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.

Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior

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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    Marzo/2001.
26. Recomendación UIT-T G.983.1. Sistemas de
    acceso óptico de banda ancha basados en redes
    ópticas pasivas, Octubre/1998.
27. ATM Pasive Optical Networks. Documento disponible en
    el IEC, Septiembre/2000.
28. http://www.iec.org/online/tutorials/BroadBand
    Access/apon.pdf

Trabajo enviado y realizado por:

MSc. Ing. Alexei Blanco Ortiz.

Prof. Dpto de Telecomunicaciones

Universidad de Pinar del Río. Cuba