Tecnologías de acceso de banda ancha y su integración con ATM

1. Resumen
2. Introducción
3. Tecnologías de acceso a la
   red
4. Las tecnologías xDSL en la
   red de acceso
5. ADSL
7. VoDSL
8. Redes
   Ópticas Pasivas ATM-APON
9. Conclusiones
10. Bibliografía

Resumen

El acceso de banda ancha es
un desafío que se viene logrando desde la década
pasada. El problema fundamental está en desarrollar
tecnologías que permitan altas velocidades en la
última milla, a través de medios de
transmisión convencionales como el par trenzado
telefónico, el cable coaxial
de las redes de cable
o el espacio radioeléctrico. Otro hecho es, lograr que
sobre este acceso se pueda brindar al usuario garantías de
QoS, donde el ATM juega un papel
fundamental.

En este trabajo se realiza un estudio de algunas
tecnologías de acceso de banda ancha que permiten brindar
al usuario una gama de servicios
integrados que incluyen, servicio de
Internet de alta
velocidad,
servicios de
voz y de video,
interconexión de redes LAN,
entre otros.

Palabras Claves: ATM, QoS, AAL, Banda ancha,
DSL, Video bajo
demanda
VoD.

1. Introducción

La Red de Acceso abarca los
elementos tecnológicos que soportan los enlaces de
telecomunicaciones entre los usuarios finales y el
último nodo de la red. A menudo se denomina
lazo de abonado o simplemente la última milla. Sus
principales componentes son: los medios de
comunicación (par de cobre,
cable coaxial,
fibra
óptica, canal radioeléctrico) y los elementos
que realizan la adecuación de la señal a los
mismos.

Se estima que existan en la actualidad alrededor de 1100
millones de accesos fijos y 1000 millones de accesos
móviles. El lazo local, sin lugar a dudas, constituye un
punto de mira de los científicos, tecnólogos y
economistas en la búsqueda de alternativas para
incrementar el aprovechamiento del espacio de señal dentro
de los medios de
transmisión, a un precio que
permita la asimilación por los abonados finales,
aprovechándose de la creciente necesidad de ancho de banda
para la satisfacción de las necesidades naturales o
inducidas de información, comunicación y entretenimiento en que la
época actual nos sumerge.

Este trabajo se centra principalmente en aquellas
tecnologías de acceso que en la actualidad dan soporte al
ATM, de tal forma que se brinde un servicio
fiable y con QoS garantizada de extremo a extremo.
Específicamente se abordan las tecnologías ADSL
(Línea de Abonado Digital Asimétrica), VDSL
(Línea de Abonado Digital de Muy Alta Velocidad) y
ATMPON (Redes
Ópticas Pasivas ATM).

2. Tecnologías de acceso a la red.

La necesidad de ancho de banda ha hecho nacer varias
tecnologías de acceso de banda ancha: DSL (Línea de
Abonado Digital) en todas sus formas simétricas y
asimétricas, utiliza la infraestructura de cobre para dar
servicios a velocidades de hasta algunos megabits por segundo;
LMDS, los servicios locales de distribución multipunto ofrecen velocidades
de banda ancha a usuarios residenciales y a profesionales
independientes (SOHO) vía tecnología
inalámbrica; CMTS (Sistema de
terminación de módem por cable) emplea el cable
coaxial para entregar servicios digitales a muchos usuarios;
UMTS, fue concebido para servicios de voz y de datos de tercera
generación.

Figura 1. Red de
Acceso.

A pesar de las enormes diferencias entre estas
tecnologías, todas ellas se caracterizan por el aumento de
la velocidad de transferencia de datos al usuario
final en un orden de magnitud muy superior en comparación
con las soluciones de
banda estrecha que les precedieron. En consecuencia, todas abren
la puerta a un conjunto amplio de nuevos servicios. Otra
similitud está en que todas pueden compartir el mismo
protocolo
subyacente: ATM. Como consecuencia, aunque el servicio final
esté generalmente relacionado con las aplicaciones
IP, el
tráfico se monta en ATM antes de entregarlo a la red de
transmisión.

Es en la parte de acceso de la red donde ATM realmente
brilla debido a las técnicas
de compresión habilitadas por los operadores, permitiendo
recoger los beneficios y eficiencias en costo, de una
plataforma multiservicio. En el núcleo de la red, la
principal ventaja de ATM está en la escalabilidad y en la
disponibilidad.

De forma general, en documentos
especializados se acostumbra a clasificar las redes de acceso en
cuatro grupos
principales según el medio de soporte: par trenzado,
fibra/coaxial, inalámbrico, y todo fibra. La Figura 2
muestra
algunas de las tecnologías e implementaciones que caen en
las categorías anteriores.

Figura 2.
Alternativas de Acceso.

3. Las tecnologías xDSL en la red de
acceso.

La tecnología xDSL,
surge por la necesidad de aumentar la capacidad de
transmisión del par de cobre. Hace referencia a toda
la familia DSL
las cuales utilizan técnicas
de modulación
modernas ayudadas por los avances en el procesamiento digital de
señales para lograr transmitir a altas velocidades sobre
el lazo de abonado local. En la Tabla 1 se muestra un
resumen comparativo entre algunas de las tecnologías
xDSL.

Tabla 1 Comparativa
entre algunos tipos de xDSL.

La cantidad de abonados DSL ha venido aumentado a una
gran velocidad, a finales del tercer cuatrimestre del pasado
año ya había más de 30 millones de usuarios
individuales y de negocios
servidos por DSL, y se esperaba que el año concluyera con
más de 36 millones si se mantenía la tasa de
crecimiento mensual de 1.67 millones de accesos.

La técnica ADSL, por su
carácter asimétrico, se adapta mejor
al mercado
residencial por lo que ha sido la más extendida a nivel
mundial. Ésta va a ser objeto de análisis al igual que VDSL, que se puede
emplear tanto en el sector residencial como en el
corporativo.

4. ADSL.

El ADSL es una técnica para la transmisión
de datos a gran velocidad sobre el par de cobre. Una diferencia
entre el esquema de modulación
empleado por ella y las usadas por los módems en banda
vocal (V.32 a V.90), es que estos últimos sólo
transmiten en la banda de frecuencias usada en telefonía (300 Hz a 3400 Hz), mientras que
los módems ADSL operan en un margen de frecuencias mucho
más amplio que va desde los 24 KHz hasta los 1104 KHz,
aproximadamente. Esto hace que el ADSL pueda coexistir en un
mismo lazo de abonado con el servicio telefónico, pues no
se solapan sus intervalos de frecuencia, cosa que no es posible
con un módem convencional pues opera en banda vocal, la
misma que la telefonía, lo que constituye otra
diferencia de gran importancia.

Funcionamiento y características de ADSL

Al tratarse de una modulación asimétrica,
o sea, en la que se transmiten diferentes caudales en los sentidos
Usuario-Red y Red-Usuario, el módem ADSL situado en el
extremo del usuario es distinto del ubicado al otro lado del
lazo, en la central local. En la Figura 3 se muestra un enlace
ADSL entre un usuario y la central local de la que depende. En
dicha figura se observa que además de los módems
situados en el domicilio del usuario (ATU-R o ADSL Terminal
Unit-Remote) y en la central (ATU-C o ADSL Terminal
Unit-Central), delante de cada uno de ellos se ha de colocar un
dispositivo denominado "splitter" (divisor). Este dispositivo no
es más que un conjunto de dos filtros: uno paso alto y
otro paso bajo. La finalidad de estos filtros es la de separar
las señales transmitidas, o sea, las señales de
baja frecuencia (telefonía) de las de alta frecuencia
(ADSL).

Figura 3. Enlace
ADSL.

En una primera etapa coexistieron dos técnicas de
modulación para el ADSL: CAP (Carrierless Amplitude/Phase,
Modulación de fase y amplitud con supresión de
portadora) y DMT (Discrete MultiTone, Modulación multitono
discreto). Finalmente los organismos de estandarización
(ANSI, ETSI e ITU) optaron por la solución DMT.
Básicamente consiste en el empleo de
múltiples portadoras y no sólo una, que es lo que
se hace en los módems de banda vocal. Cada una de estas
portadoras (denominadas subportadoras) es modulada en cuadratura
(modulación QAM) por una parte del flujo total de datos
que se van a transmitir. Estas subportadoras están
separadas entre sí 4,3125 KHz, y el ancho de banda que
ocupa cada subportadora modulada es de 4 KHz. El reparto del
flujo de datos entre subportadoras se hace en función de
la estimación de la relación Señal/Ruido en la
banda asignada a cada una de ellas. Cuanto mayor es esta
relación, tanto mayor es el caudal que puede transmitir
por una subportadora. Esta estimación de la
relación Señal/Ruido se hace
al comienzo, cuando se establece el enlace entre el ATU-R y el
ATU-C, por medio de una secuencia de entrenamiento
predefinida.

La técnica de modulación usada es la misma
tanto en el ATU-R como en el ATU-C. La única diferencia
consiste en que el ATU-C dispone de hasta 256 subportadoras,
mientras que el ATU-R sólo puede disponer como
máximo de 32. El algoritmo de
modulación se traduce en una IFFT (Transformada
Rápida de Fourier Inversa) en el modulador, y en una FFT
(Transformada Rápida de Fourier) en el demodulador situado
al otro lado del enlace. Estas operaciones se
efectúan fácilmente por el núcleo del
módem al desarrollarse sobre un DSP; las mismas se
describen a continuación:

• El modulador del ATU-C, hace una IFFT de 512 muestras
  sobre el flujo de datos que se ha de enviar en sentido
  descendente.
• El modulador del ATU-R, hace una IFFT de 64 muestras
  sobre el flujo de datos que se ha de enviar en sentido
  ascendente.
• El demodulador del ATU-C, hace una FFT de 64 muestras
  tomadas de la señal ascendente que recibe.
• El demodulador del ATU-R, hace una FFT, sobre 512
  muestras de la señal descendente recibida.

Las últimas modificaciones a los
estándares sobre ADSL han llevado al desarrollo de
una nueva generación de módems capaces de
transmitir hasta 8,192 Mbps en sentido descendente y hasta 0,928
Mbps en sentido ascendente. La separación de los trayectos
en ADSL se efectúa por Multiplexación por
División en Frecuencias (FDM) o por Cancelación de
Eco, siendo esta última la que se ha impuesto.

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Figura 4.
Modulación ADSL DMT con FDM.

En las Figuras 4 y 5 se han presentado las dos
modalidades dentro del ADSL con modulación DMT: FDM y
cancelación de ecos. En la primera, los espectros de las
señales ascendente y descendente no se solapan, lo que
simplifica el diseño
de los módems, aunque reduce la capacidad de
transmisión en sentido descendente, no tanto por el menor
número de subportadoras disponibles como por el hecho de
que las de menor frecuencia, aquellas para las que la
atenuación del par de cobre es menor, no están
disponibles. La segunda modalidad, basada en un cancelador de eco
para la separación de las señales correspondientes
a los dos sentidos de transmisión, permite mayores
caudales a costa de una mayor complejidad en el diseño.

Como se puede ver, los espectros nunca se solapan con la
banda reservada para el servicio telefónico básico
(POTS, Plain Old Telephone Service), y en cambio
sí se solapan con los correspondientes al acceso
básico RDSI. Por ello el ADSL y el acceso básico
RDSI son incompatibles, aunque existen implementaciones que
logran la compatibilidad.

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Figura 5.
Modulación ADSL DMT con Cancelación de
Eco.

En un par de cobre la atenuación por unidad de
longitud aumenta a medida que se incrementa la frecuencia de las
señales transmitidas, y cuanto mayor es la longitud de la
línea, tanto mayor es la atenuación total que
sufren las señales transmitidas.

Ambas cosas explican que el caudal máximo que se
puede conseguir mediante los módems ADSL varíe en
función
de la longitud de la línea de abonado. La presencia de
ruido externo provoca la reducción de la relación
Señal/Ruido con la que trabaja cada una de las
subportadoras, y esa disminución se traduce en una
reducción del caudal de datos que modula a cada
subportadora, lo que a su vez implica una reducción del
caudal total que se puede transmitir a través del enlace
entre el ATU-R y el ATU-C.

Hasta una distancia de 2.6 Km de la central, en
presencia de muy altos niveles de ruido (peor caso), se obtiene
un caudal de 2 Mbps en sentido descendente y 0,9 Mbps en sentido
ascendente. Esto supone que en la práctica, teniendo en
cuenta la longitud media de la línea de abonado en las
zonas urbanas, la mayor parte de los usuarios están en
condiciones de recibir por medio del ADSL un caudal superior a
los 2 Mbps. Este caudal es suficiente para muchos servicios de
banda ancha, y desde luego puede satisfacer las necesidades de
cualquier internauta, teletrabajador así como de muchas
empresas
pequeñas y medianas.

Analizado el funcionamiento del ADSL, podemos destacar
las principales ventajas del acceso a través de esta
tecnología:

1. Gran ancho de banda en el acceso: permite el
   intercambio de información en formato digital a gran
   velocidad entre un usuario y la central local a la que se
   conecta mediante un par de cobre.
2. Este ancho de banda está disponible de forma
   permanente.
3. Se aprovecha una infraestructura ya desplegada, por
   lo que los tiempos de implantación de los servicios
   sobre la nueva modalidad de acceso se acortan.
4. El acceso es sobre un medio no compartido, y por
   tanto, intrínsecamente seguro.

El estándar G.992.2 de la UIT, más
conocido con el nombre G.Lite y que es un tipo de ADSL se
diferencia de éste en que se sustituyen los splitters del
lado del cliente por
microfiltros conectados en serie con el teléfono, que actúan como filtros
pasobajo por lo que su implementación se ve favorecida.
Esto hace que el ancho de banda se vea limitado, soportando
velocidades menores que ADSL, 1.536 Mbps y 512 Kbps en sentido
descendente y ascendente respectivamente pero no requiere
intervención en el lado del cliente del
operador de telecomunicaciones. G.Lite soporta solo transporte ATM
a diferencia del anterior que soporta tanto ATM como STM. En la
actualidad, muchas de las computadoras
presentes en el mercado integran
módems G.Lite por lo que se ha extendido en gran medida su
uso.

Multiplexor de acceso DSL

El DSLAM (Multiplexor de Acceso DSL) es un equipo
ubicado en la central que agrupa gran número de tarjetas, cada
una de las cuales consta de varios módems ATU-C, y que
además concentra el tráfico de todos los enlaces
ADSL hacia la red WAN (Figura 6). Su utilización
favoreció el despliegue de ADSL, al requerir menos espacio
en las centrales.

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Figura 6. Multiplexor de Acceso DSL
(DSLAM).

La integración de varios ATU-Cs en el DSLAM es
un factor fundamental que ha hecho posible el despliegue masivo
del ADSL ya que facilita la instalación de todo el
sistema.

Integración de ATM y ADSL

Las redes de comunicaciones
de banda ancha en su mayoría emplean el ATM para la
conmutación en banda ancha. Desde un primer momento, dado
que el ADSL se concibió como una solución de acceso
de banda ancha, se pensó en el envío de la
información en forma de celdas ATM sobre los enlaces ADSL
y de esta forma se sacaría provecho a la gran velocidad de
acceso del ADSL.

A nivel de enlace, algunos suministradores de equipos de
central para ADSL plantearon otras alternativas al ATM, como PPP
sobre ADSL y Frame-Relay sobre ADSL, pero finalmente se ha
impuesto el
primero. Otra alternativa que está siendo desplegada
actualmente es el Ethernet sobre
ADSL.

La Figura 7 muestra el modelo de
referencia específico de ADSL para el modo ATM, el cual se
asemeja del establecido para la RDSI pero con algunas
diferencias.

TC-F: Convergencia de la Transmisión de la
trayectoria Rápida.

TC-I: Convergencia de la Transmisión de la
trayectoria de Entrelazado.

Figura 7. Modelo de referencia
específico ADSL para el modo ATM.

La interfaz V conecta la red de núcleo y el nodo
de acceso (AN). Dentro del AN, una interfaz lógica
llamada V-C, como se define en T1.413, conecta las funciones
individuales del ATU-C a las funciones
correspondientes de capa ATM.

La interfaz U conecta los ATU-R individuales en la B-NT
remota a los correspondientes ATU-Cs en el nodo de
acceso.

La interfaz S y T, conecta el bloque Terminación
de Red (NT) al equipamiento de distribución de red (PDN) o al Equipo
Terminal (TE). Dentro de la NT, una interfaz lógica
llamada T-R, como se define en las recomendaciones ADSL PHY,
conecta la función del ATU-R a la función de capa
ATM.

La interfaz R, conecta el bloque Adaptador Terminal (TA)
al PDN o TE no basado en ATM.

La información, ya sean tramas de vídeo
MPEG2 o paquetes IP, se
distribuye en celdas ATM, y el conjunto de celdas ATM así
obtenido constituye el flujo de datos que modulan las
subportadoras del ADSL DMT.

El ATM al permitir asignar el ancho de banda
dinámicamente entre una serie de servicios y al ofrecer a
los portadores las herramientas
de gestión
que le dan conocimiento
de los niveles de rendimiento especificados de acuerdo al SLA,
constituye la mejor variante para integrarse con ADSL.

La amplia adopción
de ATM por la gran mayoría de proveedores
DSL extiende los beneficios de ATM desde la última milla
hasta el núcleo de la red. A su vez, la gran flexibilidad
y adaptabilidad que presenta ATM para interoperar con otras
tecnologías (TDM, GigE, POS/IP, Frame-Relay etc.), dan al
operador la protección de su inversión reduciendo significativamente el
costo y
permitiendo así, introducirse en los segmentos
competitivos del mercado.

En la actualidad, la evolución a la integración de Voz
sobre DSL (VoDSL) en el lazo local, ha estimulado las inversiones de
ATM en el área de acceso y núcleo de la red.
Además, la evolución de los conmutadores ATM a
soportar funcionalidades MPLS, visto en los conmutadores MPLS ATM
LSR extienden la disponibilidad a MPLS, para el transporte de
IP en el núcleo de la red.

Si en un enlace ADSL se usa ATM como protocolo de
enlace, se pueden definir varios circuitos
virtuales permanentes (CVPs) ATM sobre el enlace ADSL entre el
ATU-R y el ATU-C. De este modo, sobre un enlace físico se
pueden definir múltiples conexiones lógicas cada
una de ellas dedicadas a un servicio diferente. Por ello, ATM
sobre un enlace ADSL aumenta la potencialidad de este tipo de
acceso al añadir flexibilidad para múltiples
servicios a un gran ancho de banda.

Otra ventaja añadida al uso de ATM sobre ADSL es
el hecho de que en el ATM se contemplan diferentes
categorías de servicio como CBR, VBR-rt, VBR-nrt, UBR,
ABR, GFR, y UBR+ (UBR con MDCR), con distintos parámetros
de tráfico y de calidad de
servicio para cada VCC, vistos en el Capítulo 1. De
este modo, además de definir múltiples circuitos
sobre un enlace ADSL, se puede dar un tratamiento diferenciado a
cada una de estas conexiones, lo que a su vez permite dedicar el
circuito con los parámetros de calidad
más adecuados a un determinado servicio (voz, vídeo
o datos).

La categoría de servicio más difundida
para los servicios de datos es UBR, la cual no especifica
parámetros de QoS o de tráfico. Las aplicaciones
que no son de tiempo real no
tienen gran necesidad de estos parámetros. Sin embargo,
debido al impacto potencial de la congestión, muchos
prefieren tener un mínimo de ancho de banda garantizado
disponible para su uso. Esto se logra con las categorías
GFR o UBR+. La especificación UBR original no incorpora
mecanismos para tratar la congestión tal como PPD/EPD, que
ha sido incorporado en muchos productos y en
el estándar UBR+.

Como IP está presente antes de la capa ATM, se
han definido mecanismos QoS/CoS (Calidad de
Servicio/Clases de Servicio) IP en dos formas:

• Mediante la arquitectura
  INTSERV, la cual realiza un mapeo entre los mecanismos QoS
  INTSERV (mejor esfuerzo, servicio garantizado y carga
  controlada) y ATM, como se define en las RFCs 2380 a la
  2382:
• 2380: Requerimientos para la implementación de
  RSVP sobre ATM.
• 2381: Interoperación del Servicio de Carga
  Controlada y Servicios Garantizados con ATM.
• 2382: Estructura
  para Servicios Integrados y RSVP sobre ATM.
• Mediante la arquitectura
  DIFFSERV, que presenta distintos tipos de servicios como el
  Premium Services, con el mecanismo EF (Expedited Forwarding,
  reenvío apresurado) y el Servicio Asegurado, con el
  mecanismo AF (Assured Forwarding, reenvío asegurado),
  pero que no tiene definido un mapeo ATM específico, pero
  se han venido realizando importantes trabajos para lograrlo en
  el grupo de
  trabajo TM del ATM Forum y por otros
  investigadores.

En los módems ADSL se definen dos canales, el
canal rápido y el canal de entrelazado. El primero agrupa
los CVPs ATM dedicados a aplicaciones que pueden ser sensibles al
retardo, como puede ser la transmisión de voz. El canal de
entrelazado, llamado así porque en él se aplican
técnicas de entrelazado para evitar pérdidas de
información por interferencias, agrupa los CVPs ATM
asignados a aplicaciones que no son sensibles a retardos, como
puede ser la transmisión de datos.

Los estándares y la industria han
impuesto mayormente el modelo de ATM
sobre ADSL. En ese contexto, el DSLAM pasa a ser un conmutador
ATM con múltiples interfaces (Figura 8), las interfaces
WAN pueden pudieran ser STM-1, STM-4, E3 u otras estandarizadas,
y el resto ADSL-DMT. El núcleo del DSLAM es una matriz de
conmutación ATM. De este modo, el DSLAM puede ejercer
funciones de control de
parámetros y conformado sobre el tráfico de los
usuarios con acceso ADSL.

Figura 8.

DSLAM ATM.

En la Figura 9 se muestra una aproximación de la
torre de protocolos del
ATM sobre ADSL.

Figura 9 Torre de
protocolos de ATM
sobre ADSL.

Modelo para ofrecer servicios

El ADSL Forum ha propuesto distintos modelos para
ofrecer servicios, teniendo en cuenta las distintas alternativas
de transporte en cada enlace de la conexión, los que se
muestran en la siguiente figura.

Figura 10. Modelos para
la prestación de servicios con acceso ADSL.

De acuerdo con lo explicado anteriormente, la
solución que se ha impuesto ha sido el envío de
celdas ATM sobre el enlace ADSL (entre el ATU-R y el ATU-C
situado en el DSLAM). Por lo tanto, de los seis modelos que
propone el ADSL Forum, mostrados en la Figura 10, los más
comunes son los dos últimos.

No obstante al amplio uso de ATM sobre DSL, algunas
empresas como
Net to Net Technologies, han empezado a fabricar equipamiento
basado en el estándar Ethernet, que son
relativamente más baratos en costo y encapsulan a IP
directamente sobre Ethernet. Mayormente, los usuarios que
requieren muy altas garantías de seguridad y
acuerdos de nivel de servicio (SLAs) estrictos, optan por la QoS
de ATM y no por la CoS (Clases de Servicio) de IP.

Encapsulado de datos

Teniendo en cuenta que la mayoría de las
aplicaciones ejecutadas por el usuario, están basadas en
TCP/IP, para el acceso a Internet, se hace necesario
establecer un mecanismo de encapsulado del protocolo IP sobre
ATM. Existen varias opciones para lograr tal propósito.
Una opción aceptable es el encapsulado de IP sobre ATM
según la RFC 1483 del IETF, con la modalidad de "routing",
como se puede apreciar en la Figura 11. La información
útil para el usuario ("payload" o carga útil)
contenida en el paquete IP, lleva varias cabeceras. Estas
cabeceras, que son necesarias para que la información
llegue a su destino, pero que no proporcionan información
al usuario, son las que explican que el caudal percibido por el
usuario sea inferior a la velocidad a la que la
información se transmite realmente.

Figura 11 Encapsulado
de IP sobre ATM según la RFC 1483 (modalidad
"routing").

La RFC 1483 describe dos métodos
para el transporte de tráfico sin conexión sobre
ATM AAL5. PDUs enrutadas, y PDUs puenteadas.

1. Modalidad Routing: Permite multiplexación de
   múltiples protocolos sobre un único VC ATM. El
   protocolo encapsulado se identifica precediendo a la PDU de un
   encabezado IEEE 802.2 LLC. Se conoce como Encapsulado
   LLC.
2. Modalidad Bridging: Cada protocolo es transportado
   sobre un VC separado, y ejecuta multiplexación basada en
   los VC. Se conoce como Multiplexación de VCs. En ella
   los puntos finales de la conexión AAL son entidades de
   protocolo de capa 3, por lo que un VC llevará solamente
   un protocolo.

Ambas PDUs son transportadas en el campo de carga
útil de la Subcapa de Convergencia de Partes Comunes
(CPCS) de la AAL5.

En el Encapsulado LLC el protocolo de la PDU enrutada se
identifica por el encabezado IEEE 802.2 LLC, el cual puede ir
seguido de un encabezado IEEE 802.1a SNAP (SubNetwork Attachment
Point) como cuando se encapsula IP. El header LLC está
constituido de tres campos de un octeto cada uno:

En el encapsulado de PDU enrutada el campo CTRL toma
siempre el valor 0x03
especificando una PDU de información.

DSAP: Destination Service Access
Point

SSAP: Source Service Access
Point

Cuando se está encapsulando IP, la
identificación de éste está en el header
SNAP que sigue al LLC. Para ello el LLC toma un valor
específico que indica la presencia del SNAP, el valor
0xAA-AA-03. El header SNAP tiene la forma siguiente:

OUI (Organizationally Unique
Identifier): Identifica una organización la cual administra el
significado de los siguientes dos octetos.

PID (Protocol Identifier): Identifica el
tipo de protocolo en cuestión que será
encapsulado.

Unidos ellos identifican distintos protocolos de
enrutamiento o puente. El valor OUI de 0x00-00-00 especifica que
el PID corresponde a un EtherType. Un valor PID de 0x0800
especifica IP, 0x0806 ARP, 0x8137 IPX, entre otros.

Servicios de vídeo sobre ADSL

La arquitectura de servicios de video punto a punto
ofrece la provisión de nuevas aplicaciones de servicios de
video entre las que se incluyen televisión
de difusión, VoD, servicio de video personalizado estilo
VCR (Video Cassette Recorder), difusión interactiva y
comercio por
TV (T-Commerce).

El suministro de servicios de video que usan
tecnología ADSL es una alternativa competitiva para la
próxima generación de TV interactiva por
infraestructuras de cable y de satélites.
La red ADSL es punto a punto desde el DSLAM al abonado,
suministrando un enlace dedicado en los dos sentidos al
abonado.

En la dirección descendente, sólo se
entrega al abonado el contenido de video seleccionado, tanto como
canal de TV de difusión, como programa VoD. El
ADSL da más escalabilidad que los servicios ofrecidos por
cable y satélite, los cuales llegan hasta aproximadamente
500 canales de emisión. Una red ADSL puede ofrecer
alrededor de mil canales. (Teóricamente no hay
límite, ya que la última milla es un enlace
dedicado).

Con el desarrollo de
la tecnología ADSL y de algoritmos
mejorados de compresión de video, los suministradores de
servicios de telecomunicaciones pueden ofrecer canales de video
de alta calidad, como una
calidad DVD codificada
a una velocidad de 3.5 Mbps MPEG-2. Algunos vendedores de
código
suministran velocidades binarias MPEG-2 menores de 3 Mbps,
mientras que MPEG-4 mantiene la promesa de video con calidad de
emisión a velocidades menores de 1.5 Mbps, y una calidad
de TV analógica a una tasa de bits de 500 a 700 Kbps. Esto
hace que el despliegue comercial de este servicio ya pueda
comenzar.

El ADSL puede entregar un flujo de bits de hasta 8 Mbps
en líneas de alta calidad y en distancias relativamente
cortas. Mientras que muchas líneas no soportarán
esta velocidad binaria, las tecnologías que ofrecen ancho
de banda incrementado, tales como VDSL, algoritmos
más potentes de compresión, procesadores de
vídeo de alto rendimiento y un mayor crecimiento de la
red, prometen que el alcance de video con DSL llegue a la
mayoría de los hogares en los próximos
años.

Arquitectura de una red de
distribución de video

La arquitectura utilizada por un suministrador de
servicios de telecomunicaciones para producir servicios de video
puede variar. Un ejemplo típico se muestra en la Figura
12.

En la red de acceso, el ATM suministra conectividad de
capa 2 sobre ADSL. De esta forma, cada DSLAM podría ser un
multiplexor ATM. Como resultado, los programas de
video deben ser producidos tanto en formato MPEG sobre ATM, como
en formato MPEG sobre IP sobre ATM. Ambas tecnologías
están actualmente disponibles, pero el mercado tiende a
elegir el IP como el vehículo de entrega a la capa de red.
Aunque el IP añade alguna tara al flujo de vídeo,
simplifica la distribución en el hogar sobre medios
compatibles con Ethernet. Además, hay más
aplicaciones disponibles para IP, lo que aumenta su audiencia. En
ambos casos, las redes de cabecera y de transporte son
similares.

Figura 12.
Arquitectura típica para producir servicios de
video.

Cabecera

El término cabecera indica una posición en
la que el contenido se añade a los canales de TV, al VoD,
a los portales de T-Commerce, al acceso Internet, etc. Ya que el
contenido de video se entrega al usuario sobre la red de acceso
ATM, se puede incluir en la red en casi cualquier
posición.

En el caso de un servicio de TV de difusión, el
video llega de varias fuentes sobre
diferentes medios, tal como DBS (Digital Broadcast Satellite),
difusión local y estudios de TV. El contenido de todas
estas fuentes tiene
que ser enviado a una plataforma de codificación y
convertido a formato MPEG, si aún no está en este
formato. Cada canal de emisión normalmente se codifica
como un único flujo de transporte de programa, y se
asocia con una ID específica del canal,
ensamblándose en un flujo de datos de difusión
selectiva IP (cada canal está asociado a una única
dirección IP de
multidifusión).

En el caso de VoD, el contenido es almacenado en los
servidores que
pueden atender decenas, centenas e incluso millares de flujos
simultáneos. El dimensionamiento de los servidores
está basado tanto para la cantidad de contenido que debe
almacenar, como para la cantidad de abonados activos que piden
datos. Estos servidores pueden desplegarse por diferentes puntos
en la red. Situarlos en la cabecera de red minimiza su
número y simplifica la gestión
del contenido, mientras que situarlos cerca de la periferia de
red, reduce la necesidad del ancho de banda al cual debe hacer
frente la red de transporte.

Normalmente los canales salientes se entregan a una red
ATM con encapsulado tanto MPEG sobre IP sobre ATM, como MPEG
sobre ATM. En el escenario IP, la multidifusión es una
aplicación perfecta.

La cabecera en una arquitectura de video sobre DSL se
puede centralizar o distribuir. Ya que el contenido se distribuye
usando IP y/o ATM, la conectividad es muy flexible.

Red de transporte

El papel de la
red de transporte es entregar el contenido desde las posiciones
de la cabecera a los DSLAMs adecuados, o a sus centrales y/o
routers asociados, en la red de acceso. La red de transporte debe
transportar dos tipos especiales de tráfico:
multidifusión y unidifusión, correspondientes a los
servicios de difusión e interactivos.

El tráfico de difusión se transporta como
multidifusión IP, como ATM punto a multipunto o como una
combinación de ambos (Figura 13 14).

Una buena solución para una red de
multidifusión es utilizar conexiones ATM punto a
multipunto en un entorno de conmutación ATM. El ATM es una
tecnología estable con capacidad probada para replicar
datos de gran ancho de banda.

Los servicios interactivos, que generan tráfico
de unidifusión, requieren una red bidireccional. Dadas las
limitaciones de la red de acceso, estos se suministran mejor
mediante circuitos virtuales ATM, soportando tanto un encapsulado
nativo ATM como IP sobre ATM. Dada la abundancia de aplicaciones
que se soportan fácilmente con el IP, lo más
probable es que el IP sobre ATM domine el mercado.

Figura 13.
Multidifusión IP usando ATM.

Figura 14.
Multidifusión IP usando routers.

Red de Acceso

En la red de acceso se encuentra el DSLAM, éste
es el último elemento en la red de acceso antes del
domicilio del abonado y, por tanto, el vehículo para
entregar los servicios de video. Es responsable de la
conmutación de los canales de video entregados al abonado
y va a ser el dispositivo de multidifusión más
cercano al abonado y el de mejor servicio ofrecido en aras de dar
respuesta rápida al servicio ofrecido (ej. cambio
rápido de canal).

La función de conmutación de
multidifusión integrada dentro del DSLAM ofrece la mejor
mezcla de rendimiento y precio en la
entrega de servicios de difusión, ahorrando en
equipamiento externo. El DSLAM debe soportar entonces, la
multidifusión en el hardware (Figura
15).

Figura 15.
Replicación de multidifusión del
DSLAM.

El enfoque anterior no es ideal en los casos que el
suministrador de servicio tenga una base instalada de DSLAM que
no soporta facilidades de multidifusión requiriendo un
dispositivo externo que realice esta función, el cual
pudiera ser, un router IP, un
conmutador ATM, o una combinación de ambos.

El hecho de usar ATM en la red de acceso, favorece las
necesidades del usuario en cuanto a calidad de servicio. La
fuerza de la
red de acceso ATM reside en el uso de circuitos virtuales, pues
cada servicio, tiene un VC determinado, pudiendo tratarse las
celdas de distintos circuitos de manera distinta.

Red doméstica

Una vez llega e canal de video sobre DSL a la
instalación del abonado a través de un módem
DSL, es necesario distribuir el contenido al STB (Set top Box,
Unidad de Adaptación), de forma que se pueda ver en la TV.
Esto normalmente se hace vía Ethernet, y también se
puede conectar al PC. Cuando el video va encapsulado como MPEG
sobre IP sobre ATM, hay más opciones de medios compatibles
con Ethernet para la distribución en el hogar como el
Ethernet inalámbrico (802.11b), HPNA (Home Phoneline
Network Access) y
Ethernet alambrado.

La HPNA es la tecnología más eficaz en el
caso de que dos STBs sirvan a dos televisores sintonizados a dos
programas
diferentes. Esta tecnología LAN ofrece
hasta 20 Mbps con y mecanismos de QoS, haciendo uso del cableado
telefónico de la casa. La HPNA funciona en un espectro de
frecuencia propio por encima de los 2 MHz lo que lo hace
espectralmente compatible con telefonía POTS y
ADSL.

El estado actual
de los servicios de video sobre DSL a nivel mundial no se ha
visto muy desarrollado por parte de los operadores a pesar de que
el equipamiento lo permite, pues no han llegado a captar el
potencial total del ADSL. El factor fundamental que ha influido
sobre ello ha sido la longitud de la línea, que mayormente
es demasiado grande para soportar altas velocidades por encima de
2 Mbps. No obstante, muchos operadores se encuentran en estado de
prueba de multiservicios de banda ancha. Para poner un ejemplo,
se presenta el servicio que ofrece, en pruebas, la
operadora Telecom Italia con
equipamiento Alcatel a 21 usuarios repartidos entre Roma y
Milán.

Servicio ofrecido en pruebas por
Telecom Italia

Cada usuario recibe acceso rápido a Internet (256
Kbps) por televisión
y PC, y 23 canales de TV. En la cabecera se recibe el contenido
vía satélite, la señal analógica
resultante es codificada en formato MPEG-2 en tiempo real,
ocupando un ancho de banda del orden de 4 Mbps. Una vez
codificados, los canales se transportan vía una red
Ethernet a un BRAS Alcatel 7411 que encapsula los paquetes IP en
las celdas ATM utilizando AAL2, después lleva a cabo la
multidifusión si es necesario. Los flujos de video se
combinan con los requeridos para el acceso a Internet en el
conmutador ATM, en este caso, un Alcatel Omniswitch. El flujo de
video es transportado sobre un PVC, mientras que el
tráfico Internet del mismo usuario se transporta sobre un
PVC separado. El contenido hacia la red de acceso se suministra a
través de un enlace de 155 Mbps STM-1.

La red de acceso utilizada para la
experimentación está basada en el Alcatel 7300
ASAM, que se encarga de entregar el servicio,
transportándolo sobre ADSL hasta la instalación del
usuario, terminando en un módem ADSL que distribuye la
señal de video a una unidad de adaptación multimedia (STB)
y el tráfico Internet hacia la PC, todo sobre un enlace
Ethernet.