jueves, 22 de marzo de 2012

Redes de datos de alta velocidad. ¿En qué consiste la tecnología cablemódem?

Redes de Datos de Alta Velocidad. ¿En qué consiste la tecnología Cablemódem?
01-Octubre-2001 
Luis Gabriel Sienra

Ante la actual situación de competencia que viven los operadores de las redes de televisión por cable, la transmisión de datos de alta velocidad es el servicio que más ha llamado su atención; sin embargo, existe una preocupación latente en cuanto a la entrega de programación se refiere. Como sabemos, en nuestro país, la televisión por cable no es la única alternativa a la transmisión de canales de programación por aire, sino que existen, además, otros medios de distribución de esta forma de entretenimiento, como los proveedores de Servicios de Distribución Multicanal Multipunto (MMDS, por sus siglas en inglés), tecnología que en México se ofrece a través de Multivisión®, y la programación vía satélite en banda C, ambos existentes desde hace varios años. En los últimos años, el ingreso de nuevos competidores vía satélite en banda Ku, conocidos como DBS/DTH (Transmisión Directa vía Satélite/Directo al Hogar, por sus siglas en inglés) y en México representados por DirecTV® y Sky®, y el fuerte impacto que éstos han alcanzado en poco tiempo, han preocupado aún más a los operadores de redes que ofrecen televisión por cable.

Como respuesta a las agresivas campañas que han seguido los proveedores de tecnología DBS/DTH, muchas de las redes de cable han optado por ofrecer servicios digitales y han comenzado a implementar nuevas tecnologías que beneficien al suscriptor. Entre ellas, encontramos servicios de televisión interactiva, pago por evento, video por demanda y telefonía. Sin embargo, debido al gran impacto que ha tenido Internet en los últimos años, la mayor parte de los operadores de redes de cable han optado, antes que ofrecer servicios por demanda y telefonía, por la transmisión de datos de alta velocidad.

Reportes recientes indican que de los 7.8 millones de suscriptores de acceso a Internet de alta velocidad en los Estados Unidos, 5.5 millones lo hacen a través del cable. Diariamente, 8,200 nuevos suscriptores, en promedio, contratan servicios de Internet por cable en el país vecino del norte. En México, más de 55,000 suscriptores ya cuentan con acceso a Internet a través de una red de cable, en ciudades como Monterrey, Guadalajara, Veracruz, Hermosillo, Tijuana, Culiacán y México, entre otras. Las estadísticas son muy motivantes, pero iniciarse en este mercado no es inmediato. A pesar de que en una red de cable se puede ofrecer la transmisión de datos e Internet en forma unidireccional de manera relativamente simple (para el envío de datos al suscriptor y con la ayuda de una línea telefónica y módem convencional para el regreso), lo más adecuado es mantener una comunicación bidireccional vía el cable que, sin embargo, representa mayores retos para el operador.

A pesar de que la competencia ha respondido inmediatamente al mercado de la transmisión de datos de alta velocidad, a través de, por ejemplo, líneas digitales de abonado (DSL, por sus siglas en inglés), el cable se mantiene como el principal proveedor de estos servicios. En los Estados Unidos existen 2.3 millones de usuarios de líneas DSL, que en comparación con los suscriptores de Internet vía cable, representan menos de la mitad. En México, aunque actualmente no existe una demanda específica de servicios DSL, ejecutivos de Ericsson, Lucent y Avantel aseguran que 2002 será el año del desarrollo de esta tecnología en nuestro país.

Además de lo que indican estos números, la transmisión de datos de alta velocidad vía el cable cuenta con la disponibilidad de estándares, que en buena parte son responsables del éxito obtenido. La estandarización de tecnología cablemódem interoperable ha permitido la disminución de costos en el equipo y ha facilitado el rápido desarrollo de estos servicios. Aunado a esto, las redes HFC (Híbridas Fibra-Coaxial, por sus siglas en inglés) permiten contar con un mayor ancho de banda que, además de posibilitar la integración de cientos de canales y servicios de audio y video, entregan y reciben datos a altas tasas de transferencia.

Un cablemódem es un dispositivo que permite la transferencia de datos de alta velocidad a través de una red de televisión por cable. Como su nombre lo indica, se trata de un modulador ? demodulador que provee la interfaz entre la red RF de cable coaxial del operador y la computadora personal del suscriptor. En cierta forma, un cablemódem pudiera pensarse como la interfaz de una red de área local entre la computadora personal del usuario y la red.

En las redes de cable, la información que se transmite desde la red hasta el suscriptor se conoce como "downstream" y es modulada digitalmente utilizando 64 ó 256-QAM (Modulación por Amplitud en Cuadratura, por sus siglas en inglés) en un canal de 6 MHz. La modulación 64-QAM permite alcanzar tasas de 27 Mbps, mientras que 256-QAM permite 38 Mbps, lo cual indica que un cablemódem pudiera trabajar hasta cerca de 500 veces más rápido que un módem convencional. En contraparte, la información que envía de regreso el cablemódem a la red se conoce como "upstream", en la que se utiliza modulación QPSK o 16-QAM y se alcanzan velocidades que varían entre 320 kbps y 10 Mbps. Las tasas de transferencia pueden configurarse de manera flexible, de acuerdo a las necesidades de los suscriptores.



Figura 1. Instalación típica de cablemódem residencial


Al mismo tiempo que recibe señales de televisión por cable, el suscriptor puede recibir y enviar información a través del cablemódem, con la ayuda de un simple divisor de dos salidas. Cuando se comparte un cablemódem entre las terminales de una red de área local, pueden tenerse hasta 16 usuarios recibiendo y transmitiendo datos en forma simultánea. La siguiente figura muestra la disposición del equipo en la instalación típica del suscriptor.

Algunos operadores acostumbran conectar la salida del divisor que se dirige al televisor o al "set-top box" a un filtro pasa altas, cuya función es reducir la interferencia que se introduce en el canal. La conexión se hace con cable coaxial, al igual que la conexión de la segunda salida del divisor que se dirige al cablemódem. Cuando el cablemódem se conecta a la computadora personal utilizando cable Ethernet (normalmente categoría 5), la PC deberá contar con una tarjeta de red 10 BaseT o 10/100 BaseT. Algunos de los cablemódems más recientes permiten esta conexión a través de una interfaz USB (Puerto Universal Serial, por sus siglas en inglés), lo cual elimina la necesidad de contar con una tarjeta de red.

Como puede verse, la instalación del equipo del suscriptor es sumamente sencilla y esto se debe, en gran parte, a la interoperabilidad que caracteriza a las redes de cable actuales que cumplen con las especificaciones DOCSIS (Especificaciones de Interfaz de Servicios de Datos por Cable, por sus siglas en inglés). El surgimiento de estándares para promover esta interoperabilidad inicia hacia 1994 con el Grupo de Trabajo de Protocolos Físicos y Control de Acceso de Medios de la Televisión por Cable de la IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, por sus siglas en inglés). Dos años después, en enero de 1996, Cox Communications, Comcast Cable Communications, Tele-Communications Inc. (TCI) y Time Warner Cable, formaron la coalición conocida como Asociación de Sistemas de Redes de Cable Multimedia (MCNS, por sus siglas en inglés), la cual propuso la investigación y publicación de estándares que permitieran la transmisión de datos de alta velocidad a través de cablemódems. Más tarde, Continental Cablevision, Rogers Cablesystems y Cable Television Laboratories, mejor conocido como CableLabs, se unieron a los esfuerzos de la MCNS, y en marzo de 1997 anunciaron las primeras especificaciones revisadas de DOCSIS. Un año después, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU, por sus siglas en inglés) aprobó oficialmente los estándares DOCSIS 1.0, que hasta hoy continúan evolucionando. Actualmente, CableLabs se encarga de la certificación y calificación de cablemódems que cumplan con el estándar DOCSIS y que puedan interoperar con otros cablemódems y Sistemas de Terminación Cablemódem (CMTS, por sus siglas en inglés) certificados.



Figura 2. Configuración del equipo en la cabecera para ofrecer el servicio de cablemódem


El CMTS forma parte del equipo que se encuentra en la cabecera ("headend") y que, junto con otros dispositivos, constituye una aproximación a la sofisticada infraestructura de red que utiliza el protocolo de Internet (IP). La siguiente figura muestra el equipo básico que se requiere en la cabecera para ofrecer Internet y transmisión de datos de alta velocidad a través de la red de cable, de acuerdo con las especificaciones DOCSIS.

Comenzaremos por describir la configuración del equipo de izquierda a derecha. La conexión a Internet deberá ser prevista para evitar que, en un futuro, ésta se convierta en "cuello de botella". Es recomendable, para sistemas pequeños en México, utilizar uno o más circuitos E1 (2.048 Mbps) o, en el caso de sistemas más grandes, un circuito E3 (34.368 Mbps) o similares. Aunque en México la conexión a Internet pertenece normalmente al operador de la red de cable, en los Estados Unidos, por lo general, es provista por una tercera persona. La Unidad de Servicio de Canal/Unidad de Servicio Digital (CSU/CSD, por sus siglas en inglés) es importante porque actúa como un acceso remoto de prueba que permite al operador determinar si el problema se localiza en la cabecera o en los circuitos de salida a Internet. Por obvias razones, este dispositivo se ubica entre la salida hacia Internet y el ruteador.

El ruteador simplemente traduce y dirige los paquetes de datos que fluyen entre los cablemódems y la Internet. Dependiendo de las características del equipo, el ruteador puede o no integrar al CSU/DSU. El ruteador, así como otros dispositivos de nuestra configuración, se encuentran conectados al conmutador Ethernet que funciona como enlace de todo el equipo relacionado con la red de datos de alta velocidad. El conmutador está también conectado a diferentes servidores de aplicación, como por ejemplo, servidores de correo electrónico, servidores de Internet y servidores de autenticación, autorización y administración.

El servidor de caché local permite almacenar copias de la información actualizada a la que los usuarios acceden con más frecuencia, como por ejemplo, sitios web populares. Al contar con uno de estos servidores, el usuario que "navega" a través de uno de estos sitios, está en realidad conectado a una copia almacenada en el servidor, en lugar de conectarse al sitio web real en Internet. Esta técnica permite reducir el tráfico de datos a través de la conexión a Internet y mejorar el desempeño de la red.

Los servidores de acceso, también conocidos como "bancos de módem dial-up de alta densidad", funcionan como una alternativa para ofrecer servicios de transmisión de datos unidireccionales, pues pueden verse como la interfaz para la transmisión de tráfico de datos en el regreso, desde el cablemódem del suscriptor, hacia la compañía telefónica tradicional. Normalmente, el servidor de acceso se conecta a la red de la compañía telefónica mediante circuitos E1. Así mismo, el servidor de acceso funciona también para proveer a los suscriptores una forma de conexión a la red, mientras no se encuentren accediendo a través del sistema de cable.

En la cabecera también se localiza el sistema de control de cablemódem, el cual actúa como otro servidor que se encarga del protocolo de configuración de huésped dinámico (DHCP, por sus siglas en inglés), de la hora del día, del sistema de nombres de dominio (DNS, por sus siglas en inglés), de la administración y de la provisión de servicio de cablemódem, de acuerdo a las características de operación del equipo, la interfaz de cobro, etc.

A pesar de que la mayor parte de estos dispositivos son indispensables en la cabecera para ofrecer el servicio de cablemódem, el más importante es el Sistema de Terminación Cablemódem o CMTS. Su importancia se debe a que es éste quien permite el enlace entre el equipo de la cabecera y el sistema de cable. El CMTS se conecta precisamente entre el conmutador Ethernet, antes descrito, y el multicanalizador y equipo de transmisión del operador del sistema, localizados en otro punto en la cabecera (ver figura 2). Más aún, el CMTS funciona como un sistema de conmutación de datos, específicamente diseñado para dirigir la información desde cada uno de los cablemódems de usuario, a través de una interfaz de red multicanalizada. De igual forma, el CMTS recibe el tráfico de datos que proviene de la Internet y lo dirige a cada una de las terminales cablemódem, modulando la información en un canal de 6 MHz de ancho de banda, junto con otros canales convencionales de televisión.

Como es sabido, en la cabecera se combinan los canales de televisión que serán transmitidos, junto con la programación de pago por evento, audio, anuncios publicitarios locales y, desde luego, los datos que espera el cablemódem del suscriptor, junto con otros servicios que se pueden ofrecer. La señal combinada es entonces transmitida a través de la red de distribución y, en las instalaciones del abonado, es separada, dirigiendo la señal de televisión a la caja decodificadora o "set-top box" y los datos al cablemódem conectado a la computadora personal del suscriptor.

El número de canales "upstream" y "downstream" que un determinado CMTS soporta, estará en función del área de servicio, del número de usuarios, de la disponibilidad del espectro y de la tasa de transferencia asignada a cada suscriptor.

Una vez que se ha discutido la disposición y el funcionamiento del equipo de cablemódem en una cabecera, comentaremos algunas posibilidades de la arquitectura de red de datos vía cable. Cabe señalar, primero, que esta arquitectura es similar a la de una red de área local, en la que el CMTS provee una red Ethernet extendida sobre una WAN (red de área amplia, por sus siglas en inglés), con un alcance geográfico de hasta más de 160 km. Una red de datos por cable puede ser administrada, en su totalidad, por el sistema de control ubicado en la cabecera, o parcialmente, mediante estaciones regionales. Así mismo, las operaciones y la administración de la red de datos pueden implementarse en una sola locación, a modo de super concentrador, o en distintos puntos, en forma de concentradores básicos de distribución (ver figura 3).



Figura 3. Super Concentrador y Concentrador Básico


Un concentrador básico se refiere a una mínima configuración de red de datos que coexiste junto con la cabecera de la red y que se conforma por un sistema CMTS y un ruteador IP que está conectado al super concentrador. El super concentrador cuenta con ciertas características adicionales de control de temperatura para albergar los servidores necesarios que permiten el funcionamiento de la red de datos. Entre estos servidores nos referimos a los de transferencia de archivos, autorización de usuarios, control de acceso, asignación y administración de direcciones IP (servidores DHCP), servidores DNS y servidores de control DOCSIS. Además, un super concentrador puede llevar a cabo operaciones de apoyo y administración, tanto para la red de datos como para el sistema de televisión.

Con la intención de contar con una mejor distribución a través de la red, la información proveniente de los concentradores básicos y super concentradores se recibe en un centro regional de datos. Este centro se encarga de proveer el acceso a Internet y, por lo tanto, cuenta con servidores que permiten servicios de Internet, tales como correo electrónico, almacenamiento de páginas web, noticias, chat y motores de memoria caché, entre otros. El centro regional de datos puede también contar con servicios de acceso "dial-up" o servicios "B2B " (ver figura 4).



Figura 4. Centro Regional de Datos


Como usted lo habrá notado, la descripción del equipo en la cabecera que discutimos anteriormente toma en cuenta al super concentrador y al centro regional de datos como una sola entidad. Esta es una posibilidad que puede considerarse al momento de implementar servicios de transmisión de datos de alta velocidad.

El acceso a Internet, por medio de cablemódems, representa una extraordinaria elección para los operadores de las redes de cable, que les permite permanecer competitivos en los mercados actuales. La interoperabilidad que DOCSIS ofrece facilita aún más el desarrollo de sistemas de transmisión de datos de alta velocidad. El tema, aunque extenso, resulta de gran interés para los operadores de las redes de cable y de los proveedores de equipo en general. No se pierda nuestro próximo artículo, en el que discutiremos DOCSIS con mayor profundidad y evaluaremos los retos que están detrás de estos servicios.

Fuente: Directorio de Socios 2001 de la Cámara Nacional de la Industria de la Televisión por Cable (CANITEC).

B2B es un término que se refiere a la idea de que una empresa venda mercancía a otras empresas y compre mercancía de otras empresas, estableciendo una relación comercial de negocio a negocio (business to business).