DEPARTAME TO DE I GE IERIA ELECTRICA

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1 U IVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIE CIAS FISICAS Y MATEMATICAS DEPARTAME TO DE I GE IERIA ELECTRICA METODOLOGÍAS HERRAMIE TAS Y CRITERIOS PARA LA PLA IFICACIÓ GE ERAL DE PLATAFORMAS DE TELECOMU ICACIO ES MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE I GE IERO CIVIL ELECTRICISTA ALEXIS RODRIGO IGA JADUE PROFESOR GUÍA: ALFONSO EHIJO BENBOW MIEMBROS DE LA COMISIÓN: HELMUTH THIEMER WILCKENS JORGE LÓPEZ HIDALGO SANTIAGO DE CHILE JULIO 2007

2 RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA POR: ALEXIS RODRIGO IGA JADUE FECHA: 23/07/2007 PROF. GUIA: ALFONSO EHIJO BENBOW. METODOLOGÍAS HERRAMIENTAS Y CRITERIOS PARA LA PLANIFICACIÓN DE PLATAFORMAS DE REDES DE TELECOMUNICACIONES La demanda de servcos de telecomuncacones ha estado sempre en un constante aumento y además los usuaros van requrendo nuevos servcos por este motvo las redes exstentes necestan peródcamente renovarse aumentando su capacdad e mplementando nuevas tecnologías que soporten estos nuevos servcos. Lo anteror lleva a que las empresas estén oblgadas a realzar enormes nversones. La tarea del planfcador es proponer un tamaño capacdad topología tecnologías y ubcacón de las redes de telecomuncacones de manera que se adapten de la mejor manera a la stuacón de demanda actual y futura para así nvertr lo justo y necesaro. El futuro de las telecomuncacones se enfoca en las redes NGN las cuales están orentadas prncpalmente al protocolo IP la caldad de servco la utlzacón de una únca red para soportar múltples servcos y la adaptacón a cualquer tecnología de acceso. El trabajo realzado en este documento consste en presentar una metodología de planfcacón general de plataformas de telecomuncacones separadas en plataformas cableadas e nalámbrcas. Para esto prmero se generalzan los elementos presentes en una red llegando a la conclusón de que se compone de equpos de conmutacón servdores de red equpos termnales y gateways. Luego se especfca cuáles son las entradas saldas restrccones y recursos que ntervenen en el proceso de planfcacón prmero de manera general y luego de forma más detallada en la obtencón de las saldas del sstema. A lo anteror se le debe agregar una descrpcón de las característcas que deben poseer las herramentas de planfcacón que se separan prncpalmente en un bloque de optmzacón otro de smulacón y por últmo uno de análss de resultados. Consderando el enfoque general que presenta esta memora la metodología conseguda en este documento para redes cableadas como nalámbrcas consste en el planteamento de un problema de optmzacón que consdera los prncpales aspectos que ntervenen en la planfcacón expresados de una manera que se adecua a cualquer solucón tecnológca. Para probar el método propuesto se realzan dos ejemplos uno de una red cableada y otro de una red nalámbrca observando y comentando los resultados obtendos. Además estas metodologías pueden ser adaptadas a cualquer stuacón agregando nuevas varables al problema y usualmente dejando cas ntacto el planteamento ncal que se muestra en este documento. En el futuro se pretende que está memora sea la base para la creacón de un software de planfcacón que permta ayudar al planfcador. Tambén este documento puede ser la base de un curso de planfcacón en donde se enseñen los conceptos más generales de este proceso. Fnalmente se le puede realzar mejoras al modelo de planfcacón planteado para r complementándolo con nuevas consderacones.

3 A ms abueltos Choe y María a m mamá Ivette a m hermano Jorge y a m egra

4 Agradecmentos En esta etapa tan mportante de m vda prmero que nada qusera agradecer a m famla m madre que con su apoyo dedcacón y preocupacón fue y segurá sendo un plar muy mportante en el desarrollo de m vda ms abuelos los cuales me deron la oportundad de tener una excelente educacón sn ellos no hubera poddo lograr todo lo que logré y m camno sería muy dstnto. Tambén qusera agradecer a m hermano quén me enseñó muchas de las cosas báscas de la vda y por últmo a m padre quen con sus palabras de alento me mpulsaban a no desesperar los quero mucho a todos. Tambén qusera agradecer a una persona maravllosa que estuvo en cas todo m proceso de estudo que me acompañó y alentó en los buenos y malos momentos sempre ha sdo un gran apoyo y me do la tranquldad que necestaba en los momentos de mayor estrés. Gselle eres m polola m mujer m compañera m consejera m negra. Sn lugar a dudas no puedo dejar de menconar y agradecer a ms compañeros de unversdad con los que compartmos horas de estudo trabajos nformes rsas y penas los que sempre estuveron ahí cuando necestaba su apoyo o ellos necestaban el mo Prscla Crstán Juan Khall Leva Italo Felocho y Chascón. No puedo dejar de menconar a Choko Maurco Paulna Arel Crstán Jara y Romna quenes me apoyaron mucho en este proceso de ttulacón y me ayudaron con ese mpulso que es tan mportante y que muchas veces uno necesta. Qusera agradecer tambén a m profesor guía Alfonso Ehjo por darme la oportundad y el apoyo para realzar esta memora y algunas enseñanzas que me servrán mucho en la vda laboral. Fnalmente quero agradecer a ms amgos del colego esos ncondconales esos que pocos logran llegar a tener los amgos de toda m vda ms mejores amgos Max Juan Raab Erc Aldunate Bartolo Chrstan Augu Clex Lmón y Albala. Sn el Apoyo Todos Uds Nada Tendría Sentdo. Los Quero Mucho Gracas

5 Índce General AGRADECIMIE TOS Í DICE GE ERAL Í DICE DE FIGURAS Í DICE DE TABLAS Í DICE DE ECUACIO ES IV I VII IX X I TRODUCCIÓ MOTIVACIÓ ALCA CE OBJETIVOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS DESCRIPCIÓ DEL DOCUME TO 3 A TECEDE TES CLASIFICACIÓ DE REDES CAPA DE CORE CAPA DE DISTRIBUCIÓN CAPA DE ACCESO CO CEPTO Y ARQUITECTURA DE LAS REDES G DEFINICIÓN DE NGN EXIGENCIAS EN LA INFRAESTRUCTURA DE UNA RED NGN IMS SERVICIOS DE TELECOMU ICACIO ES SERVICIOS DE RED SERVICIOS DE VOZ Telefonía IP Descrpcón Requermentos Arqutectura de una red VoIP Voz en demanda SERVICIOS DE VIDEO Vdeo Broadcast Vdeoconferenca Vdeo en Demanda SERVICIOS DE DATOS PLATAFORMAS DE TELECOMU ICACIO ES PLATAFORMAS DE SERVICIOS 26

6 Plataforma E-learnng Plataforma de E-commerce Plataforma IP Contact Center Servdores de Datos Servdores de Acceso PLATAFORMAS DE RED Plataforma IMS Capa de conectvdad Capa de Control Capa de Servcos y Aplcacones Plataforma UMTS Plataforma IP-MPLS 36 METODOLOGÍA DESCRIPCIÓ DEL PROBLEMA ENTRADAS SALIDAS Capacdades de los Equpos Ubcacón de Equpos Cobertura de Equpos Tpo de Tecnología Equpos y Líneas de Transmsón Dstrbucón de Frecuencas Tempos Infraestructura de Edfcos RESTRICCIONES Restrccón Temporal Restrccones Técncas Restrccón Geográfca Restrccón de Costos Restrccones Estratégcas Restrccones Legales Restrccones Ambentales Restrccón de Frecuencas RECURSOS GE ERALIZACIÓ DE LAS PLATAFORMAS DE TELECOMU ICACIO ES PASOS A SEGUIR CONVERSIÓN DE DEMANDA DE SERVICIOS A PARÁMETROS DE RED EVALUACIÓN DE EXPANSIÓN REUTILIZACIÓN E INSTALACIÓN DE EQUIPOS EN INFRAESTRUCTURA YA EXISTENTE PROCESO DE PLANIFICACIÓN CABLEADO Planfcacón de Cobertura Planfcacón de capacdad Ubcacón de los centros Eleccón de Tecnología Equpos y Líneas de Transmsón Planfcacón Temporal Planfcacón de Infraestructura de/en puntos de dstrbucón y Edfco Corporatvo PROCESO DE PLANIFICACIÓN INALÁMBRICO Ideas Generales Planfcacón General de Redes Inalámbrcas Dmensonamento de la Red Planfcacón Detallada 58

7 Optmzacón Planfcacón de cobertura Planfcacón de capacdad GSM / GPRS / EDGE UMTS WMAX Planfcacón de frecuenca HERRAMIE TAS DE PLA IFICACIÓ CO SIDERACIO ES PARA EL DESARROLLO DE LOS EJEMPLOS DE PLA IFICACIÓ PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA CABLEADO PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA INALÁMBRICO 71 RESULTADOS METODOLOGÍA DE PLA IFICACIÓ CABLEADA DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA VARIABLES PARÁMETROS CONJUNTOS RESTRICCIONES FUNCIÓN OBJETIVO PROBLEMA DE OPTIMIZACIÓN METODOLOGÍA DE PLA IFICACIÓ I ALÁMBRICA DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA VARIABLES PARÁMETROS CONJUNTOS RESTRICCIONES FUNCIÓN OBJETIVO PROBLEMA DE OPTIMIZACIÓN CARACTERÍSTICAS DE LAS HERRAMIE TAS UTILIZADAS E EL PROCESO DE PLA IFICACIÓ PREPARACIÓN DE LOS DATOS DE ENTRADA Mapa Dgtal Plan Edtor de Antenas y de Equpos de Conmutacón Edtor de Modelos de Propagacón PLANIFICACIÓN Importar Informacón Hstórca de la Red Edtar Nodos Enlaces Stos y Celdas Requermentos de Servco y Modelos de tráfco Módulo de Optmzacón SIMULACIÓN DE LA RED SOLUCIÓN Smulacón Smple Smulacón Avanzada ANÁLISIS DE RESULTADOS INFORMES DE RESULTADOS COMPATIBILIDAD DE TRABAJO CON OTRAS HERRAMIENTAS IMPLEME TACIÓ DE LOS MODELOS DE OPTIMIZACIÓ EJEMPLO DEL MODELO CABLEADO Generacón de parámetros Prueba del Modelo Resultados Obtendos 96

8 4.4.2 EJEMPLO DEL MODELO INALÁMBRICO Generacón de Parámetros Prueba del modelo Resultados Obtendos Prmer Caso Segundo Caso Tercer Caso Cuarto Caso 108 DISCUSIO ES DISCUSIÓ GE ERAL COMPARATIVA A ÁLISIS DE LOS EJEMPLOS ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DEL EJEMPLO CABLEADO ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DEL EJEMPLO INALÁMBRICO Caso 1: 15x15 Cuadrículas Con la Demanda Completa Caso 2: 15x15 Cuadrículas con la Demanda Dvdda en un Factor Caso 3: 10x10 Cuadrículas con la Demanda Dvdda en un Factor Caso 4: 10x10 Cuadrículas con la Demanda Completa MEJORAS A LOS MODELOS 116 CO CLUSIO ES CUMPLIMIE TO DE LOS OBJETIVOS OPI IÓ PERSO AL TRABAJOS FUTUROS 120 REFERE CIAS BIBLIOGRÁFICAS LIBROS MEMORIAS Y TESIS DOCTORALES PUBLICACIO ES PÁGI AS WEB 123 DEFI ICIO ES Y ACRÓ IMOS DEFI ICIO ES ACRÓ IMOS 126 A EXOS Y TABLAS PLA ES TÉC ICOS FU DAME TALES PLAN DE ENCAMINAMIENTO PLAN DE NUMERACIÓN PLAN DE FACTURACIÓN PLAN DE TRANSMISIÓN PLAN DE SEÑALIZACIÓN PLAN DE SINCRONIZACIÓN 135 v

9 9.1.7 CALIDAD DE SERVICIO Segurdad de funconamento Grado del servco Plan de mantenmento Plan de operacones PLA ES DE DESARROLLO PLANES ESTRATÉGICOS PLANIFICACIÓN A LARGO PLAZO CON PLANES MAESTROS PLANIFICACIÓN A MEDIANO PLAZO CON PROYECTOS PLANIFICACIÓN A CORTO PLAZO CON PROGRAMAS ANUALES IDEAS GENERALES TEC OLOGÍAS DE REDES DE TELECOMU ICACIO ES REDES DE CORE MPLS (Multprotocol Label Swtchng) Estructura de una red MPLS Aplcacones MPLS Redes Prvadas Vrtuales MPLS Asynchronous Transfer Mode (ATM) Metro Ethernet Modelo básco Defncón de Servcos MEF REDES DE DISTRIBUCIÓN Enlaces mcroondas REDES DE ACCESO Cableadas Fjas ADSL Ethernet HFC Inalámbrca Fjas WMAX Inalámbrcas Móvles GSM GPRS EDGE Transcón a la 3 era Generacón IMT-2000 (3G) REQUISITOS FU DAME TALES DE LAS REDES G CALIDAD DE SERVICIO CONCEPTOS BÁSICOS DE QOS PARÁMETROS DE DESEMPEÑO DE QOS FUNCIONAMIENTO DE QOS TECNOLOGÍAS DE QOS Servcos dferencados (Dffserv) p Servcos ntegrados (Intserv) ATM e ISSLOW SERVICE LEVEL AGREEMENT FUE TES DE RETARDO DE TELEFO ÍA IP RETARDO POR CODIFICACIÓN RETARDO DE PAQUETIZACIÓN RETARDO DE SERIALIZACIÓN RETARDO DE COLA RETARDO DE PROPAGACIÓN 178 v

10 9.6.6 RETARDO DE CONMUTACIÓN RETARDO DE DE-JITTER RETARDO TOTAL PROTOCOLOS DE LAS REDES VOIP PROTOCOLO H Dspostvos de una red VoIP H Protocolos utlzados en H.323: PROTOCOLO SIP Componentes del protocolo SIP Agente de Usuaro Servdores de Red CODECS DE VIDEO MPEG MPEG MPEG MJPEG TIPOS DE VIDEO TEORÍA DE PRO ÓSTICO REQUISITOS BÁSICOS DE UN PRONÓSTICO CÓMO COMENZAR CON UN PRONÓSTICO TIPOS DE MEDIOS DE TRA SMISIÓ ETHER ET ETHERNET BASE BASE BASE BROAD BASE-T BASE-F FAST ETHERNET BASE-TX BASE-T BASE-FX BASE-T GIGABIT ETHERNET BASE-SX BASE-LX BASE-CX BASE-T BLOQUES FU CIO ALES Y PROTOCOLOS DE LA ARQUITECTURA IMS ESTÁ DARES DE COMPRESIÓ DE DATOS E EL DOMI IO IP RECOMENDACIÓN G RECOMENDACIÓN G RECOMENDACIÓN G RECOMENDACIONES G.729 Y G.729A DESCRIPCIÓ DE PROCESOS UTILIZA DO METODOLOGÍA IDEF DATOS DE COSTOS USADOS E LA CREACIÓ DE LOS EJEMPLOS DATOS DE COSTOS DE INSTALACIÓN DE NODOS Y ENLACES DATOS DE COSTOS DE INSTALACIÓN DE SITIOS 204 v

11 Índce de Fguras FIGURA 1: MODELO JERÁRQUICO DE CISCO...6 FIGURA 2: MODELO DEL CONCEPTO PRINCIPAL DE LAS REDES NGN...8 FIGURA 3: ARQUITECTURA SIMPLIFICADA Y ENTIDADES FUNCIONALES DE IMS...9 FIGURA 4: EJEMPLO DE VARIADOS SERVICIOS DE TELECOMUNICACIONES...10 FIGURA 5: RED VOIP Y SUS FUENTES DE RETARDO...14 FIGURA 6: EJEMPLO DE LA CONDICIÓN HABITUAL DE TRANSMISIÓN DE VOZ...15 FIGURA 7: EJEMPLO DEL CÁLCULO DE LA VARIACIÓN DEL RETARDO (JITTER)...16 FIGURA 8: ESQUEMA SIMPLIFICADO DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA VOIP...18 FIGURA 9: ARQUITECTURA DE CONTROL CENTRALIZADA VOIP...19 FIGURA 10: ARQUITECTURA DE CONTROL DISTRIBUIDA (ARRIBA) Y CENTRALIDAD (ABAJO) CON EL PROTOCOLO SIP FIGURA 11: ASIGNACIÓN MÁXIMA DE CAPACIDAD ASEGURADA EN LAS COLAS SEGÚN EL TIPO DE DATOS FIGURA 12: GRÁFICO DE LA DISTRIBUCIÓN DE ANCHO DE BANDA RECOMENDADO PARA ENLACES EN UNA RED IP FIGURA 13: DIAGRAMA DE ARQUITECTURA IMS SEPARADA EN CAPAS FIGURA 14: PLATAFORMA UMTS...33 FIGURA 15: ENCABEZADO MPLS...36 FIGURA 16: DIAGRAMA GENERAL DE LA PLANIFICACIÓN DE UNA PLATAFORMA DE TELECOMUNICACIONES...39 FIGURA 17: EJEMPLO DE DIVISIÓN EN CUADRÍCULAS DE UNA CIUDAD FIGURA 18: DIAGRAMA DE CONVERSIÓN DE DEMANDA DE SERVICIOS A VARIABLES DE RED...48 FIGURA 19: DIAGRAMA DE DECISIÓN DE INICIO DEL PROCESO DE PLANIFICACIÓN...49 FIGURA 20: DIAGRAMA DE PLANIFICACIÓN DE COBERTURA...51 FIGURA 21: DIAGRAMA DE PLANIFICACIÓN DE CAPACIDAD FIGURA 22: DIAGRAMA DE UBICACIÓN DE CENTROS Y ARMARIOS DE DISTRIBUCIÓN...52 FIGURA 23: DIAGRAMA DE ELECCIÓN DE TECNOLOGÍAS VIABLES...53 FIGURA 24: DIAGRAMA DE ELECCIÓN DE EQUIPOS VIABLES FIGURA 25: DIAGRAMA DE ELECCIÓN DE TECNOLOGÍA EQUIPOS Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN...54 FIGURA 26: ESTIMACIÓN DE TIEMPOS DE EXPANSIÓN DE LA RED Y TIEMPOS DE INSTALACIÓN DE EQUIPOS FIGURA 27: DIAGRAMA DE LA PLANIFICACIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA DE LOS PUNTOS DE DISTRIBUCIÓN FIGURA 28: FASES DE LA PLANIFICACIÓN DE UNA RED INALÁMBRICA...58 FIGURA 29: MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA FIGURA 30: MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA ORTOGONAL FIGURA 31: PROCESO DE PLANIFICACIÓN GENERAL DE FRECUENCIAS FIGURA 32: IMÁGEN SATELITAL DE LA COMUNA DE LAS CONDES...69 FIGURA 33: EJEMPLO DE LA INTERFAZ DE USUARIO PRINCIPAL DE UNA HERRAMIENTA DE PLANIFICACIÓN DE REDES INALÁMBRICAS...86 FIGURA 34: ESQUEMA QUE MUESTRA EL RESULTADO DEL MODELO CABLEADO DE 5X5 CUADRÍCULAS CON DEMANDA COMPLETA...97 FIGURA 35: ESQUEMA QUE MUESTRA EL RESULTADO DEL MODELO CABLEADO DE 5X5 CUADRÍCULAS CON LA DEMANDA DIVIDIDA EN UN FACTOR FIGURA 36: ESQUEMA DE UN PROBLEMA DE 15X15 CUADRÍCULAS CON DEMANDA COMPLETA FIGURA 37: ESQUEMA DE UN PROBLEMA DE 15X15 CUADRÍCULAS CON LA DEMANDA DIVIDIDA EN UN FACTOR FIGURA 38: ESQUEMA DE UN PROBLEMA DE 10X10 CUADRÍCULAS CON LA DEMANDA DIVIDIDA EN UN FACTOR FIGURA 39: ESQUEMA DE UN PROBLEMA DE 10X10 CUADRÍCULAS CON DEMANDA TOTAL FIGURA 40: RELACIÓN ENTRE LOS PLANES TÉCNICOS FUNDAMENTALES FIGURA 41: PLAN DE ENCAMINAMIENTO FIGURA 42: PLAN DE NUMERACIÓN FIGURA 43: PLAN DE FACTURACIÓN FIGURA 44: PLAN DE TRANSMISIÓN FIGURA 45: PLAN DE SEÑALIZACIÓN FIGURA 46: PLAN DE SINCRONIZACIÓN FIGURA 47: ESTRUCTURA TÍPICA DE UNA RED MPLS FIGURA 48: DIAGRAMA BÁSICO DEL FUNCIONAMIENTO DE ATM v

12 FIGURA 49: EJEMPLO DE CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS VIRTUALES Y DE RUTAS VIRTUALES FIGURA 50: CARACTERÍSTICA DE REDES METRO ETHERNET FIGURA 51: MODELO BÁSICO FIGURA 52: SERVICIO PUNTO A PUNTO FIGURA 53: SERVICIO MULTIPUNTO A MULTIPUNTO FIGURA 54: DIAGRAMA DE SERVICIO DE MULTIPLEXACIÓN FIGURA 55: ESQUEMA DE LA MODULACIÓN DMT UTILIZADA EN ADSL FIGURA 56: DIAGRAMA DE FUNCIONALIDAD DE SPLITTER FIGURA 57: ESQUEMA DE COMUNICACIÓN EN EL SISTEMA ADSL FIGURA 58: ESQUEMA DE COMPOSICIÓN DE UN DSLAM FIGURA 59: TRAMA ETHERNET FIGURA 60: ESQUEMA COMPLETO UNA RED HFC FIGURA 61: DIAGRAMA DE DESPLIEGUE DE WIMAX FIGURA 62: TRANSICIONES POSIBLES ENTRE 2G Y 3G FIGURA 63: ESQUEMA DE SEPARACIÓN DE PLANOS PARA LAS REDES NGN FIGURA 64: EJEMPLO DE UN ENLACE CON TRES PRIORIDADES DE TRÁFICO EN UN MODELO DE RED CON QOS FIGURA 65: CAMPOS DEL ESTÁNDAR 802.1P FIGURA 66: POSIBLES RETARDOS EN UNA RED FIGURA 67: MODELO GENERAL DEL PROTOCOLO H FIGURA 68: COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA RED VOIP H FIGURA 69: ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS EN H FIGURA 70: MODELO DE UNA RED SIP CON SERVIDOR DE REGISTRO FIGURA 71: SECUENCIA GDI PARA UNA CODIFICACIÓN MPEG FIGURA 72: ESTRUCTURA DEL DIAGRAMA IDEF v

13 Índce de Tablas TABLA 1: LIMITES DE LOS RETARDOS (UIT G.114)...13 TABLA 2: EJEMPLO DEL RETARDO TOTAL DE UNA RED SIMPLE...14 TABLA 3: CÁLCULO DE LÍMITE DE RETARDO EN NUBE IP PARA CONEXIÓN VPN...15 TABLA 4: COMPARATIVA DE TASA DE BITS PARA CODECS DE AUDIO...21 TABLA 5: RELACIÓN ENTRE TRXS Y TRÁFICO EXPRESADO EN ERLANGS...61 TABLA 6: PROMEDIO DE TS DISPONIBLE PARA EL SISTEMA GPRS O EDGE...61 TABLA 7: TABLA DE EB/NO PARA MSS EN MOVIMIENTO TABLA 8: CAPACIDAD DE LAS SUBPORTADORAS SEGÚN EL TIPO DE MODULACIÓN TABLA 9: PORCENTAJE DE CODIFICACIÓN PARA CADA TIPO DE MODULACIÓN TABLA 10: DATOS DE LA COMUNA DE LAS CONDES TABLA 11: VIVIENDAS QUE POSEEN SERVICIOS DE TELEFONÍA FIJA E INTERNET...70 TABLA 12: CANTIDAD DE VIVIENDAS QUE POSEEN CADA UNO DE LOS SERVICIOS INCLUIDOS EN ESTE EJEMPLO...71 TABLA 13: DATOS DE TELEFONÍA MÓVIL E INTERNET MÓVIL TABLA 14: DATOS DE DEMANDA POR SERVICIOS DE VIDEOCONFERENCIA ARCHIVOS FTP PÁGINAS WEB Y VOZ IP. 72 TABLA 15: DATOS DE LOS EQUIPOS DE CONMUTACIÓN USADOS EN EL EJEMPLO...92 TABLA 16: DATOS DE COSTOS Y CAPACIDADES DE NODOS Y ENLACES...92 TABLA 17: DATOS DE DEMANDA TOTAL DE SUBIDA DE BAJADA Y EN TIEMPO REAL DE SUBIDA Y DE BAJADA PARA EL EJEMPLO DE 5X5 CUADRÍCULAS CON DEMANDA COMPLETA TABLA 18: DATOS DE DEMANDA TOTAL DE SUBIDA DE BAJADA Y EN TIEMPO REAL DE SUBIDA Y DE BAJADA PARA EL EJEMPLO DE 5X5 CUADRÍCULAS CON DEMANDA DIVIDIDA EN UN FACTOR TABLA 19: CANTIDAD DE INFORMACIÓN QUE SE PUEDE TRANSMITIR EN CADA TIME SLOT PARA CADA TIPO DE MODULACIÓN Y CODIFICACIÓN TABLA 20: DATOS DE COSTOS PARA INSTALACIONES INALÁMBRICAS TABLA 21: COSTOS DE INSTALACIÓN DE SITIOS TABLA 22: DATOS DE CAPACIDAD DE TS POR TRX Y CAPACIDAD DE CONEXIONES SIMULTÁNEAS POR TRX TABLA 23: DATOS DE CAPACIDAD DE TS POR SITIO TABLA 24: DATOS DE CAPACIDAD DE CONEXIONES SIMULTÁNEAS POR SITIO TABLA 25: SENSIBILIDAD DE RECEPCIÓN REQUERIDA SEGÚN EL TIPO DE MODULACIÓN Y CODIFICACIÓN [15] TABLA 26: CÁLCULO DE COBERTURA DE BAJADA PARA UN TAMAÑO DE CUADRÍCULAS DE 381 METROS TABLA 27: CÁLCULO DE COBERTURA DE SUBIDA PARA UN TAMAÑO DE CUADRÍCULAS DE 381 METROS TABLA 28: COBERTURA DE BAJADA PARA UN TAMAÑO DE CUADRÍCULA DE 381 METROS TABLA 29: COBERTURA DE SUBIDA PARA UN TAMAÑO DE CUADRÍCULA DE 381 METROS TABLA 30: DEMANDA TOTAL PARA EL CASO DE 10X10 CUADRÍCULAS Y LA DEMANDA DIVIDIDA EN UN FACTOR TABLA 31: COBERTURA DE BAJADA PARA UNA TAMAÑO DE CUADRÍCULA DE 571 METROS TABLA 32: COBERTURA DE SUBIDA PARA UN TAMAÑO DE CUADRÍCULA DE 571 METROS TABLA 33: DEMANDA TOTAL PARA EL CASO DE 10X10 CUADRÍCULAS Y LA DEMANDA TOTAL TABLA 34: COMPARACIÓN DE TECNOLOGÍAS XDSL TABLA 35: COMPARATIVA DE TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS TABLA 36: CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS SISTEMAS GSM GPRS Y UMTS TABLA 37: SIGNIFICADO DEL CAMPO DE CLASE DE SERVICIO (COS) EN ESTÁNDAR IEEE 802.1P TABLA 38: RETARDOS DE PAQUETIZACIÓN MÁS COMUNES TABLA 39: DEMORA DE SERIALIZACIÓN PARA DIFERENTES TAMAÑOS DE TRAMAS TABLA 40: TABLA COMPARATIVA ENTRE LOS PROTOCOLOS H.323 Y SIP TABLA 41: TIPOS DE VIDEOS Y SISTEMAS DE COMPRESIÓN TABLA 42: DATOS DE COSTOS DE INSTALACIÓN DE NODOS Y ENLACES TABLA 43: DATOS DE COSTOS PARA EL CASO INALÁMBRICO x

14 Índce de Ecuacones ECUACIÓN 1: CÁLCULO DEL PACKET LOSS ECUACIÓN 2: CÁLCULO DE ANCHO DE BANDA PARA SERVICIO DE VIDEO BROADCAST...22 ECUACIÓN 3: DIMENSIONAMIENTO DE ANCHO DE BANDA EN TRANSMISIÓN DE VIDEO EN DEMANDA...27 ECUACIÓN 4: DIMENSIONAMIENTO DE ANCHO DE BANDA PARA TRANSMISIÓN DE UNA VIDEOCONFERENCIA ECUACIÓN 5: ESTIMACIÓN DE ANCHO DE BANDA EN SERVIDOR DE DATOS...30 ECUACIÓN 6: CÁLCULO DEL ÁREA DE COBERTURA DE UN EDIFICIO DEL PROVEEDOR...49 ECUACIÓN 7: CRITERIO DE ELECCIÓN DE CAPACIDAD DE UN ENLACE ECUACIÓN 8: CÁLCULO DE LOS PERÍODOS INVENTARIO ECUACIÓN 9: CÁLCULO DE LA COBERTURA DE UN ENLACE INALÁMBRICO...59 ECUACIÓN 10: LINK BUDGET DE UN ENLACE INALÁMBRICO...60 ECUACIÓN 11: TASA DE TRANSMISIÓN PROMEDIO DE UN SISTEMA GPRS/EDGE EN UNA CELDA ECUACIÓN 12: FACTOR DE CARGA DEL ENLACE UL...62 ECUACIÓN 13: FACTOR DE CARGA DEL ENLACE DE BAJADA ECUACIÓN 14: ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CANAL EN WIMAX ECUACIÓN 15: CAPACIDAD EFECTIVA DEL CANAL ECUACIÓN 16: CÁLCULO DE LA DISTANCIA DE REUSO ECUACIÓN 17: MÁXIMA CANTIDAD DE VIVIENDAS POR CUADRÍCULA ECUACIÓN 18: RESTRICCIÓN DEL NÚMERO DE CASAS Y NÚMERO DE EDIFICIOS QUE PUEDE CONTENER CADA CUADRÍCULA ECUACIÓN 19: COSTO DE INTALACIÓN DE ENLACES x

15 Capítulo 1 Introduccón 1.1 Motvacón Hace muchos años que las telecomuncacones se han tornado ndspensables para la vda dara de un cudadano común. Cada vez con más frecuenca éstas se utlzan en aplcacones ya sean laborales socales nformatvas comuncaconales etc. Incluso servcos de telecomuncacones han llegado a ser vtales en stuacones donde antes no eran necesaros así como por ejemplo la telefonía móvl e Internet. Ha quedado demostrado con el tempo que en cualquer país del mundo la demanda por servcos de telecomuncacones no reemplazados tene una curva ascendente por largos períodos de tempo. Y en la mayoría de los casos la demanda por estos servcos llega fnalmente a un punto de saturacón. A través de la experenca tambén se ha poddo aprecar el fenómeno de que cuando aparecen nuevos servcos de telecomuncacones los msmos usuaros van necestando nuevas aplcacones productos y servcos. Debdo a que la demanda de servcos de telecomuncacones está en constante aumento y además los usuaros van requrendo nuevos servcos las redes de telecomuncacones exstentes necestan aumentar su capacdad e mplementar nuevas tecnologías peródcamente. Por este motvo cada certo tempo las empresas de telecomuncacones deben efectuar enormes nversones en nfraestructura plataformas y gestón de telecomuncacones. Como el nvel de nversón es muy alto es muy mportante construr una red de telecomuncacones a la medda justa es decr que no falte n sobre capacdad. Por lo tanto es muy mportante la accón de un planfcador en la toma de decsones que tenga la empresa antes de realzar dcha nversón. Por ese motvo es necesaro tener una metodología completa y precsa de cuáles deben ser los pasos a segur en el planteamento y la organzacón de un proyecto de gran magntud cuya planfcacón es tremendamente complcada e ndspensable. El planfcador debe ser capaz de entregar sugerencas sobre la topología de red las tecnologías a utlzar la ubcacón y capacdad de equpos y nodos de la red tpos de enlaces que se necestan almentacón encamnamento señalzacón etc. 1.2 Alcance En la planfcacón de redes de telecomuncacones los planes se dvden en dos tpos los planes de técncos y los planes de desarrollo 1. Los planes de desarrollo guardan relacón con los objetvos que tene la red en el largo medano y corto plazo. Esto ncluye estrategas no nmedatas y por lo tanto pensadas a futuro así como necesdades nmedatas que puede tener la red en un momento dado. 1 Estos dos tpos de planes se explcan con más detalle en los Capítulos 9.1 y 9.2 respectvamente. 1

16 Los planes técncos en cambo están más lgados a la manera en cómo hacer funconar la red cómo dseñarla y construrla de manera de que funcone en la forma adecuada. Para esto se defnen estándares y reglas. En el contexto de esta memora se analzan sólo los planes de desarrollo mostrando metodologías crteros y sugerencas sobre las herramentas adecuadas para la planfcacón de plataformas de telecomuncacones en el corto medano y largo plazo. Dcha planfcacón está orentada a redes NGN las cuales plantean frmemente la dea de convergenca de todos los servcos de telecomuncacones en una msma red. Éstas se caracterzan además por la flexbldad por la ntroduccón de nuevos servcos por la reduccón en los costos por la garantía de caldad de servco y por la separacón de las aplcacones y funcones de control con los medos. 1.3 Objetvos Con el desarrollo de este proyecto se plantea una dea generalzada de la metodología los crteros y las herramentas que se deben tener en cuenta para efectuar la planfcacón de la nfraestructura de cualquer plataforma de telecomuncacones tomando en consderacón los aspectos más relevantes para este propósto. Es mportante destacar que uno de los objetvos prncpales de la metodología propuesta es reducr los costos del proyecto lo máxmo posble cumplendo con todos los requermentos de su arqutectura y caldad de servco tenendo sempre un horzonte de planfcacón ben defndo en el cual se asegure dcha caldad. En defntva este trabajo busca facltar la tarea del planfcador dando pautas claras sobre los pasos a segur las metodologías a utlzar los crteros que se deben consderar y fnalmente entregar algunas sugerencas sobre las característcas de las herramentas que se deben utlzar. 1.4 Objetvos específcos Identfcar los elementos comunes a todas las plataformas de telecomuncacones necesaros para descrbr de manera completa y general cualquer red de telecomuncacones de nueva generacón. Formular un esquema que descrba de manera general un problema de planfcacón de una plataforma de telecomuncacones cualquera defnendo los parámetros de red y los crteros más relevantes de éste. Plantear una metodología de planfcacón para una plataforma cableada de telecomuncacones que responda al esquema general propuesto en el punto anteror. Para esto se debe descrbr la equvalenca entre los servcos demandados por los clentes y las varables de red manejadas por el proveedor consderando QoS 2 para encontrar las saldas de dcho esquema a través de un modelo de optmzacón que represente y permta resolver el problema. Proponer una metodología de planfcacón para una plataforma de telecomuncacones nalámbrca equvalente a la del punto anteror. 2 QoS (Qualty of Servce): Caldad de Servco 2

17 Comentar las característcas y funconaldades que deben tener las herramentas para la planfcacón de plataformas de telecomuncacones recomendando algunos Software especalzados. Presentar un ejemplo de planfcacón para cada caso (nalámbrco y cableado) utlzando la metodología los crteros y las herramentas propuestas. 1.5 Descrpcón del Documento El presente documento corresponde al trabajo de Memora de Título para optar al grado de Ingenero Cvl Electrcsta. Las descrpcones de los nueve capítulos que lo componen son las que sguen: 1. Introduccón: En este capítulo se realza una breve descrpcón de la stuacón actual del escenaro de las telecomuncacones sendo ésta lo que motva el desarrollo del trabajo. Tambén se defnen el alcance y los objetvos generales y específcos que explcan hasta dónde y cuáles son los resultados que se esperan. Del msmo modo se ncluye una reseña de lo que contenen cada capítulo. 2. Antecedentes: Se presentan las materas necesaras para la comprensón total del documento. Entre ellas se cuenta: la clasfcacón de redes basada en el Modelo Jerárquco de Csco la explcacón del concepto y arqutectura de las redes NGN la clasfcacón y descrpcón de cada categoría de servcos (datos voz y vdeo) y la descrpcón de las dstntas plataformas de telecomuncacones explctando cuáles son los equpos y software necesaros para el soporte de los servcos y presentando además ejemplos de dmensonamento de equpos y enlace para cada una de ellas. 3. Metodología: En prmer lugar se presenta una descrpcón en la que se plantean las entradas saldas y restrccones del problema asocado al proceso de planfcacón de plataformas de redes; le sgue la generalzacón del problema que permte la abstraccón con respecto de la tecnología que se utlce y la explcacón de cada uno de los pasos que componen el procedmento de planfcacón en sí. Tambén se presenta una breve descrpcón de las herramentas computaconales que facltan lo anteror y de las consderacones para el desarrollo del ejemplo que valda el método propuesto. 4. Resultados: Se entregan las metodologías para la planfcacón tanto de redes nalámbrcas como cableadas presentando una descrpcón del problema y defnendo las varables los parámetros los conjuntos en que se mueven las varables las restrccones y la funcón objetvo para formalzar el problema de optmzacón como tal en ambos casos. Tambén se presenta una caracterzacón de las herramentas que se utlzan en el proceso de planfcacón exponendo cómo se deben preparar los datos de entrada cuál es la nformacón necesara para una buena planfcacón y cómo ésta debe ser tratada cuándo utlzar los tpos de smulacón que exsten cómo analzar los resultados obtendos y cómo éstos deben ser nformados. Además se comenta la compatbldad de las herramentas y se presentan los ejemplos. 5. Dscusón: Se dscuten tanto las metodologías propuestas como los resultados obtendos establecendo las dferencas y smltudes entre los procedmentos para la planfcacón de los dos tpos de redes vstos. Además se comentan las ventajas y desventajas de lo anteror específcamente en base a su uso en los ejemplos presentados. 3

18 6. Conclusones: Basado en la dscusón realzada se plantean las conclusones que ésta permte obtener. En ella además se repasa cada uno de los objetvos planteados y se explcta hasta qué punto fueron cumpldos. 7. Referencas Bblográfcas: Se lstan los lbros memoras y tess doctorales publcacones y págnas web utlzados en el desarrollo del trabajo. 8. Defncones y Acrónmos: Se presentan una sere de defncones de térmnos específcos al área de telecomuncacones además del sgnfcado de las abrevacones que aparecen a los largo del documento. 9. Anexos y Tablas: En este capítulo se entrega nformacón complementara a la presentada en el capítulo de antecedentes la cual permte profundzar aún más en estas materas y por ende ayudar con la comprensón del documento. Algunos de los temas tratados son: descrpcones de los planes de desarrollo de trabajo y de las tecnologías más usadas en las redes de telecomuncacones. Además se presentan los requstos de las redes NGN en qué consste la caldad de servco e nformacón relatva a los servcos y tanto a la teoría de pronóstco como a los procesos de la metodología IDEF. 4

19 Capítulo 2 Antecedentes Antes de comenzar a plantear los dferentes aspectos que se deben consderar en una planfcacón de plataformas de telecomuncacones se tene que defnr de manera clara el sgnfcado de plataformas y de servcos. Una plataforma de manera general se defne como la nfraestructura necesara para la mplementacón de un servco o la utlzacón de una aplcacón. En nformátca una plataforma es precsamente la base ya sea de hardware o software sobre la cual un programa puede ejecutarse. Ejemplos típcos ncluyen: arqutectura de hardware sstema operatvo lenguajes de programacón y sus lbrerías. Por otra parte un servco es un conjunto de actvdades que buscan responder a una o más necesdades de un clente o tambén se le puede defnr como el equvalente no materal de un ben. En el presente capítulo se presentar los elementos más mportantes en lo que a plataformas y redes de telecomuncacones se refere. Prmero se muestra la clasfcacón de las redes de telecomuncacones en tres etapas descrbendo la capa de core la capa de dstrbucón y la capa de acceso sguendo el modelo jerárquco de Csco. Luego se defne el concepto y se presentan las prncpales característcas de las redes de nueva generacón o NGN. Sumado a lo anteror se exponen los servcos que se ofrecen a través de una red de telecomuncacones catalogado en cuatro categorías los servcos de red datos voz y vdeo mostrando sus prncpales característcas. Fnalmente se presentan las plataformas de servcos en donde se aprecan sus característcas y requermentos de red y las plataformas de red en donde se muestran algunos sstemas muy utlzados en redes NGN como son UMTS IP-MPLS e IMs los cuales representan felmente toda la generaldad que poseen este tpo de redes. 2.1 Clasfcacón de redes Exsten dversas maneras de clasfcar las redes de telecomuncacones: a través de su funconaldad de su cercanía al usuaro fnal de los servcos que presta de los protocolos utlzados etc. En este documento las redes de telecomuncacones se dvdrán de manera jerárquca en tres grupos o capas: La capa de core que se caracterzan por tener grandes equpos de conmutacón que enrutan mllones de paquetes de manera confable y rápda y así comuncar a centos de mles de usuaros y servcos de éstos con sus destnos. La capa de dstrbucón que tenen como prncpal objetvo el comuncar las redes del core con la red de acceso para poder llegar a los usuaros fnales. Normalmente se conforma por sub-redes punto a punto. Las redes de acceso las cuales se preocupan de llegar desde los puntos de dstrbucón pertenecentes al proveedor de servcos hasta el lugar donde se stúa el usuaro fnal. 5

20 Esta clasfcacón se llama modelo jerárquco de Csco (Csco Herarchcal Model) y se utlza para ordenar las redes en capas la cual da un orden para la planfcacón y la gestón de las redes. En cada una de estas capas se defnen tareas claras que cada una debe cumplr. Este modelo ayuda en la práctca a asegurar que las redes sean más confables escalables flexbles y smplfcadas. En la Fgura 1 se muestra la estructura generalzada del modelo. Red de Core Red de Dstrbucón Red de Acceso Fgura 1: Modelo Jerárquco de Csco A contnuacón se descrben estas tres capas en detalle Capa de Core Las redes de core normalmente llamadas núcleo o Backbone tenen la funcón de transportar grandes cantdades de tráfco de forma rápda y confable. Este tráfco puede provenr de dversas áreas de una cudad provnca y/o país. Están conformadas por equpos de gran capacdad de conmutacón (swtches) y de muy buen rendmento. Este tpo de redes al ser prmordales para el funconamento total de la red utlzan líneas de transmsón redundantes así en caso de que exsta algún problema con una línea se tendrá la otra de respaldo y en el caso de funconamento normal estas líneas redundantes se utlzan para alvanar las cargas de las msmas. Como se cta en el Anexo Capítulo las prncpales consderacones que se debe tener al dmensonar los equpos de esta capa son: Gran tasa de transferenca de datos. Redundanca en las conexones que transportan el tráfco para tener una alta confabldad. Baja latenca se necesta conmutar los paquetes a gran velocdad. Crecer sólo reemplazando equpos por unos más rápdos. El núcleo de las redes de los proveedores de servco IP enfrenta un fuerte crecmento en la actualdad y haca el futuro por lo que se requere una gran expansón de capacdad y por lo tanto una gran nversón. Hoy en día cas la totaldad de las redes de backbone utlzan IP/MPLS como protocolo de transmsón ya que se adapta a cualquer tecnología y por lo tanto faclta la convergenca de las redes de telecomuncacones. 6

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