Tecnologías de acceso de banda ancha y su integración con ATM (página 2)

5. VDSL

La necesidad imperante de enviar servicios de banda ancha sobre la red de banda estrecha existente, ha hecho que la mayoría de los portadores hayan invertido en la distintas tecnologías DSL. Una gran parte de ellos, ofrecen el servicio ADSL. El estándar ADSL provee velocidades de hasta 8 Mbps en sentido descendente y 928 Kbps en sentido ascendente sobre distancias por encima de los 5 Km. La mayoría de las instalaciones ADSL soportan el estándar G.Lite el cual presenta velocidades de 1.5 Mbps y 512 Kbps en sentido descendente y ascendente respectivamente. Mientras ADSL permite acceso a Internet de alta velocidad, no se considera capaz de poder entregar servicios integrados que incluyan video, esto debido a que las líneas de abonado son generalmente grandes.

Una alternativa para alcanzar altas velocidades de transmisión de datos, es la combinación de cables de fibra óptica alimentando a las unidades ópticas de red (ONU, Optical Network Units) en los sectores residenciales con la conexión final a través de la red telefónica de cobre. Dentro de éstas topologías se incluyen las llamadas FTTx (fiber-to-the, Fibra hasta), donde se llega con fibra a localidades cercanas al usuario final. Aquí podemos encontrar a FTTCab (hasta el gabinete), FTTB (hasta el edificio) y FTTC (hasta la acera).

Una de las tecnologías empleadas por FTTCab, FTTB y FTTC es VDSL (Línea de Abonado Digital de Muy Alta Velocidad), la cual transmite datos a alta velocidad sobre distancias cortas utilizando pares trenzados de líneas de cobre con un rango de velocidad que depende de la longitud de la línea. La máxima velocidad de transmisión de la red al cliente está entre 51 y 55 Mbps sobre líneas de 300 metros de longitud. Las velocidades del cliente a la red van a ser también, mayores que en ADSL. VDSL puede operar tanto en modo simétrico como en el asimétrico.

La Tabla 2 muestra algunas velocidades típicas de VDSL en función de la longitud de la línea, para los modos de funcionamiento simétrico y asimétrico.

Tabla 2. Velocidades típicas de VDSL en función de la longitud de la línea.

Desde 1995, una iniciativa internacional patrocinada por los operadores y manufactureros líderes de telecomunicaciones, y liderada por el consorcio FSAN (Full Service Access Network, red de acceso de servicios completos), viene desarrollándose con el objetivo de establecer los requerimientos de sistemas para la red de acceso local para enviar un conjunto completo de servicios de banda estrecha y banda ancha. El FSAN trabaja en conjunto con: ANSI, ETSI, DAVIC (Digital Audio Video Council), ADSL Forum, la coalición VDSL, ATM Forum y otras organizaciones que desarrollan el xDSL. Estos grupos llevan a cabo el establecimiento de estándares que estarán acorde a los requerimientos de los sistemas para la nueva red multiservicio de banda ancha.

Un acuerdo general del FSAN especifica al ATM como la tecnología de transporte primaria, utilizando fibra en el núcleo de la red y VDSL en la última milla. La arquitectura especificada incluye FTTCab y FTTB.

Aunque VDSL actualmente no está muy extendido, ya existe un mercado que ayudará en gran medida a su despliegue. Primeramente estará disponible en áreas metropolitanas de alta densidad de población, y posteriormente se irá extendiendo a áreas suburbanas y rurales por parte de los operadores una vez que se haya realizado totalmente un mercado para los servicios de entretenimiento de banda ancha.

Características de VDSL

Desde el punto de vista tecnológico, VDSL puede considerarse como la sucesora de ADSL. En sentido descendente ADSL proporciona transporte de datos de varios Mbps, mientras que en sentido ascendente proporciona cerca de 1 Mbps. VDSL puede transportar datos de video y de otros tipos de tráfico a velocidades de hasta 58 Mbps, de cinco a diez veces superiores a ADSL. Adicionalmente, al instalarse de forma simétrica o asimétrica, se adapta mejor a las exigencias del mercado. VDSL ofrece a los usuarios residenciales video de una calidad superior al transmitido mediante difusión, junto con tráfico de Internet y las habituales llamadas telefónicas de voz. Se pueden ofrecer simultáneamente varias películas (en difusión o bajo petición).

En el entorno de oficinas, VDSL satisface la demanda, siempre creciente, de acceso de datos más rápido y hace realidad, por ejemplo, las llamadas de videoconferencia de gran calidad entre varias localidades. Entre las aplicaciones comerciales típicas que VDSL puede soportar, se encuentran la interconexión de VPN y LAN.

Debido a las limitaciones de distancia, VDSL será suministrada a menudo desde un gabinete situado en la calle equipado con una fibra óptica conectada a la red backbone. Esta topología, es la FTTCab y se muestra en la Figura 16.

Figura 16. Topología de VDSL.

Alternativamente, VDSL puede ofrecerse desde una central telefónica para dar servicios a los abonados situados en la proximidad inmediata de la central, topología FTTEx (fibra-hasta-la-central). Incluso, otra topología posible es utilizar VDSL para la transmisión de datos y multi-video en bloques de apartamentos con una ONT (Terminación de Red Óptica) en el sótano, dando servicio a los apartamentos individuales sobre los cables telefónicos existentes.

Es también posible el funcionamiento simultáneo de VDSL y de los servicios de banda estrecha tradicionales como POTS y RDSI, sobre una única línea telefónica. Esto requiere un splitter en cada extremo de la línea para separar la señal VDSL de mayor frecuencia de la señal POTS o RDSI de menor frecuencia (transmisión fuera de banda).

Para la normalización de VDSL se han propuesto dos códigos de línea principal: modulación DMT y modulación QAM/CAP. El TM6 del ETSI y el Comité T1E1.4 del ANSI han adoptado ambos códigos de línea para los estándares de VDSL. Además, se ha seleccionado FDD (Duplexación por División de Frecuencia) como técnica de duplexación por parte del ETSI, ANSI y de la UIT. En el equipamiento presente en el mercado se demuestra que el método basado en FDD-DMT es preferido por los fabricantes.

Para conseguir las velocidades tan altas sobre líneas telefónicas, la anchura de banda de la comunicación tiene que extenderse mucho más allá de los 1.1 MHz ocupados por ADSL, usando el mayor espectro de frecuencia disponible sobre el par de cobre por encima de las frecuencias usadas por los servicios POTS y RDSI. En principio, los sistemas VDSL pueden utilizar un espectro de hasta 30 MHz, aunque en la actualidad sólo se ha especificado el plan de frecuencias hasta 12 MHz. La asignación actual del espectro varía en dependencia de la velocidad de la línea.

La Figura 17 muestra un ejemplo de asignación de espectro con velocidades en sentido descendente de 25.92 Mbps y en sentido ascendente de 3.24 Mbps.

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Figura 17. Ejemplo de asignación del espectro en VDSL asimétrico.

VDSL Asimétrico

VDSL ha sido diseñado para el envío al usuario de servicios de banda ancha asimétricos, incluyendo difusión digital de TV, video bajo demanda (VoD), acceso a Internet de alta velocidad, aprendizaje a distancia, telemedicina, entre otros. El envío de estos servicios requiere que el canal de bajada tenga mayor ancho de banda que el canal de subida por lo que es asimétrico. Por ejemplo, HDTV requiere 18 Mbps para la bajada del video contenido, sin embargo, en la subida solo requiere el envío de información de señalización (ej. cambio de canal o selección de programas), la cual está en el orden de los Kbps. Las Tablas 3 y 4 muestran las velocidades de línea establecidas en la especificación ANSI T1/E1.4. Las velocidades en sentido descendente son submúltiplos de la velocidad básica de los sistemas SONET y SDH de 155.52 Mbps, ellas son: 51.84, 25.92 y 12.96 Mbps. La Tabla 5 muestra, a su vez, las velocidades de bitios de la carga útil obligatorias especificadas por el ETSI. El operador de red puede seleccionar la velocidades de bitios de la carga útil cuando se instala el sistema VDSL y puede fijarse para la duración del servicio.

La distancia sobre la que pueden utilizarse tales velocidades está limitada debido a limitaciones físicas, principalmente la elevada atenuación con la frecuencia de los pares trenzados. Generalmente, VDSL funcionará en líneas de longitud inferior a 1.5 Km.

Tabla 3. Velocidades típicas de VDSL en configuración asimétrica en sentido descendente (ANSI T1/E1.4).

Tabla 4. Velocidades típicas de VDSL en configuración asimétrica en sentido ascendente (ANSI T1/E1.4).

Tabla 5. Velocidades de bits de la carga útil del ETSI.

VDSL Simétrico

VDSL también ha sido diseñado para proveer servicios simétricos para clientes de negocios pequeños y medianos, como, aplicaciones de datos de alta velocidad, aplicaciones de video de teleconferencia y teleconsulta, entre otras. El VDSL simétrico puede ser utilizado para proveer circuitos nxT1 de corto alcance. La Tabla 6 muestra las velocidades de línea establecidas en la especificación ANSI T1/E1.4 para servicios simétricos. Aunque ANSI no especifica la distancia y velocidades para servicios simétricos de alto rango, se soportan lazos desde 900 m a 3000 m a velocidades desde 6 Mbps a 1.5 Mbps.

Tabla 6. Velocidades típicas de VDSL en configuración simétrica (ANSI T1/E1.4).

Transmisión FDD-DMT

Los sistemas multiportadora modulan los datos sobre un gran número de portadoras (ortogonales) de banda estrecha. Cada portadora o tono se modula con un punto de la constelación QAM durante la duración de un símbolo de la multiportadora. Para construir el símbolo completo se suman entonces todas las portadoras. En el receptor, las portadoras se separan y demodulan. Utilizando modulación DMT, las portadoras están igualmente espaciadas y son ortogonales. La modulación y demodulación de un símbolo DMT puede realizarse de forma eficaz mediante el uso, respectivamente, de una IFFT y una FFT.

En un sistema VDSL basado en DMT pueden utilizarse hasta 4 096 portadoras, abarcando una banda de frecuencias de hasta 17.7 MHz. La separación entre tonos es idéntica a la de ADSL (4.3125 KHz), permitiendo la interoperabilidad entre ADSL y VDSL.

A continuación se exponen algunas diferencias importantes en comparación con ADSL que tienen impacto sobre la implementación:

• Velocidad de procesamiento: El ancho de banda mucho mayor de VDSL conduce a velocidades de muestreo mucho mayores y, por consiguiente, a una necesidad de velocidades de procesamiento superiores (en el dominio digital).
• Duplexación: Existen dos versiones de ADSL: ADSL con cancelación de eco y con bandas de frecuencias solapadas, y ADSL con duplexación de frecuencia y sin bandas solapadas. La importancia de la paradiafonía a frecuencias más altas excluye el uso de cancelación de eco en VDSL.
• Plan de frecuencias: En ADSL, la asignación de las bandas de frecuencias en sentido ascendente y descendente es fija (con alguna libertad en el comienzo de la banda en sentido descendente). En cambio, para VDSL se han definido múltiples planes de frecuencias para soportar diferentes mezclas de servicios.
• RFI (Interferencia de Radio Frecuencia): Los sistemas VDSL comparten su espectro con otros sistemas de radio, incluyendo estaciones de AM, OM y OC, bandas de socorro y de seguridad pública, y de radioaficionados. Debido a las imperfecciones en el equilibrio del cable, se producen interferencias tanto de entrada como de salida.

Estándares de la tecnología. Interrelación de VDSL y ATM

ATM se ha convertido en el estándar preferido por la industria para la transmisión de voz, datos y video a través de sus redes de núcleo, y ATM sobre VDSL es el método de implementación preferido que especifica el FSAN. Usar el ATM como mecanismo de transporte tiene las ventajas de provisión siguientes:

• QoS garantizada.
• Soporte de múltiples clases de servicio.
• Ancho de banda garantizado.
• Interconexión de redes Internet e Intranets.
• Interconexión de sistemas no compatibles.
• Interconexión de varios tipos de medios como los inalámbricos (terrestre y satélite).
• Integra aplicaciones de video y TCP/IP.
• Soporta múltiples protocolos.

Los estándares ATM están bien establecidos, y los de VDSL han tenido muy buen desarrollo. Los grupos de trabajo ANSI T1E1.4 y ETSI TM6 en cooperación con los organismos de VDSL, han establecido estándares que contribuyeron a la realización de un estándar por parte de la ITU-T en Octubre del año 2001. Otros estándares incluyen, entre otros, el audio y video MPEG, DVD (digital video disk), DVB (digital video broadcast), DBS, y HDTV. La Tabla 7 lista las organizaciones que contribuyen al desarrollo de estándares que definen la FSAN.

Tabla 7. Organizaciones importantes en el desarrollo de estándares.

El plan de frecuencias adoptado se muestra en la Figura 18. El plan 998 fue aprobado por ANSI T1, ETSI aprobó el plan 998 y el 997, y la ITU-T ha aprobado los tres.

Figura 18. Plan de frecuencias en VDSL.

La Figura 19 muestra el modelo de referencia funcional de VDSL según ETSI.

Figura 19. Modelo de referencia funcional de VDSL.

La subcapa PMD dependiente del medio físico especifica el código de línea. La subcapa TPS-TC (Transport Protocol Specific-Transmission Convergence) bien pudiera ser ATM o STM.

Para el transporte ATM existen de manera opcional dos trayectorias de latencia provistas simutáneamente por los tranceptores, conocido esto como latencia dual. La trayectoria "lenta" está asociada con el código FEC y el entrelazado de datos para proveer una BER menor y un mejor rendimiento en el retardo. El transporte de celdas ATM en la trayectoria "rápida" incurre naturalmente en un mínimo retardo pero aumenta la BER. En el modo STM no está disponible la latencia dual.

La necesidad de usar latencia simple o dual para el transporte ATM depende del tipo de servicio. Para ello se definen tres clases de latencia.

• Clase 1: Latencia simple para ambos canales ascendente y descendente (no necesariamente la misma para cada dirección de transmisión) – obligatoria.
• Clase 2: Latencia dual para el canal descendente, latencia simple para el canal ascendente- opcional.
• Clase 3: Latencia dual para ambos canales ascendente y descendente- opcional.

Toda la funcionalidad de un módem VDSL con transmisión FDD-DMT basado en ATM se integra en un ASIC (Circuito Integrado de Aplicación Específica) digital como los desarrollados por Alcatel. El ASIC conecta por un lado directamente con el chip analógico que tiene funciones de splitter y, por el otro lado, proporciona una interfaz Utopia de nivel 1 ó 2. Realiza todas las funciones que dependen del medio físico necesarias para la transmisión FDD-DMT, así como las funciones PMS-TC (Physical Medium Specific-Transmission Convergence) y las funciones de la subcapa física TPS-TC (Transport Protocol Specific-Transmission Convergence) de ATM.

Dentro del chip se implementa una interfaz esclava UTOPIA de niveles 1 y 2. En el sentido de transmisión, pueden aplicarse las siguientes funciones de la subcapa ATM TC: inserción de celda vacía, aleatorización de la carga útil, y generación del control de errores en la cabecera. En el sentido de recepción se proporcionan funciones básicas de celdas ATM, tales como delineación de celdas, detección y corrección de errores en la cabecera, desaleatorización de la carga útil y filtrado de las celdas vacías/no asignadas.

Conjunto de servicios basados en VDSL

La tecnología VDSL ofrece una variedad de servicios simultáneos nunca antes posible, abriendo una oportunidad a los proveedores de servicios de brindar nuevos servicios multimedia y aumentar la cantidad de subscriptores. Estos, que actualmente ofrecen servicios de telefonía y datos podrán ahora expandir sus negocios ofreciendo servicios completos y un host de aplicaciones de video (Tabla 8) permitiéndoles competir con los operadores de cable.

Tabla 8. Aplicaciones VDSL.

El objetivo original de ADSL fue el envío de un conjunto completo de servicios de banda ancha para usuarios residenciales. La realidad es que ADSL es una tecnología de solo Internet. La Tabla 9 ilustra que en grandes distancias, ADSL se ve limitado en el envío de un complemento completo de servicios de banda ancha. VDSL, por otro lado, se adapta mejor para el envío de estos servicios en el presente y en el futuro. Las comparaciones realizadas están basadas en el estándar ADSL de la UIT-T de 6 Mbps y 640 Kbps

Tabla 9. Requerimientos de aplicaciones: ADSL vs VDSL.

Los estudios de mercado pronostican un crecimiento de las líneas VDSL por encima de ADSL para los próximos años.

Servicios de video basados en VDSL

VDSL tiene la capacidad de soportar difusión de TV digital, VoD y HDTV sobre el par de cobre estándar. El equipamiento terminal puede ser ubicado centralmente o distribuido a través de la red, transportando ancho de banda garantizado sobre ATM al nodo de acceso local. Todos los canales de programación disponibles se conmutan en el nodo de acceso y son transportados hacia las premisas del cliente vía VDSL. Hoy, las compañías de cable, envían video analógico, existiendo una transición hacia el video digital. Estos sistemas pueden ser actualizados para soportar VoD y requerirían una reconstrucción para soportar HDTV. Mientras, los operadores de DBS pueden ofrecer servicios de video digital y HDTV, pero sus sistemas no soportan VoD o servicios de Internet. En cambio, VDSL, además de video digital y servicios Internet, también soporta servicios de video interactivo, Web TV, e-commerce, videoconferencia, y video games, representado un conjunto de servicios no disponibles por los operadores de cable o DBS.

Internet de alta velocidad

Proveer acceso a Internet de alta velocidad, es de esencial valor para los usuarios residenciales, negocios medianos, etc. Tecnologías DSL como ADSL y G.Lite, pueden satisfacer los requerimientos de las actuales aplicaciones de Internet, pero la rápida evolución a nuevas aplicaciones con necesidad de mayor ancho de banda, hará que éstas ya no sean adecuadas. En cambio, VDSL tiene la capacidad para soportar las aplicaciones de hoy y del mañana. Con el crecimiento de Internet, ha aumentado el backbone ATM, siendo ATM la tecnología preferida por el FSAN para manejar la creciente carga de la red y soportar aplicaciones de misión crítica. La arquitectura ATM fue escogida porque ella habilita a una única red ATM soportar todas las aplicaciones, transportando datos, voz y video, en vez de enviarlos a ellos hacia redes distintas e incompatibles. La combinación de VDSL y ATM proporcionará los servicios Internet de hoy y una arquitectura que soportará las aplicaciones emergentes del mañana.

Servicios de telefonía

Un servicio clave para todos los operadores es el servicio telefónico. VDSL, soporta el servicio POTS, y además de esta funcionalidad ofrece otras adicionales, como el envío de canales voz sobre el mismo par de cobre. Las tecnologías voz sobre IP (VoIP), voz telefónica sobre ATM (VToA) y el servicio de emulación de lazo local (LES) proveen servicios de telefonía de calidad estándar sobre una red digital. Debido al hecho de que ATM puede transportar comunicaciones basadas en IP, ATM over VDSL soportará tales estándares de telefonía digital. El mayor ancho de banda provisto por VDSL proporcionará un mayor envío de canales de voz que VoDSL, donde el ancho de banda constituye también una limitante. Los operadores de cable están entrando al mercado de voz usando tales tecnologías, pero presentan un problema al no proveer servicios POTS. Por tanto, la nueva clase de operadores de telecomunicaciones que proveen servicios POTS y telefonía digital, acceso a Internet, y servicios de video digital representa la principal ventaja sobre los operadores de cable y DBS.

6. VoDSL

Tras el éxito inicial del ADSL, llegó a ser obvio que éste podría utilizarse para ofrecer líneas de voz múltiples, así como un mayor abanico de servicios dirigidos a mercados específicos. Esto es posible gracias al gran ancho de banda intrínseco del ADSL, el apoyo facilitado por los progresos en la compresión de la voz, el cancelador de eco y las tecnologías de procesamiento de señales digitales, así como, por las tecnologías de silicio en general.

ADSL ofrece un gran ancho de banda para datos, parte del cual se puede utilizar para ofrecer servicios adicionales de voz, integrados con los servicios de datos. Las técnicas empleadas para transportar voz y datos de manera integrada sobre DSL, ya sea ADSL o SHDSL, están referidas a Voz sobre DSL (VoDSL).

VoDSL es una tecnología que utiliza la infraestructura de cobre existente para proveer servicios de voz de calidad en formato paquete, a la vez que permite el soporte de una gran variedad de aplicaciones de datos.

El número de líneas de voz en el circuito depende del nivel de compresión aplicado y de la velocidad del enlace. En la Tabla 10 se muestran algunos ejemplos sobre lo anterior.

Tabla 10. DSL dedicado a VoDSL

Con VoDSL, se abren dos grandes mercados de interés para los proveedores de servicios. El primero es el de los negocios de pequeño y mediano tamaño, ya que un porcentaje significativo de éstos necesitan ser capaces de recibir y enviar datos a una velocidad aproximada de 500 Kbps. Las necesidades de voz para este tipo de clientes se encuentran normalmente entre las cuatro y las doce líneas de teléfono salientes, que comúnmente se efectúan por el sistema de arrendamiento de líneas usando la tecnología TDM, por ejemplo, circuitos E1 o T1. Utilizando por ejemplo, el código simple de voz ADPCM (Adaptative Differential Pulse Code Modulation) en los momentos pico estas líneas de teléfono solamente consumen entre 128 y 256 Kbps del ancho de banda de ADSL, que normalmente supera los 2 Mbps en dirección descendente y los 500 Kbps en dirección ascendente.

El segundo segmento de mercado se centra en los usuarios residenciales, donde se puede utilizar la tecnología VoDSL para ahorrar en los pares de cobre. Incluso, un porcentaje de los usuarios residenciales puede encontrar interesante tener una segunda línea en la mesa de trabajo donde haya una terminación ADSL y un PC. Esta segunda línea de voz se puede, por ejemplo, utilizar para conectarse a una centralita privada (PBX) corporativa, mientras la conexión para datos hacia la LAN, usando la PC, se facilita a través del ADSL.

Métodos de transporte en VoDSL

Los patrocinadores de VoDSL tuvieron en sus inicios que decidir qué técnica utilizar para el transporte del servicio. Entre los candidatos se encontraban, IP, Frame Relay y ATM. Cada método tiene sus méritos y cada uno de ellos está transportando voz paquetizada sobre la red de paquetes hacia sus destinos.

IP se presenta como el protocolo omnipresente, Frame Relay tiene la facilidad de implementación, y ATM, a su vez, se alza como el de mayor QoS de la historia. Después de muchas discusiones en el ADSL Forum el voto fue a favor de la tecnología ATM.

Los analistas estiman que cerca del 90% de los DSLAM instalados usan a ATM como método de transporte. Las primeras técnicas usaron el tipo AAL1 en la capa de adaptación de ATM, empleando multiplexación con entrelazado de byte a la que se le llama en ocasiones TDM sobre ATM. El ADSL Forum ha adoptado el tipo AAL2 (con circuitos virtuales permanentes PVCs) para el transporte del servicio sobre ATM el cual resulta más eficiente para el tráfico de voz y emplea multiplexación con entrelazado de paquete. El PVC AAL2 opera como un circuito VBR-RT. AAL2 es más eficiente por el hecho de que permite a la red asignar ancho de banda dinámicamente sobre el servicio DSL entre la demanda de voz y el servicio de datos.

En los momentos en que no se usa el servicio de voz, entonces, la totalidad del ancho de banda puede dedicarse al servicio de datos, a diferencia del servicio AAL1 con PVCs, donde siempre está reservado el ancho de banda que necesita el servicio de voz. El uso de AAL2 también permite la supresión de silencio, con la cual se puede recuperar hasta el 50% del ancho de banda asignado para el tráfico de voz y destinarlo al tráfico de datos. La supresión de silencio elimina la necesidad de paquetizar el silencio en una conversación telefónica (momento donde ninguno de los parlantes está hablando) y en su lugar inserta datos en el flujo de paquetes.

La Tabla 11 muestra los estándares que especifican el transporte de voz sobre AAL2.

Tabla 11. Estándares de voz sobre AAL2.

VoDSL también puede transportarse vía IP, el cual se describe por el ADSL Forum como voz sobre la red datos multiservicio (VoMSDN) .

Una red de datos multiservicio (MSDN) puede basarse exclusivamente en IP o incorporar otras tecnologías de paquetes. Una red IP pura, transportaría todo el tráfico sobre IP. En el caso de la voz, se transportaría usando tecnología VoIP como el real-time protocol (RTP). Una red mixta IP y ATM, usaría IP para el tráfico de datos y ATM para voz. En VoMSDN, todos los protocolos de control de llamada son provistos fuera de los tradicionales conmutadores Clase5. La interacción con la PSTN, se hace mediante una pasarela que típicamente soporta GR-303 para la interconexión. Las llamadas de control en este contexto se ejecutan por protocolos como el H.323, H.248, o el SIP (session initiation protocol).

Arquitectura de VoDSL

VoDSL requiere como plataforma, equipamiento DSL, unido a un equipamiento adicional para el manejo de los requerimientos de los servicios de voz. En la Figura 20 se muestran todos los componentes de VoDSL. En nuestro ejemplo suponemos el transporte de voz usando AAL2/ATM.

Figura 20. Arquitectura de VoDSL.

Equipamiento del cliente

Se destacan los teléfonos, centralitas privadas (PBX), fax, módem, PC, LAN, entre otros.

Dispositivo de Acceso Integrado (IAD)

En los domicilios de los clientes, un IAD proporciona una interfaz de datos (ej. Ethernet) y varias interfaces de voz (ej., conectores RJ11 para POTS). El IAD incluye las funciones de un módem DSL y a la vez es el encargado de la conversión de las señales de voz analógicas en el lado del usuario a las señales de voz transportadas por AAL2/ATM en el lado de la red. Todos los flujos de la banda de voz (típicamente entre 2 y 32) están multiplexados sobre una única conexión virtual dedicada AAL2/ATM hasta la pasarela de voz. El equipamiento del cliente (CPE, customer premises equipment) prioriza los paquetes de voz sobre los de datos para asegurar la calidad de la voz y después se dispone a enviarlos sobre la línea DSL.

El IAD debe, además, efectuar protocolos de señalización hacia la pasarela de voz para indicar cuándo están presentes llamadas de voz en los flujos de AAL2/ATM. Los flujos de AAL2/ATM que transportan voz se multiplexan junto con la señalización para controlar los flujos de voz y otros datos ATM, para así transportarlos por el enlace DSL hacia la red.

Línea DSL

Transporta los datos y la voz paquetizada hacia el portador utilizando el lazo local de abonado existente que tendrá que estar habilitado para el soporte de los requerimientos de distancia y calidad que exige el servicio DSL.

DSLAM

Como es sabido, es el dispositivo donde se multiplexan los datos de varias líneas DSL.

Conmutador de datos

El conmutador de datos (ej., un conmutador ATM) recibe el tráfico desde el DSLAM y separa los canales virtuales de voz y dato. Los datos se tratan de una manera característica y más ampliamente por el BRAS (Servidor de Acceso Remoto de Banda Ancha) para su envío a la red de datos (ej. Internet). El BRAS termina el Circuito Virtual ATM y utiliza ALL5 para proveer acceso a Internet. La voz se pasa a una pasarela de voz central, que convierte la señales de voz transportadas por el acceso de banda ancha, a señales que se pueden transportar por las interfaces de banda estrecha existentes.

Pasarela de Voz

La pasarela de voz realiza las funciones que se necesitan para funcionar como interfaz, aplicando los formatos correctos a los de la red de voz ya existente(RTPC): pone fin a los flujos de AAL2/ATM, realiza la función de codificación/decodificación y provee la señalización entre el domicilio del usuario y la oficina central de la red telefónica. Su principal función consiste en relacionar las interfaces estándar de la red de voz de banda estrecha existente y el de la red de VoDSL. Como primer paso, la pasarela debe extraer las señales de voz desde los circuitos de AAL2/ATM y entonces, realizar en ellas cualquiera de los tratamientos de voz (ej. la descompresión, la cancelación de eco). De manera similar, se debe llevar a cabo la señalización con el IAD que se usa para indicar cuándo hay llamadas presentes en las interfaces de voz. Finalmente, la pasarela debe proveer la apropiada interfaz de banda estrecha y completar la señalización con la central telefónica local.

En los mercados ETSI se utiliza normalmente el protocolo V5.2, mientras que en los mercados pertenecientes al ANSI, principalmente en EE.UU, se usa el protocolo GR-303. Ambas interfaces proporcionan, bajo demanda, concentración del tráfico de voz para minimizar el número de interfaces requeridas en la central telefónica local. Una proporción de concentración típica para abonados del tipo empresa es de 4:1 o, lo que es lo mismo, se necesita un solo canal entre la pasarela y la central telefónica local por cada cuatro canales de abonados.

El servicio de emulación de lazo local (LES, Loop Emulation Service), estándar del ATM Forum define los protocolos para controlar los canales AAL2 entre el IAD y la pasarela de voz.

LEX (Local Exchange)

Es la central telefónica local. Interviene un conmutador telefónico clase 5 que provee tono de discado, enrutamiento de llamadas, y servicios; también genera registros con fines de facturación.

RTPC

Es la red telefónica tradicional.

2.5.3 Grupo de trabajo de VoDSL

Entre los grupos de trabajo de VoDSL el más importante es el encargado del BLES (Broadband Loop Emulation Service, Servicio de Emulación de Lazo Local de Banda Ancha), logrando resultados concretos ya publicados en el reporte técnico del DSL Forum correspondiente.

El BLES está encargado de establecer los requerimientos y recomendar una arquitectura que permita la derivación de los servicios tradicionales de telefonía desde la red DSL basada en paquete, logrando una interrelación entre el equipamiento de red y el del usuario final.

Figura 21. Arquitectura para lograr la derivación de los servicios tradicionales de telefonía desde la red DSL.

El BLES ha hecho las siguientes definiciones al respecto:

• El empleo de POTS, con los estándares americanos en su primera versión; y en un futuro incluir una versión internacional.
• El uso de la interfaz GR-303 para la conexión a un conmutador de voz Clase-5.
• El uso de la funcionalidad provista por Telcordia TR-57 desde la interfaz telefónica en el lado del cliente, con la calidad de voz especificada en Telcordia TR-909.
• Uso de un PVC dedicado para múltiples llamadas de voz entre el cliente y la red.
• El uso de AAL2 como se define en la recomendación I.366.2 de la ITU-T "Subcapa de convergencia específica de servicio de capa de adaptación del modo transferencia asíncrono tipo 2 para troncalización".
• El uso de AAL2 como se define en la especificación del ATM Forum VTOA-0113.000
• Uso de troncalización ATM con AAL2 para servicios de banda estrecha, como el establecido en Enero/99
• Uso del LES definido en el grupo VMOA del ATM Forum.

El punto fundamental del servicio BLES es el transporte de los servicios de abonado provistos por un conmutador Clase-5, como el servicio POTS, a través de la red de acceso de banda ancha (BBN) hacia el usuario final.

Las llamadas BLES para cada función de interrelación de premisas del cliente (customer premises interworking function, CP-IWF) se realizarán con al menos dos PVCs: uno para datos y otro para voz. El PVC de voz usa AAL2, proporcionando una trayectoria completa para los canales de voz y la señalización asociada. El PVC AAL2 opera como un circuito VBR-RT puesto que cumple con los requisitos de pequeño retraso y bajas fluctuaciones de fase. El PVC de voz tiene asignada la mayor prioridad, de tal forma que si el tráfico de voz aumenta, él recibe la atención del nivel de servicio necesaria para proveer un servicio de voz de calidad.

2.5.4 Retardos introducidos en la transmisión de voz

Los proveedores de servicios y los usuarios finales nunca desean comprometer la calidad de las distintas conexiones de voz. La tecnología actual asegura que la calidad de voz transmitida sobre una red de paquetes sea indistinguible a la provista por las PSTN. Para ello se deberán soportar distintos requerimientos de cancelación de eco y retardo máximo, acorde a T1.508, G.114, o G.131. G.114 provee un número de asignaciones de retardo para conexiones de voz nacionales e internacionales.

G.114 especifica que el retardo de una conexión internacional extremo a extremo en un sentido sea menor de 150 ms lo que será aceptable para la mayoría de las aplicaciones de usuario. Se recomienda además un tiempo de procesamiento en un sentido de no más de 50 ms en cada uno de los sistemas nacionales; se incluyen aquí los retardos introducidos en las CP-IWFs, redes DSL, AN-IWFs, y las redes de transporte entre el usuario origen y el destino.

Codificación de la voz

Cuando la voz analógica hace entrada a los puertos POTS en el IAD, se convierte a un formato digital y entonces es codificada de acuerdo a un método de codificación específico que determina la velocidad del flujo de datos. Para muchos sistemas VoDSL, el flujo de voz codificada tendrá una velocidad de datos de 64 Kbps, 32 Kbps, ó 16 Kbps.

Los retardos de codificación de la voz también dependen de los métodos de codificación. En la Tabla 12 se muestran algunos ejemplos.

Tabla 12. Retardos de codificación de voz.

Paquetización de la voz

El flujo de voz digitalizada se agrupa para crear paquetes de voz. El tamaño de estos paquetes depende del protocolo de transporte empleado. Ejemplos de tamaño de paquetes para los sistemas VoDSL son 20 bytes, 36 bytes, 40 bytes y 44 bytes. El tiempo empleado para llenar un paquete con voz codificada (retardo de paquetización) es el principal elemento en el retardo de transmisión en la trayectoria de voz.

El retardo de paquetización es proporcional al tamaño del paquete e inversamente proporcional a la velocidad de datos de la voz codificada. En la Tabla 13 se muestran algunos valores de estos retardos.

Tabla 13. Retardos de paquetización.

Mapeo sobre la capa de enlace

Los paquetes de voz son mapeados sobre la capa de enlace. Los retardos introducidos dependen del tipo de mapeo empleado. Se incluyen aquí los siguientes:

• El AAL2 simple donde un paquete AAL2 ocupa todo el campo de carga útil de una celda ATM. El retardo incremental introducido es insignificante.
• El AAL2 de sub-celda multiplexada, donde no existe una relación fija entre las fronteras del paquete AAL2 y las fronteras de la celda. El retardo introducido depende del valor escogido para el temporizador de uso combinado en el proceso de parte común AAL2 definido en I.363.2 que tendrá que ser substancialmente menor que el tiempo de paquetización.
• Troncalización IP, donde múltiples paquetes RTP ocupan la carga útil del paquete IP. El retardo depende del grado de sincronización entre los procesos de generación de paquetes RTP en cada canal de voz.

En el caso de soluciones basadas en IP, se requiere de procesamiento adicional debido a la existencia de otras capas presentes en el modelo de red. Los paquetes IP son comúnmente transportados sobre PPP sobre ATM AAL5. Típicamente los retardos introducidos por este concepto son insignificantes.

El retardo incremental debido al mapeo sobre la capa de enlace varía entre lo insignificante y un valor menor al retardo de paquetización.

Cola en el enlace DSL

La PDU de enlace de datos, ahora se deberá enviar hacia una cola para su transmisión por el enlace DSL. En esta cola habrán tanto paquetes de datos como de voz correspondientes a otras conexiones.

Los paquetes de voz siempre tienen normalmente mayor prioridad que los paquetes de datos. Sin embargo, si un paquete de datos está en proceso de transmisión en el momento en que arribe uno de voz a la cola, entonces este último deberá esperar hasta que se complete su transmisión. De este modo se introduce un retardo variable a la trayectoria de voz que puede variar entre cero y el tiempo de transmisión para el mayor paquete de datos soportado por el enlace. El tiempo de transmisión depende de la velocidad del enlace DSL. La Tabla 14 muestra algunos valores cuando se utiliza ATM.

Además del retardo anterior, se adiciona un retardo variable debido a la presencia de paquetes de voz en la cola del enlace DSL. El número de éstos siempre será pequeño debido a que el ancho de banda disponible para voz deberá siempre exceder el ancho de banda agregado de los canales de voz activos. Pero en cualquier momento siempre estarán presentes en la cola debido a que pueden estar llegando al enlace DSL simultáneamente paquetes de voz de distintos canales.

Tabla 14. Tiempo de transmisión de celda ATM.

Por ejemplo, supongamos que tenemos 8 canales de voz activos generando paquetes de 44 bytes que contienen voz codificada con ADPCM a 32 Kbps, a intervalos de 11 ms, y que el enlace DSL tiene un ancho de banda de 384 Kbps en sentido ascendente. Si todos los paquetes de voz arriban simultáneamente a la cola, entonces el primer paquete comenzará a transmitirse con retardo insignificante. Tomará 1.1 ms transmitir este paquete y entonces se podrá comenzar la transmisión del segundo paquete. El octavo y último paquete experimentará de esta forma un retardo en la cola de 7×1.1 ms, ó 7.7 ms.

Para minimizar el retardo bajo este concepto, los distintos canales de voz generarán paquetes con relación de fase distribuida entre cada uno.

Los otros elementos que influyen en el retardo global de transmisión son, la transmisión sobre el enlace DSL, el tránsito a través de la red de paquetes, la decodificación de la voz, y el de-jittering donde la voz convertida a formato PCM, se ubica en buffer FIFO hasta que esté lista para transmitir sobre la interfaz TDM y compensar así la variabilidad del tiempo de llegada de los distintos paquetes.

De forma general, implementaciones VoDSL típicas introducen retardos en un sentido del orden de 20 a 50 ms, que representa alrededor del 15 al 30 % del máximo recomendado para las llamadas en una PSTN.

7. Redes Ópticas Pasivas ATM (APON)

En los últimos años, se han instalado servicios avanzados en millones de hogares utilizando tecnología DSL, la mayoría mediante el ASAM (Multiplexor de Acceso de Abonado ATM) de Alcatel. Sin embargo, los recientes desarrollos han conducido a un creciente interés por parte de los proveedores, hacia la entrega de servicios de banda ancha sobre fibra. Estos desarrollos incluyen la implementación de FTTH (fibra-hasta-el-hogar) con fibra enterrada en nuevas construcciones y, en algunos casos, la instalación posterior de FTTH utilizando fibra aérea.

El desarrollo de la tecnología de redes ópticas pasivas ATM (APON) es esencial para el éxito de la implementación a gran escala de FTTH. Las distintas plataformas APON permiten a los proveedores entregar servicios de banda ancha a usuarios residenciales, cubriendo sus necesidades presentes y futuras.

En junio de 1995, cuando se formó el consorcio FSAN (Red de Acceso de Servicios Completos), formado por más de 20 operadores de telecomunicaciones de todo el mundo, acometió el desarrollo de una especificación que definiera un sistema de comunicación capaz de soportar un amplio rango de servicios. Esta iniciativa facilitaría la introducción a larga escala de las redes de acceso de banda ancha, definiendo un conjunto básico de requerimientos comunes.

En 1998, la especificación producida por el grupo fue adoptada por la UIT como el estándar G.983.1, que define el acceso óptico de banda ancha utilizando la APON.

Acceso por Fibra Óptica

La tecnología de fibra óptica ofrece virtualmente ancho de banda ilimitado, y es ampliamente considerada como la solución fundamental para enviar acceso de banda ancha a la última milla, parte de la red donde se encuentra principalmente el cuello de botella que provoca el envío de servicios de baja velocidad, aunque hay que tener en cuenta que nuevas tecnologías como las xDSL, han logrado aumentar el ancho de bando disponible en la infraestructura de cobre existente.

No obstante, se necesita una nueva infraestructura de red que soporte las nuevas aplicaciones que van surgiendo y las que se prevén en el futuro. Esta infraestructura deberá permitir primeramente más ancho de banda, rápido aprovisionamiento de servicios, y garantías de QoS a un costo efectivo y de manera eficiente.

Las topologías que extienden la fibra óptica a través de la arquitectura de acceso local tales como, FTTH, FTTB, FTTCab, y FTTC ofrecen un mecanismo que habilita suficiente ancho de banda para el envío de nuevos servicios y aplicaciones. La tecnología APON puede incluirse en todas estas arquitecturas, como se muestra en la Figura 22.

Figura 22. APON sobre las arquitecturas FTTx.

El componente principal de una PON es el dispositivo divisor óptico (splitter) que, dependiendo de la dirección del haz de luz, divide el haz entrante y lo distribuye hacia múltiples fibras, o los combina en la dirección opuesta dentro de una sola fibra.

Cuando la PON se incluye en una arquitectura FTTH/B, la fibra va desde la CO hasta un divisor óptico ubicado dentro de la casa del abonado o negocio. En la arquitectura FTTCab, la fibra va desde la CO hasta el divisor óptico que se ubica en un gabinete en la vecindad atendida típicamente a una distancia alrededor de los 300 m del abonado. En la FTTC se llega con fibra hasta un gabinete más cercano al abonado, situado alrededor de 20 m de éste.

La PON puede ser común a todas estas arquitecturas. Sin embargo, solo en las configuraciones FTTH/B se eliminan todos los componentes electrónicos activos de la planta exterior, por lo que en éstas la PON es más eficiente, al eliminar todos los procesos de procesamiento de señal y codificación.

Los puntos finales del enlace están referidos como terminal de línea óptico (OLT) en la CO y terminal de red óptico (ONT) en lado del cliente. Se abordarán los mismos en la sección siguiente.

Funcionamiento y arquitectura de una APON

La APON está constituida fundamentalmente por la OLT, ONT, la fibra que soporta los componentes ópticos y un sistema de gestión de red.

La OLT reside típicamente en la central, mientras que la ONT se ubica en las instalaciones del usuario. La planta externa (fibra y componentes ópticos) es totalmente pasiva. Una única fibra conecta un puerto OLT con múltiples ONTs, utilizando filtros ópticos. Una única APON puede equiparse hasta con 64 ONTs, aunque típicamente el rango está entre 32 y 48. La OLT puede estar hasta 20 Km de distancia de las ONTs, permitiendo a una APON cubrir una extensa área geográfica.

Una OLT puede soportar múltiples APONs, lo que, combinando con la capacidad de filtrado de las APONs, significa que una OLT puede soportar una gran número de usuarios.

Las técnicas WDM que utilizan tres longitudes de onda distintas, permiten transmitir datos bidireccionales y distribución de video en fibra. En la dirección de bajada, los datos se distribuyen a 1490 nm, utilizando el protocolo TDM; en la dirección de subida, se utilizan 1310 nm en conjunción con el protocolo TDMA a fin de soportar el medio de conexión compartido multipunto a punto. La tercera longitud de onda a 1550 nm transporta la distribución de video desde la OLT a las ONTs, constituyendo un método eficiente en coste para entregar un gran número de canales de video analógicos y/o digitales a los usuarios.

Para el transporte de comandos, control e información de estado se utilizan celdas ATM especiales en ambas direcciones. De acuerdo con el estándar G.983, la APON puede operar a dos velocidades: 155 Mbps simétrico y 622 Mbps descendentes/155 Mbps ascendentes (asimétrico). El ancho de banda puede asignarse individualmente a las ONTs con granularidad por debajo de 4 Kbps.

Todas las ONTs de una APON reciben la difusión completa de bajada de la OLT. Cada ONT supervisa la corriente de datos extrayendo solamente las celdas destinadas a ella, basándose en el valor del campo VPI/VCI de la celda ATM, que identifica a cada ONT de manera unívoca.

Antes de la transmisión desde la OLT, los datos se encriptan, utilizando un proceso llamado "variación", para asegurar la seguridad en la APON. Durante la "variación" cada ONT transmite una clave de encriptación a la OLT para que la utilice en el proceso de variación y cuya finalidad es asegurar que los datos destinados a esa ONT no estén disponibles para las demás. En la dirección de subida, cada ONT sólo transmite datos a la OLT tras recibir un mensaje de cesión por parte de ésta, cediéndole un número de ciclos de tiempo (timeslots) en la APON.

Puesto que cada ONT puede estar a una distancia significativa de las demás, y de la OLT, se utiliza un procedimiento llamado "ranging" para determinar la distancia entre cada ONT y la OLT, a fin de ajustar la asignación de los ciclos y maximizar así la eficiencia de la APON.

Una APON proporciona funcionalidades FTTH completas, incluyendo datos a alta velocidad, voz en paquetes y una capa de video para servicio de video equivalente al sistema de cable, todo en una única fibra (Figura 23).

Figura 23. APON para FTTH.

Terminación de línea óptica

La OLT actúa como un multiplexor para todo el tráfico de la APON y, al mismo tiempo, proporciona interfaces de la parte de red al usuario. Una única OLT puede soportar hasta 72 puertos APON.

Cada interfaz de la OLT soporta una división de 1:64, proporcionando una alta densidad de abonados. La OLT soporta las interfaces OC-3 y OC-12 con el núcleo de red, mientras que las interfaces de la APON hacia el usuario operan a 622 ó a 155 Mbps, y a 155 Mbps desde el usuario.

Terminación de red óptica

La ONT puede ubicarse en un bastidor resistente a las condiciones atmosféricas. Se instala como un Dispositivo Interfaz de Red (NID) a la intemperie, en la casa del abonado, aunque también puede instalarse en el interior o en conjunción con una pasarela, si lo requiere la implementación de la red. La ONT está equipada con una interfaz para la fibra APON, una interfaz para par trenzado para datos y voz derivada, y una interfaz coaxial de 75 ohm para proporcionar servicio de video de cable equivalente (Figura 24.).

La Figura 25 muestra otra forma de cómo funciona la APON.

El acceso al ancho de banda pudiera obtenerse a través de distintos métodos, incluyendo TDMA, WDMA, CDMA. TDMA en sentido ascendente y TDM en sentido descendente fueron los escogidos por el grupo FSAN y adoptados por la ITU como estándar, teniendo en cuenta su simplicidad y efectividad en el costo.

Figura 24. Terminación de red óptica para FTTH.

Figura 25. Funcionamiento de la APON.

La división pasiva de la información requiere acciones especiales para lograr la privacidad y la seguridad. A su vez, el protocolo TDMA es necesario en la dirección ascendente. El uso de divisores ópticos en la arquitectura de una PON permite a los usuarios compartir el ancho de banda, y de esta forma dividir los costos, permitiendo a su vez reducir el número de dispositivos opto-electrónicos necesitados en la OLT.

Los sistemas APON usan una arquitectura de doble estrella. La primera en la OLT, donde la interfaz WAN se divide lógicamente y se conmuta hacia la interfaz APON. La segunda ocurre en el divisor donde la información es pasivamente dividida y enviada a cada ONT. La OLT es la interfaz entre el sistema de acceso y los puntos de servicios en la red del proveedor. La OLT se comporta como un conmutador ATM de extremo con interfaces APON en el lado del cliente, e interfaces ATM-SONET en el lado de la red.

La ONT filtrará las celdas entrantes y solo recuperará aquellas que estén direccionadas a ella. Haciendo uso del campo de dirección de 28 bits VPI/VCI que presenta cada celda. Primeramente la OLT enviará un mensaje a la ONT para indicarle que acepte celdas con cierto valor de VPI/VCI.

Debido al uso de TDMA en la dirección de subida, cada ONT está sincronizada en tiempo con todas las otras ONT. Esto se logra por medio de un proceso de determinación de distancia, donde cada OLT debe determinar la distancia a la que se encuentra cada ONT, de tal forma que le sea asignada los slots de tiempo óptimos en los cuales pueda transmitir sin interferir con otras ONTs. La OLT entonces enviará mensajes de concesión a través de las celdas de capa física de operación, administración y mantenimiento (PLOAM) para proporcionar los slots TDMA que son asignados a la ONT. La ONT, adapta la interfaz de servicio a ATM, y la envía hacia la PON usando el protocolo TDMA.

Ethernet y T1s son dos ejemplos de lo que puede ser transportado sobre la APON. Como la APON es independiente del servicio, todos los servicios heredados y futuros pueden ser fácilmente transportados.

Como ejemplo del formato de trama básico entre la OLT y la ONT, se muestra en la Figura 26 el del caso simétrico con velocidades de 155 Mbps. La versión asimétrica es similar.

Figure 26. Formatos de trama APON.

Como se observa en la figura anterior la capacidad de carga útil en sentido descendente es reducida a 149.97 Mbps debido a las celdas PLOAM. Estas celdas son responsables de la asignación de ancho de banda a través de las celdas de concesión, sincronización, control de errores, seguridad, determinación de distancia, y mantenimiento.

En sentido ascedente la capacidad es reducida a 149.19 Mbps debido a que hay 3 bytes de overhead por celda ATM. En adición a estos 3 bytes por celda, existen también celdas PLOAM, donde la tasa de las mismas está definida por la OLT para cada ONT, dependiendo de la funcionalidad requerida. La tasa mínima de celdas PLOAM en esta dirección es una celda cada 100 ms. Esto equivale a una PLOAM cada 655 tramas, lo cual resulta despreciable. Los 3 bytes de overhead contienen un campo Periodo de guarda con un mínimo de 4 bits para proveer la distancia suficiente en tiempo entre dos celdas consecutivas para prevenir colisiones con celdas de otras ONT. La longitud de este campo es de hecho programable por la OLT. Un campo Preámbulo es usado para sincronización de bit y recuperación de la amplitud. El campo Delimitador es un patrón único que indica el comienzo de la celda ATM, que puede utilizarse para efectuar la sincronización de octeto.

Las celdas ATM son directamente convertidas a formato óptico y enviadas a la PON. Debido a la naturaleza de difusión de la PON, se emplean técnicas de encriptación por cuestiones de seguridad. En dirección ascendente, la ONT, que usa el protocolo TDMA convierte también las celdas a formato óptico para su transporte sobre la PON.

Beneficios de la APON

La APON proporciona numerosas ventajas a los operadores y usuarios finales desde los puntos de vista operacional y de servicio. Los beneficios se detallan a continuación:

• La APON está basada en una planta exterior óptica completamente pasiva. En general, la planta de fibra requiere menos mantenimiento que la planta de cobre. La vida esperada de la fibra es más larga que la del cobre desde el punto de vista físico y de la capacidad, por lo que los portadores se benefician al reducir sus costos, permitiendo bajar los precios a los abonados.
• Al no haber componentes activos entre la central y el usuario, la fiabilidad de la red es alta y los costes de mantenimiento bajos.
• Una única fibra puede ser compartida por hasta 64 usuarios en una implementación APON, proporcionando de este modo importantes ahorros de coste.
• Desde la perspectiva de la central, la APON es una tecnología punto a multipunto, que reduce el número de interfaces ópticas requeridas en la OLT en un factor de hasta 64, en comparación con los sistemas punto a punto.
• La naturaleza TDMA del protocolo de la APON proporciona una concentración inherente. Solamente cuando una ONT tiene datos para enviar, requiere tiempo de transmisión a la OLT. Debido a la distribución estadística del tráfico de datos, esta técnica permite a los usuarios acceder a un mayor ancho de banda cuando lo necesitan del que sería posible con implementaciones TDM.
• APON utiliza ATM como protocolo de nivel 1, haciendo que todas sus capacidades de QoS queden a disposición de servicios como voz, transporte de redes de área local, y video, esto de acuerdo a los acuerdos de nivel de servicio (SLAs). Aún más, la capacidad entre la OLT y cada ONT puede ser proporcionada por software. Esto significa que cuando los requerimientos de un usuario cambian, la oferta de servicios puede modificarse sin necesidad de enviar un técnico al domicilio del usuario para actualizar el servicio.
• Debido a que el sistema está basado en ATM, un solo sistema de gestión puede completamente brindar el ancho de banda extremo a extremo, ahorrando en operaciones y mantenimiento. Además, si la interfaz de servicios es una LAN de alta velocidad como 10/100Base-T, donde el circuito ATM constituye el factor limitante al ancho de banda, este ancho de banda se podrá incrementar en el tiempo hasta las limitaciones de la interfaz física ATM. Por ejemplo, si un negocio pequeño necesita solo 1 Mbps de capacidad y en futuro requerirá 2 Mbps, entonces el proveedor sólo proporcionará una tasa mayor al ATM PVC, en vez de establecer más líneas T1 sobre cobre (como se hace aún en la actualidad).
• También el hecho de que ATM sea la base de la PON, se puede adaptar virtualmente cualquier servicio deseado. Los operadores pueden enviar todos sus servicios heredados, tales como líneas T1 y T3, así como servicios LAN transparentes (TLS) sobre la red óptica (Figura 27).

Figure 27. LAN Transparente sobre la APON.

Actualmente, los proveedores de servicio sirven a los pequeños negocios a través de nodos en anillo SONET, los cuales son muy costosos comparados con las ONTs de la APON, por lo que constituye una posibilidad real la sustitución de los mismos.

Comparación de la tecnología con xDSL

ATM es un protocolo de transmisión de datos basado en celda que puede correr sobre muchas tecnologías de nivel físico como los módems xDSL. Estos transmiten sobre la infraestructura de cobre a velocidades de 1.5 a 9 Mbps hacia el abonado y 64 a 1.5 Mbps hacia la central, dependiendo como ya hemos visto, de las condiciones y distancia de la línea de cobre.

ADSL, por ejemplo, ofrece un servicio al usuario siempre en línea, pero las velocidades máximas hacia y desde el abonado están finalmente limitadas por la distancia y por la vieja infraestructura de cobre; normalmente, solo se alcanzan velocidades de 1.5 Mbps sobre 3600 m. Si el cliente no está directamente conectado al DSLAM, se necesita de una solución más costosa donde se emplea un sistema DLC (Digital Loop Carrier) intermedio.

Con VDSL se logra aumentar la velocidad de bajada hasta 52 Mbps, con velocidades de subida proporcionadamente menores, pero sobre una distancia menor (300 a 1500 m) que ADSL. Además, se requiere de la instalación de una planta electrónica exterior instalada en un gabinete, la cual es costosa y está sujeta a variaciones fuertes de temperatura.

En adición al problema de la distancia, la tecnología xDSL presenta problemas inherentes de interferencia, por el uso de la infraestructura de cobre. APON no puede ser interferida con ondas de radio en la banda AM y otras interferencias de radio frecuencia (RFI) y otras fuentes de interferencia electromagnéticas (EMI). xDSL es principalmente considerada una solución de banda ancha de corto plazo, dado que usa la planta de cobre existente. Las PONs, sin embargo, constituyen una solución de banda ancha extremo a extremo para un futuro cercano.

8. Conclusiones

El mundo de las redes de acceso de banda ancha es muy diverso, distinguiéndose por el medio de transmisión empleado, técnica de acceso al medio en caso de que se comparta el canal ascendente, tipo de modulación empleada, velocidades alcanzadas, entre otras. El objetivo de todas es lograr que sobre una única infraestructura, se transporte todos los tipos de servicios, destacándose servicios de video de difusión e interactivo, servicios de voz, y de transferencias de datos esencialmente Internet; lográndose tal objetivo en mayor o menor medida. Esto ha provocado una gran competencia entre operadores de cable, inalámbricos, y de telecomunicaciones tradicionales que ha ayudado a su vez a que las investigaciones y el desarrollo de la tecnología se hayan visto acelerados en los últimos diez años.

La tecnología ATM se ha establecido a nivel mundial como la que ofrece un nivel mayor de integración de servicios con QoS garantizada, constituyendo la forma básica de transporte que implementan muchas de las tecnologías de acceso. Por tal motivo, a diferencia de cómo piensan muchos analistas, al ATM le quedan muchos años de existencia antes de desaparecer.

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Trabajo enviado y realizado por:

MSc. Ing. Alexei Blanco Ortiz.

Prof. Dpto de Telecomunicaciones

Universidad de Pinar del Río. Cuba