Objetivo. Tendencias Tecnológicas en las Redes de Acceso. Pasado y presente de las redes. Comunicaciones de banda ancha

Transcripción

1 Objetivo Tendencias Tecnológicas en las Redes de Acceso Universidad Tecnológica Nacional 25 de Septiembre de 2002 Analizar y comprender las diferentes alternativas tecnológicas en las redes de acceso al domicilio del usuario, para aplicaciones de banda ancha. Ing. Elizabeth Grust Comunicaciones de banda ancha Pasado y presente de las redes Las comunicaciones de banda ancha consisten en las tecnologías y el equipamiento adecuado para ofrecer servicios de voz, video y datos. La banda ancha ofrece a los usuarios altas velocidades de comunicación y conexiones always on mientras que a los proveedores de servicios les permite ofrecer infinidad de servicios de valor agregado. PASADO Una red especializada para cada servicio. PRESENTE Tráfico de datos superando al de voz Aumento de las aplicaciones multimedia. Fuerte impulso hacia una red única Aparición de un nuevo modelo: Internet (se pueden dar servicios sin controlar la red) 1

2 Red de acceso Redes tradicionales vs Redes nuevas Red única soporte de todos los servicios Conectividad vs Servicios de valor agregado De gran ancho de banda. Que admita la movilidad del usuario. Narrowband vs Broadband Conexiones estáticas vs Conexiones Dinámicas Alternativas tecnológicas en el acceso Red de acceso por par de cobre Acceso por cable Par de Cobre Híbrido Fibra-Cable Fibra Optica Red Eléctrica Acceso inalámbrico WLL (Wireless Local Loop) Broadband Wireless Sistemas celulares Optical Wireless Es la red de acceso tradicional para telefonía (PSTN) Aprovecha sólo una fracción del ancho de banda disponible (banda vocal). Los servicios básico soportados son: telefonía datos 2

3 Técnicas de acceso por par de cobre Para ampliar la capacidad de la red de cobre más allá del transporte de voz se aplican diferentes tecnologías: Modems de banda vocal Tecnologías DSL (Digital Subscriber Line) Modems de banda vocal V.92 Modem on Hold: Permite mantener el modem en espera mientras se atiende un llamado telefónico durante un tiempo máximo de 4 minutos. Quick connect: Reduce el tiempo de negociación almacenando los parámetros de la línea. La reducción es de 10 a 20 seg. PCM upstream: Mejora las aplicaciones simétricas como videoconferencia V.44 Opera con algoritmos de compresión optimizados para páginas web. Mejora notablemente los tiempos de download. Tecnologías DSL Se denomina Digital Subscriber Line a todas las tecnologías que permiten la transmisión de información digital sobre pares de cobre. Todas las tecnologías DSL implican el uso de pares de modems. Dentro de esta familia de tecnologías se incluyen: Tecnologías xdsl Es una tecnología no conmutada No requiere la actualización de la central telefónica Los modems de central son independientes del switch Los accesos ISDN (Integrated Services Digital Network) Los accesos xdsl (Digital Subscriber Line) 3

4 Alternativas xdsl Las alternativas xdsl se diferencian por la velocidad de transmisión y la cantidad de pares de cobre que emplee : HDSL - High Data-Rate Digital Subscriber Line SHDSL - Single-Line Digital Subscriber Line HDSL : High Data Rate DSL 41,544 Mbps - 2 Mbps Duplex 4Emplea 2 pares de cobre 4Alcance 4 Km (aprox.) Velocidad upstream ADSL - Asymetric Digital Subscriber Line 2Mbps VDSL - Very High Data rate Digital Subscriber Line 768Kbps Velocidad downstream 768Kbps 2Mbps 8Mbps SHDSL : Single Line DSL 41,544 Mbps - 2 Mbps Duplex 4Emplea un solo par de cobre Velocidad upstream ADSL: Asymmetric DSL 41,5 a 8 Mbps down / 16 Kbps a 1 Mbps up 4Emplea un solo par de cobre 4Alcance hasta 3 Km (aprox.) Velocidad upstream 2Mbps 768Kbps 768Kbps 2Mbps 8Mbps Velocidad downstream 2Mbps 1Mbps 768Kbps Velocidad downstream 768Kbps 2Mbps 8Mbps 4

5 VDSL: Very high Data Rate DSL ADSL - Generalidades 413 a 52 Mbps down / 1,5 a 13 Mbps up 4Emplea un solo par de cobre 4Alcance hasta 1,5 Km (aprox.) Velocidad upstream El sistema ADSL crea tres canales de información: Un canal descendente de alta velocidad - de 1,5 a 8 Mbps Un canal bidireccional de velocidad media - de 16 Kbps a 1 Mbps. 13Mbps Un canal POTS (Plain Old Telephone Service) 2Mbps 768Kbps 768Kbps 2Mbps 8Mbps 52Mbps Velocidad downstream ADSL- El canal ADSL El lazo de abonado 5

6 ADSL: La red Segmentos funcionales ADSL: La red - Segmentos funcionales CPE: Dispositivos en el domicilio del cliente. NAP: Compuesto por la red de acceso propiamente dicha y el backbone de transporte. Los equipos que forman parte del NAP son: el DSLAM, Agregador de Servicios y los equipos propios del backbone (routers, switches, etc). NSP: Proveedores de servicios con sus respectivas redes (ISPs, ASPs, empresas, etc.) G.SHDSL - Generalidades G.SHDSL: Red ATM Es la primera tecnología DSL multirate simétrica estandarizada. Permite transportar datos simétricamente sobre un par de cobre a velocidades desde 192 kbps hasta Mbps en pasos de 8 Kbps. Tiene un funcionamiento opcional a 4 hilos que permite manejar velocidades de 384Kbps a Mbps. No soporta el uso de splitters analógicos para el transporte de POTS o ISDN. Emplea modulación TC-PAM (Trellis Code Pulse Amplitud Modulation). Puede operar sobre redes TDM o ATM. SHDSL DSLAM Gateway de Voz ATM V 5.x ISP PSTN Gateway de Voz Internet 6

7 VDSL - Generalidades VDSL El lazo de abonado Alcanza velocidades máximas de 52 Mbps downstream y 13 Mbps upstream ( a 300 mts) Requiere una arquitectura de red híbrida fibra-cobre. FTTC (Fiber to the Curb) La fibra se extiende desde la OC hasta la Unidad de Red Optica (ONU) PSTN O.C. F.O. ONU par de cobre Modem VDSL Modem VDSL LAN A partir de las ONUs salen los pares de cobre hasta el domicilio del abonado. VDSL - Velocidades y alcances Mercados para los servicios DSL Velocidades downstream Límites de distancia Tecnologías DSL en el lazo de abonado ,8 Mbps 1500mts 25,9 27,6 Mbps 1000 mts Servicios Corporativos Internet VLAN Internet2 Video 51,84 55,2 Mbps 300 mts HDSL SHDSL & ADSL VDSL 7

8 Redes híbridas fibra - coaxil (HFC) Esquema de una red HFC Típicamente empleadas para distribución de CATV Surgen como evolución de las primeras redes de CATV de cable coaxil Emplean fibra óptica en la red troncal, desde la cabecera de generación de señales hasta los nodos ópticos Los nodos ópticos son receptores que hacen la conversión óptico/eléctrica de la señal en las áreas de servicio A partir de los nodos se extiende la red de distribución tradicional de cable coaxil Headend 1310 o 1550 nm Hub secundario Coax. Nodo óptico Nodo óptico 1310 nm Nodo óptico Coax. Redes HFC : características Red HFC - Transmisión de datos Además del servicio de distribución de señales de TV la red HFC tiene capacidad para transportar servicios bidireccionales: telefonía datos Los servicios bidireccionales requieren que la red posea: canal de retorno habilitado diseño adecuado del área de servicio de cada nodo 8

9 Redes de Fibra Optica - Generalidades Redes de Fibra Optica Las redes ópticas destraban el cuello de botella del acceso aumentando el ancho de banda y la calidad de servicio. Prometen un enorme incremento en el ancho de banda de la red de acceso hasta cientos de Gbps. Existen varias arquitecturas posibles de uso de la fibra. Pueden clasificarse de dos formas: Por el uso de elementos pasivos y/o activos: Redes PON Por la cercanía del tramo de fibra al domicilio de cliente: FTTX Fiber To The Home: FTTH Red Punto a Punto Fiber to the Home (FTTH) Red Pasiva con divisores IP ATM Backbone PSTN F.O. F.O. F.O. ONU Residential Gateway F.O. IP F.O. Backbone F.O. ONU OLT Divisor 1xN ATM F.O. PSTN MDU 9

10 PON (Passive Optical Network) La arquitectura PON elimina la electrónica en la planta externa. Estas redes cubren principalmente el rango de servicios entre 1,5 Mbps y 155 Mbps que otras redes de acceso no llegan a cubrir. Los principales tipos de tecnologías PON son : ATM PON (APON) Ethernet PON (EPON) La red APON típica es la que utiliza accesos VDSL, donde la ONU está a pocos metros del cliente. Red APON Video Backbone Datos PSTN Red EPON APON Video Backbone Datos PSTN En 1995 la FSAN Coalition (Full Service Access Network) comenzó a desarrollar un standard para diseñar la forma más rápida y económica de dar servicios IP, video y 10/100 Ethernet sobre una plataforma de fibra hasta el cliente. Más tarde la ITU sacó el standard G.983 que especifica los elementos activos de la red: OLT (Optical Line Terminal) : que entrega datos usando TDM en 1550nm downstream a 155 o 622 Mbps. ONU (Optical Network Unit): cercano al equipo de abonado que entrega datos a 1310nm upstream a 155 Mbps. Convierten los pulsos de luz al formato deseado, ATM, Ethernet, etc. 10

11 EPON Tráfico Dowstream EPON Surge pensando en la evolución de las redes LAN de Ethernet a Fast Ethernet o Gigabit Ethernet. Eliminan la conversión ATM/ IP en la conexión WAN- LAN. Disminuye la complejidad de los equipos. EPON es más eficiente en el transporte de tráfico basado en IP. Disminuye el costo de equipos, costos operativos, y simplifica la arquitectura. Acceso fijo por red eléctrica La tecnología DPLC (Digital Power Line Communications) permite la transmisión de datos sobre la última milla de la red eléctrica. Es una tecnología en desarrollo, aún con pocas implementaciones en el mundo. Es una red bidireccional de banda ancha Presenta algunas ventajas evidentes: Utiliza una red existente con altísima penetración. Requiere bajas inversiones. Son graduales, aumentan con el número de usuarios. Permite tener fácilmente una red hogareña. Funcionamiento Permite alcanzar velocidades de hasta 4,5 Mbps. Utiliza la banda de frecuencias altas, por encima de los 2 Mhz para los datos de manera de no interferir con la señal de energía eléctrica. El sistema constituye un medio compartido por tanto utiliza IEEE 802.1Q para separar las tramas de datos de los diferentes usuarios. El área de cobertura de una estación Master varía entre 100 y 500m, dependiendo de las frecuencias de transmisión empleadas. 11

12 Arquitectura de red Redes de acceso inalámbrico En estas redes los clientes se conectan a la red PSTN usando señales de radio en reemplazo del cobre, en parte o en toda la conexión entre el cliente y la central de conmutación. Es una técnica de acceso muy utilizada en regiones donde las redes están aún en desarrollo. También en aquellas regiones de reciente apertura en competencia resulta ideal para un rápido despliegue de red. Clasificación WLL (Wireless Local Loop) Broadband Wireless LMDS MMDS Wireless Local Loop (WLL) Se instala una estación transmisora y antenas receptoras en los sitios de abonado. Requiere transmisión en línea de visión. Sistemas celulares La transmisión bidireccional licencias de uso del espectro. queda sujeta a las Permiten la transmisión y recepción de señales de datos. 12

13 Broadband Wireless Usan sistemas de microondas de tipo punto - multipunto como tecnología de acceso. Existen diferentes tipos de sistemas operando a distintas frecuencias. Siguen una estructura de tipo celular. Broadband Wireless Existen dos tipos de servicios inalámbricos: MMDS - Multichannel Multipoint Distribution Services LMDS - Local Multipoint Distribution Services Fue originalmente desarrollado para competir con las redes de CATV en el mercado del video. MMDS - Generalidades MMDS Arquitectura del sistema Fue desarrollado para distribución inalámbrica de señales de TV. Actualmente se ha extendido su uso al acceso de voz y datos Opera en la banda baja de frecuencias de microondas, típicamente de 2,5 a 2,69 GHz Ofrece una performance similar a la lograda con un cable modem en redes de CATV (picos de 1,5 Mbps). Requiere que transmisor y receptor se encuentren en línea de visión (LOS). El área de cobertura típica es de 40 a 50 Km 13

14 LMDS - Generalidades LMDS - Arquitectura del sistema Es un sistema de comunicación inalámbrico de banda ancha de tipo punto-multipunto. Video OTR OTR Opera por encima de los 20 Ghz licenciada. en banda Voz OTX OTR Usuarios residenciales Se consiguen tasas de datos hasta 1,5 Gbps downstream y 200 Mbps upstream. Datos NOC Usuario de negocios El área de cobertura típica varía entre 1 y 5 Km para tener un 99,99% de disponibilidad. ATM IP Sistemas celulares - Generaciones Servicios 3G GSM AMPS D-AMPS CDMAone IMT-2000 Información y Contenidos Tiempo Real NMT TACS CDMA PDC GPRS EDGE CDMA2000 UMTS(W-CDMA) Acceso Móvil a Internet Acceso a Intranet Información Personalizada MMS Localización Voz/video 1 G 2 G 2,5 G 3 G ISP Móvil Portal Móvil Servicios móviles especializados 14

15 Optical Wireless Optical Wireless También denominada Free Space Optics Se considera una solución alternativa a la fibra óptica, ya que puede llegar a transmitir hasta 10 Gbps. Permite establecer conexiones de alta velocidad entre dos edificios o múltiples conexiones a distancias más cortas. Requiere que ambos extremos estén en línea de vista. Las arquitecturas de red pueden ser de tres tipos: Punto a Punto, Punto a MultiPunto, o Mesh. Optical Wireless Tecnologías y segmentos de cliente Telefonía Acceso módem Videoconferencia Vídeo alta calidad Interconexión de LANs Imágenes de alta resolución 10 kbps 100 kbps 1Mbps 10 Mbps 100 Mbps Grandes empresas GSM II BSS: Satélite de banda ancha LMDS HDSL PYMEs Residenciales SOHO Celulares/satélite de banda estrecha Cable telefónico Bucle de abonado sin hilos Telefonía sin hilos de tercera generación Red eléctrica ADSL Módems Cable Fibra hasta el abonado 15

16 Caso de Estudio: Teletrabajo El Teletrabajo o Telecommuting es un fenómeno de gran crecimiento hoy en día. Gartner Group estima 137 millones de personas involucradas con este tipo de trabajo para Forrester Research estima para 2004 alrededor de U$S 16 billones de ganancias por servicios de trabajo a distancia. Tipos de tele-trabajadores Permanentes (con un mínimo de 3hs diarias por semana fuera de la oficina). Esporádicos ( 1 día a la semana fuera de la oficina). Full time (en un sitio remoto de la empresa). Móviles (utiliza esta modalidad mientras viaja). Satélite (trabaja en oficinas satélites). Teletrabajo: Mercado Estudios recientes indican un enorme crecimiento de esta modalidad de trabajo en los próximos años. Europa* De 6 M de trabajadores móviles en 2001 a 20 M en 2005 De 4 M de remotos esporádicos y permanentes en 2001 a 9 M en 2005 USA** De 21 M de remotos permanentes en 2001 a 35 M en 2005 De 3 M de oficinas remotas en 2001 a 5 M en 2005 Teletrabajo: Oportunidades Para el empleado: Oportunidad de lograr un balance entre trabajo y vida familiar Para la empresa: Oportunidad de bajar costos y lograr mayor productividad. Para los operadores y proveedores de servicios: Oportunidad de ofrecer nuevos servicios basados en tecnologías de banda ancha. * IDC ** INSTAT/MDR 16

17 Teletrabajo con un acceso narrowband Hasta hace poco tiempo las herramientas para trabajar a distancia eran una PC laptop y un acceso dial-up o ISDN. Acceso prácticamente limitado a correo electrónico. Dificultad para realizar intercambio de archivos o acceder a bases de datos y/o aplicacioneas en la Intranet. Limitación en el uso de los servicios de voz corporativos. Uso alternado del acceso dial-up entre el servicio de voz y el de datos. Teletrabajo con un acceso broadband Con un acceso de banda ancha es posible extender al ambiente de comunicaciones disponible en la empresa hasta la oficina virtual. Una conexión de alta velocidad provee un acceso seguro a datos, en tiempo real y a servicios de voz paquetizada. El acceso de banda ancha que mejor se adapta a este tipo de aplicación es el xdsl. Es un acceso always on Permite usar la línea telefónica y la conexión de datos simultáneamente sin requerir una línea adicional. Acceso xdsl Servicios de datos La herramienta principal para ofrecer estos servicios es la posibilidad de crear VPNs (Virtual Private Networks) seguras sobre la red del Proveedor de servicios y sobre Internet. Generalmente estas VPNs simulan líneas dedicadas a través de túneles encriptados. El usuario tendrá un username y password para ser autenticado y acceder a los recursos de la empresa. 17

18 Tipos de conexión Acceso seguro: VPN Para acceso remoto desde el hogar Se utilizan accesos de tipo PPP (similar a dial-up) para que el usuario también tenga la oportunidad de elegir acceder a su propio ISP. Para acceso desde una oficina remota El acceso será dedicado (o permanente) entre la oficina remota y la central. Servicios de voz Servicios de voz Las alternativas para el servicio de voz son: Usar la línea POTS Usar Voz paquetizada VoDSL VoIP 18

19 Equipamiento De acuerdo al tipo de trabajo a distancia que se realice se elegirá el equipo terminal más adecuado. Para los permanentes y esporádicos se podrá usar un modem ADSL funcionando en modo bridge o router que soporte VPNs IPSec y Firewall. Para una oficina remota con conexión permanente se usará preferentemente un modem SHDSL con varios ports LAN, funcionalidades de NAT/NAPT, DHCP server, routing (RIP), VPNs IPSec, Firewall y dial backup. Para soportar varias líneas de voz es necesario instalar un IAD (Integrated Access Device) con todas las funcionalidades de un modem SHDSL o ADSL y varios ports de voz (4, 8, 24). Conclusiones Los accesos de banda ancha permiten obtener beneficios tanto para el usuario (teletrabajador y empresa) como para el proveedor de servicios. Un acceso de tipo xdsl resulta adecuado a esta aplicación por su característica de acceso dedicado. La posibilidad de establecer VPNs sobre los accesos xdsl asegura la conectividad. Los servicios de voz paquetizada permiten reproducir las facilidades de la PBX en el domicilio del usuario. 19