Tecnologies de Xarxa: HDSL, HFC, PON, ADSL i VDSL

HDSL

HDSL utilitza 2 o 3 parells de coure. L'objectiu principal és eliminar els repetidors en els sistemes (HDSL en posava 1 cada 3,7 km). Això comporta un menor cost de manteniment de les línies, una transmissió més robusta i una millor capacitat de diagnosi. No suporta POTS, necessita una altra línia per al telèfon analògic. No té problemes amb derivacions, però sí amb la diafonia.

• HDSL2: No permet taxes variables, utilitza un sol parell de coure, té un menor cost, un abast de fins a 3,6 km i redueix la interferència.
• HDSL Simètric: A l'inici es va agafar la meitat del sistema HDSL de 2 parells, amb velocitats entre 128 Kbps i 1024 Kbps. Utilitza tècniques de cancel·lació d'eco i no és compatible amb POTS.
• G.SHDL: És la primera DSL multivelocitat, single pair, amb transport de dades a velocitats adaptatives i simetria.

HFC

HFC és una xarxa híbrida de fibra i cable, amb menys atenuacions gràcies a les seccions de fibra. Les seves característiques principals són:

• Ample de banda alt (MHz).
• Medi compartit (accés al medi).
• Evolució de la TV analògica.
• Serveis residencials.
• Asimetria.
• Serveis globals (telèfon, vídeo, dades).

Arquitectura de Xarxa HFC

1 Topologia oberta. Elements:

• Capçalera (head-end): Adquireix el flux i el multiplexa cap a la troncal.
• Node: Rep la informació i la distribueix als usuaris per la xarxa de distribució.
• Drap: Cable que uneix el derivador i l'equip d'usuari.

2 Arquitectura HFC avançada.

Característiques de la xarxa HFC

• Bidireccional: Canal descendent (no compartit) i ascendent (compartit). Les peticions d'accés al medi són autoritzades per la capçalera. Els usuaris no poden interceptar la informació del canal ascendent.
• Protocol d'accés al medi ascendent: Els protocols de tipus aleatori no es poden utilitzar perquè les estacions no es poden escoltar. La distància entre l'estació i la capçalera pot ser de quilòmetres. Les col·lisions només són detectades per la capçalera. El medi varia en miniestats (col·lisió = pèrdues). Els estats són de reserva (peticions gestionades per la capçalera) o de contesa.
• Alt grau de seguretat: Autenticació, tarificació, privacitat.
• Diferent QoS: En funció del servei.
• Distribució de l'ample de banda: 3.

Arquitectura de referència DOCSIS

• Canal descendent: La capa física té 2 subcapes (aspectes físics + MPEG2), 91-857 MHz, 64/256 QAM.
• Canal ascendent: Compartit (TDMA), longitud de trama variable, el mòdem pot variar la freqüència, la durada de la transmissió, hi ha molt soroll, 5-42 MHz, QPSK/16 QAM.
• Capa d'enllaç: Assignació de freqüència i taxa de transmissió, QoS, assignació de recursos (CMTS assigna els ministats).

Altres arquitectures: IEEE 802.14, DVB/DAVC.

Capçalera (MTS (DOCSIS)): Genera el canal baix, router + targeta HFC.

Cablemòdem: Equip terminal d'usuari, incorpora convertidors, pot actuar de router, Ethernet 10 Mbps.

PON

Fonaments de xarxes òptiques.

Multiplexació: Increment de la capacitat, OTDM (transmissió i recepció sincronitzades), WDM, DWDM.

Arquitectura

• Xarxa d'accés: HUBs (concentrats) + nodes remots (RN) + Network Interface Unit (NIU). L'ample de banda subministrat per l'alimentació pot repartir-se per NIU o assignar-se estàticament a un nombre menor o igual de NIUs 4.

Arquitectura FTTx

• FTTH (Home): ONU + NIU a la llar de l'abonat.
• FTTC (Curb) / FTTB (Building): Transmissió fins a l'ONU òptica + transmissió ONU-NIU elèctrica; illa urbana / edifici.

Xarxes Òptiques Passives: Les xarxes d'accés òptiques han de ser simples, passives (no alimentades), transparents i fiables.

• PON Punt a punt: Cada ONU es connecta punt a punt amb la capçalera (topologia oberta/anell-més fiable) 5.
• PON de difusió: 6 Cada ONU rep tot el senyal multiplexat, així que l'ha de descodificar i quedar-se amb el que vol.
  • WPON: Cada ONU rep només la seva longitud d'ona (ONU simple).
  • WRPON: WPON encaminable, el RN fa l'encaminament cap a l'ONU sense dividir la potència (router de longitud d'ona).

Variacions: Ritenet i LARNET. 7.

EPON i GPON

EPON: Ethernet PON (Ethernet + fibra = menor cost), nova generació de xarxes d'accés.

Concepte EFM: Ethernet in the First Mile.

• Point to Point: N fibres + 2N transceptors òptics.
• EPON: 1 fibra, N+1 transceptors òptics, sense alimentació elèctrica a la planta.

Xarxes EPON (accés)

Punt-multipunt, elements passius, trames Ethernet.

• Elements: OLT + ONU (assignació d'ample de banda, sincronització de rellotges amb timestamps de transmissió en períodes) + Splitter (genera missatges amb ample de banda per ser usats com a referència contra el procés de registre de les ONUs).
• Topologies: Arbre, arbre redundant, anell, bus.

Configuració: 1 fibra punt-multipunt, Full Duplex (no CSMA).

Funcionament 8

• Downstream: Longitud d'ona = 1490 nm, broadcast, trames 802.3 extretes per la MAC, 1,25 Gbps.
• Upstream: Longitud d'ona = 1310 nm, ample de banda compartit (1 timeslot / ONU), mecanisme d'accés (no CSMA/CD perquè el retard és gran i l'ONU no veu el tràfic dels veïns).
• Assignació dinàmica (OLT) d'ample de banda amb missatges GATE, 4 < ONU < 32, problema = temporització, les ONUs envien REPORT per informar del seu estat a la capçalera.
• MPCP: Multi Point Control Protocol: EPON utilitza MPCP per controlar la xarxa de fibra; MPCP = assigna ample de banda + consulta ample de banda + autodescobriment; implementat a la capa MAC; missatges GATE i REPORT (assigna o demana ample de banda); eines d'optimització: ranging (reduir períodes de poca activitat).

ADSL

Objectiu: Vídeo a la carta (VoD).

Ofereix:

• Connexió permanent.
• Canal asimètric.
• Banda alta de l'espectre del bucle d'abonat.
• Compatible amb el servei telefònic analògic.

Variants

• Fullrate ADSL (màxima capacitat): Descendent 6,14 Mbps, Ascendent 640 Kbps.
• G.lite ADSL (més simple, mínima capacitat): Descendent 1,5 Mbps, Ascendent 512 Kbps.
• ADSL2 (més de 200 m, sense soroll, menys diafonia, més capacitat de diagnòstic, aplica bonding): Descendent 12 Mbps, Ascendent 1 Mbps.
• ADSL2+ (1,5 km, ample de banda fins a 2,2 MHz): Descendent 20 Mbps, Ascendent 1 Mbps.
• ADSL2++ (bucles curts, ample de banda fins a 3,75 MHz): Descendent 52 Mbps.

2 tecnologies de dúplex (FDM, ECH).

Mòdul multitó (multiportadora): Transforma la línia de transmissió DSL en centenars de línies de transmissió, en cadascuna d'elles és més fàcil la transmissió. Basada en la DFT, implementació digital, utilització de subcanals, N portadores multiplexades en freqüència.

Avantatges:

• Equalització de la potència.
• Ignora bandes concretes.
• Resistent a l'eco.
• Control de la modulació de cada portadora.

VDSL

La més ràpida, necessitat d'apropar el node a l'usuari, canal simètric i asimètric, enllaç sobre parell trenat, Full Service Network, dóna suport simultàniament a qualsevol tipus d'aplicació.

• VDSL1: Ascendent 16 Mbps, Descendent 52 Mbps (26 Mbps simètric), ample de banda fins a 12 MHz, modulació DMT i CAP.
• VDSL2: Fins a 200 Mbps, ample de banda fins a 30 MHz, modulació DMT, entramat, FEC i entrellaçat, mode de diagnosi de bucle, UPBO.

Reptes tècnics de VDSL

• Parell trenat no òptim.
• Derivacions i bobines de càrrega.
• Medi poc protegit a la interferència.
• Diafonia NEXT i FEXT.
• Autointerferència.
• Soroll (fons, gaussià, impulsiu, ràfega).

Solucions tècniques

• Arquitectures híbrides (parell trenat i fibra, abonat-ONU-xarxa òptica).
• Tècniques de transmissió (dúplex, modulació -QAM, DMT-, correcció d'errors, impulse noise protection).
• Compatibilitat espectral"near-far" FEXT (bucles curts generen FEXT molt fortes i redueixen les prestacions).
• Arquitectures (hub actiu vs passiu).

Model de referència de protocols VDSL

• PMD:
  • Realitza funcions de la capa física.
  • ANSI fa referència a dos codis de línia.
  • Defineix el codificador, el desmodulador, el descodificador i el modulador.
  • Controla la potència i les funcions d'interfície de línia les realitza la capa PMD.
  • Nombre de bandes de freqüència utilitzades.
  • Assigna l'espectre de senyal transmès.
• PMS-TC:
  • Realitza l'entramat, la correcció d'errors i l'entrellaçat.
  • Latència única o dual.
  • Comparteix la capacitat de transport entre els dos canals.
  • Capacitats de FEC.
  • Profunditat d'entrellaçat.
• TPS-TC: Aplicació, realitza funcions específiques de transport de protocol.
  • Configuració multiservei.

Conclusió

VDSL és compatible amb l'espectre d'altres xDSL i està dissenyat per operar amb qualsevol problema. VDSL és una tecnologia flexible i adoptada en diversos entorns.