1.264 Tema 21. Redes de datos Tecnología de redes de telecomunicaciones: Fibra, microondas y satélite

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1 1.264 Tema 21 Redes de datos Tecnología de redes de telecomunicaciones: Fibra, microondas y satélite

2 Tecnología de red Ya hemos hablado de los componentes básicos de la transmisión, el enrutamiento/la conmutación y la planta física: Lo siguiente será: Redes de largo recorrido (capa 1-2). Redes de área local (capa 1-2). Protocolos de alto nivel (TCP/IP en las capas 3-4). Interconexión de redes locales y de largo recorrido, especialmente mediante routers (un dispositivo de capa 3). Redes de largo recorrido (alternativas a la capa 3, trabajo conjunto con TCP/IP). TCP/IP funciona como protocolo dominante en la práctica totalidad de estas tecnologías: Totalmente distinto a como era hace 5 años, cuando se utilizaban muchos protocolos.

3 Fibra óptica Funcionamiento habitual de la fibra en los enlaces de telecomunicaciones: De OC-48 a OC-192 (de 2.5 a 10 Gb/s) en un solo par de fibras: Recibe y transmite por separado las rutas (no circuitos). De a circuitos a 64kb/s para audio y datos Los mayores circuitos para clientes individuales son OC-1 (T-3) o 50Mb/s: Los costes son de unos $/mes campo a través y en descenso. Sistemas de ámbito nacional: Generalmente, 48 pares de fibras en una red de millas. Hay varias de este tipo y se están construyendo más. Repetidores cada 2-50 millas, ubicados sólo en edificios de telecomunicaciones. El enrutamiento diverso es un problema para la fiabilidad (especialmente por cortes de la fibra): Derechos de camino limitados; múltiples operadoras que, a menudo, se ven afectadas por el mismo corte. La fibra es más rápida que el cable coaxial, de cobre u otros sistemas electrónicos debido a los fundamentos de la física: Puede haber muchos bosones (fotones) a la vez en un mismo sitio. Sólo puede haber un mesón (pares de quarks, como electrones) a un tiempo en un sitio.

4 Sistema común de fibra óptica Terminales Regeneradores Terminales Señales de entrada de OC-X ó DS-3 S MUX S MUX Transmisores de luz R R Receptores de luz MUX S MUX S Señales de salida de OC-X ó DS-3 S MUX Receptores de luz R Transmisores de luz MUX S Canal de protección S Switch de protección MUX Multiplexador R - Regenerador Los lásers se utilizan en la fibra de banda ancha, los LED en banda corta. La fibra de modo sencillo utilizada en la banda ancha: 10 micrones de diámetro. Baja atenuación (pocos repetidores), 100x ancho de banda. La fibra multimodo utilizada en banda corta: 62 micrones de diámetro. Multiplexado por división de longitud de onda: múltiples colores para aumentar la capacidad.

5 Aplicaciones de la fibra óptica Las características se escriben del siguiente modo: MHz-km Puede haber 300MHz para 10km de fibra o: 300MHz pueden manejar 3Gb/s o el OC MHz para 100km de fibra: 30MHz pueden manejar el OC-3. Aplicaciones de bucle local: El T-3 no se puede transmitir por cobre (el T-1 sí), por lo que la fibra es necesaria para los clientes que desean T-3. Es necesario multiplexar muchas viviendas para que la fibra sea eficaz. Fibra oscura: fibracontrolada totalmente por el usuario, no por el proveedor de telecomunicaciones: Los proveedores rehusan ofrecer fibra oscura; solo es posible utilizarla en un campus o sitio. FDDI necesita la fibra oscura (próximo tema) y es muy eficaz en caso de poder utilizarla. La fibra parece transparente para los ordenadores y otros equipos de redes.

6 Sistemas de microondas La microonda analógica era la tecnología dominante para los circuitos de largo recorrido en la década de los 80. La microonda digital es la única tecnología actual: Módem digital (básicamente igual que su PC: PPP, codificación Trellis). Unidad Rf (difusión/recepción). Antena. La microonda requiere "línea de vista" y tiene pérdidas por: Pérdida de espacio libre por viajar a través de la atmósfera (muy alta). Pérdidas atmosféricas: aire, partículas, densidad del agua. Reflexiones del agua y niebla que dan lugar a múltiples rutas. Difracción del terreno (edificios, colinas). Atenuación por la lluvia. Una microonda se comporta básicamente como la luz, se puede enfocar rápidamente: Se pueden usar repetidores billboard para rodear los obstáculos.

7 Aplicaciones de los sistemas de microondas Circuitos privados en los que la transmisión habitual es demasiado cara: Bypass LEC para acceder a IEC o configuración del campus. Las microondas ahora tienen un 99,99% de disponibilidad: Una hora por año de inactividad, generalmente en pequeños intervalos. La tasa de error de bits es de 10^-6, frente a la de la fibra de 10^-12. El ancho de banda estándar es de 1 a 3 circuitos T-3: Interfaz estándar para PBX. Las antenas son de 2 pies para corto recorrido y de 100 para el servicio por satélite: Hay que ubicar antenas y repetidores sobre los tejados; las torres no son fiables.

8 Comunicaciones por satélite La fibra predomina frente al satélite salvo por: Sitios donde no llega la fibra (zonas remotas, océanos) para audio y datos. Broadcast (vídeo). Usuarios en movimiento (camiones, barcos, buscas). Posicionamiento global (GPS). Banda corta (ej.: terminales POS) en un área amplia. Circuitosmuy largos (más rentable que la fibra). Desventajas del satélite: Hasta 1/4 de segundo de retardo tierra-satélite, más si hay múltiples saltos. Poca fiabilidad y ancho de banda corto.

9 Aplicaciones de satélite INMARSAT: Enlace de datos a embarcaciones, en ocasiones se utiliza también en zonas remotas. DBS (Direct broadcast satellite): 200 canales, compresión propietaria de la señal de vídeo digital. La señal de TV estándar es de 90 Mb/s; la de compresión estándar de 45Mb/s. Intento de ofrecer servicio de ISP a través de canales inusuales. Llamadas de vuelos internacionales vía satélite: Los servicios de vuelos nacionales utilizan estaciones terrestres. El VSAT (Very Small Aperture Terminal se utiliza para aplicaciones de banda corta (9.6-56kbps): Puntos de venta Kmart, por ejemplo. BUDs (Big Ugly Dishes), por lo general, de 2 metros de diámetro. Sistema de posicionamiento global (GPS), localización remota.

10 Teléfonía móvil (celular) Nosotros vamos a estudiar la tecnología y la práctica de EE.UU. (la tecnología europea GSM es diferente): canales en una banda de telefonía estándar: Banda A utilizada por operadoras por cable (LECs). Banda B utilizada por operadoras inalámbricas (nuevas). Utiliza tanto la telefonía analógica como la digital. El teléfono puede operar en cualquiera de estos 832 canales: Los teléfonos de modo dual también pueden operar de modo analógico o digital. Los switches de celulares se denominan MTSOs (Mobile Telephone Switching Offices): Sus funciones son las mismas que las de un switch estándar, más el handoff entre celdas.

11 Reutilización de la frecuencia en la telefonía móvil F3 F4 Patrón elemental de frecuencia de celdas F F5 F7 F6 F4 F2 F1 F5 F7 F6 F3 F4 F2 F2 F1 F5 F7 F6 F3 F3 F4 F2 F1 F5 F7 F6 F3 F4 Celda individual Límite del área de servicio

12 Reutilización de la frecuencia (cont.) Los patrones sencillos raramente se mantienen debido a factores como la topografía, la demanda, los edificios o el agua. Repita este patrón para n canales por celda: Se puede obtener un máximo razonable de 70 canales por celda para una operadora (A o B). Máximo absoluto de 128 canales por celda. La asignación de canales es un problema de optimización interesante: Programación con enteros, GIS (DTM, DLG), radioingeniería Se puede dividir en 3 sectores de 120 grados en una celda. El diagnóstico de problemas en los móviles también es un problema interesante: Se utiliza la tecnología GIS y los análisis de red para contrastar los informes de problemas con las columnas de datos.

13 Tecnología de celular analógica Los handoffs se producen en función de la fuerza de la señal, tomando la decisión el MTSO: El handoff dura unos 0.2 s.: está bien para voz, pero no para datos. Las torres de las celdas están conectadas al MTSO por medio de datos de paquetes (X.25 o IP): Sería más razonable el uso de enlaces de radio T-1 en lugar de fibra. Uno de los problemas principales es la ubicación de las torres: se deben distinguir entre los árboles, cactus... El mensaje se difunde por todas las celdas en las llamadas a una unidad móvil. El ESN y el ID se envían sin encriptar en los móviles analógicos: Importantes problemas de fraude: clonado, robo, etc. Respuestas: huellas de señal, facturación y análisis en tiempo real. Los teléfonos digitales poseen encriptación (pero la del GSM se ha descubierto: simulación de 56 bits!) El roaming utiliza SS7: caro y propenso al fraude en EE.UU. Las incursiones en el mercado de móviles en EE.UU. son 1/3 de las de Europa.

14 Tecnología celular digital Celular analógica: FDMA (frequency division multiple access) Celular digital: TDMA (time division multiple access) o CDMA (code division multiple access): El autor del CDMA es Qualcomm; y el del TDMA es AT&T. Lo dos son incompatibles y están estandarizados. El CDMA, llamado también frequency hopping (salto de frecuencia), soporta el handoff de datos y tiempo 0: El TDMA no soporta datos: Radiolocalización (paging): Numérico o alfanumérico (interfaces múltiples de IP estándar para radiolocalización). En su mayoría terrestres; algunas por satélite. Celular E-911 y localización posible, por mandato en algunos casos.

15 Servicios de comunicaciones personales (PCS) Los PCS permiten, en EEUU, hasta 7 competidores en cada SMSA: Se subasta el espectro y se procura que los modelos similares acaben en otro sitio. Los LEC, IEC y ALT y las que no son operadoras tienen licencias. El GSM (TDMA) europeo lo utiliza Sprint PCS, el primero que lo implementó. PCS globales: económicamente, un fracaso. Iridium de Motorola y múltiples competidores. El coste inicial es de 3$/min., pero el servicio es universal. Órbita terrestre baja, lo que requiere muchos satélites ( ) para mantener bajo el retardo.

16 Datos móviles Los módems normales no sirven: Demasiado ruido. Sin tono de marcado al inicio de la conexión. Los módems celulares valen para archivos largos: Conexión conmutada por circuitos; mínimo de carga elevado. El CDPD (Cellular Digital Packet Data) utiliza paquetes reales: Válido para mensajes cortos (policía, taxis, algunos sensores remotos). TCP/IP variable a 19.2 kbps. Se esperaba que el uso principal fuera el transporte, pero no está siendo así. El SMR (Specialized mobile radio) compite con el CDPD. Los usuarios móviles actualmente siguen distintas estrategias: Buscas alfanuméricos (terrestres; los nacionales/por satélite resultan muy caros). Módems celulares para las conexiones más largas. CDPD o SMR (según disponibilidad) para transferencias de datos cortos. Satélite en las zonas rurales. Módems PCS (GSM) para comunicaciones internacionales.