¿Qué es SpaceX?

Space Exploration Technologies Corp fue fundada en 2002 por el propio Elon Musk como una empresa de servicios aeroespaciales y de transporte espacial. Su primer objetivo fue reducir los costes del transporte espacial y permitir la colonización del planeta Marte, desarrollando los vehículos Falcon y Dragon.

Todo comenzó tras un viaje fallido a Rusia en el cual Elon Musk pretendía comprar cohetes a precio asequible. Tras este revés, el fundador de SpaceX decidió poner en marcha una compañía para crear este tipo de vehículos a bajo coste.

Él mismo calculó que el coste de producción era, simplemente, del 3% del precio de venta. Aplicando la integración vertical y desarrollando el 85% del hardware interno, la compañía podría reducir el precio del lanzamiento en un 10% y seguir obteniendo un 70% bruto.

Tras la llegado de Tom Mueller, y el paso al nombre de SpaceX, la empresa comenzó a crecer llegando en 2018 a más de 100 lanzamientos y consiguiendo contratos, incluso, con la NASA.

Proyecto Starlink

Starlink es un proyecto de desarrollo de una constelación de satélites destinada a proporcionar internet global de banda ancha. Con este proyecto no sólo se busca un internet más económico, sino también conseguir el acceso a internet en todo el planeta.

Iniciado en 2015, el proyecto fue diseñado como soporte suficiente ancho de banda para transportar el 50% de la red de tráfico de comunicaciones y un 10% del internet local en ciudades con alta densidad. 

En 2018 se lanzaron los dos satélites de prueba llamados TinTin A y TinTin B, aunque estos no formarán parte de la constelación final. Sin embargo, el éxito de este lanzamiento propició que la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) aceptara el proyecto completo con la condición de que, antes de seis años, se produjera el lanzamiento de, al menos, la mitad de los satélites.

Con un objetivo de 12.000 satélites para 2020, y tras varios retrasos en el lanzamiento de los primeros satélites, el 15 de Mayo de 2019 se lanzaron sesenta satélites a bordo del Falcon 9 de SpaceX. El propio Elon Musk escribió en Twitter que era muy posible que salieran muchas cosas mal en el primer lanzamiento. Por otro lado, Gwynne Shotwell (COO de SpaceX) anunció que este lanzamiento era una prueba para poder armar su red. 

La alta cantidad de satélites requeridos se debe a que, al estar más cerca de la superficie de la Tierra, podrán captar áreas más pequeñas de la Tierra. La colocación de los satélites de forma tan próxima buscar reducir al máximo posible la latencia al usar internet por satélite.

Una vez que los primeros 800 satélites estén en órbita, se conseguirá una inicial (y moderada) en Estados Unidos, siendo necesaria la implementación del total de satélites para poder conseguir una cobertura total y en todo el mundo.

Beneficios de Starlink

Según Elon Musk existe una gran demanda de internet global de banda ancha no satisfecha. Pese a que estamos en una época de grandes beneficios tecnológicos, en muchas partes del planeta aún no disponen de acceso a internet.

El internet rural, por ejemplo, se basaba en tecnología como ADSL indirecto, el internet móvil, el WiMAX o los satélites de internet rural.

El proyecto Starlink supondrá una increíble mejora respecto al actual internet rural por satélite. No solo porque incrementará las zonas que podrán acceder a este tipo de internet, sino que también mejorará la latencia de estas conexiones, reducirá su coste y aumentará la velocidad.

Competidores de SpaceX

Pese a que fueron los primeros en desarrollar este tipo de proyectos, a SpaceX le han salido varios competidores.

El mayor de ellos, Amazon, planea lanzar 3.000 satélites en órbita baja para proporcionar internet de banda ancha a comunidades desatendidas. En un comunicado, la compañía anunció que era un proyecto a largo plazo para atender a los millones de personas que carecen de acceso a internet de banda ancha. 

Jeff Bezos, fundador de Amazon, anunció que usarán cohetes de su proyecto espacial Blue Origin para enviar esos satélites a la órbita.

La entrada Internet global, el sueño de SpaceX se publicó primero en BorrowBits.

Con el paso del tiempo, también se ha convertido en la tecnología de transporte más utilizada del mundo por proveedores de Internet y telefonía celular, ya que además de agilizar el backbone de telecomunicaciones, permite crear redes VPN muy seguras entre diferentes países, implementar Pseudowires (PWE3 o CES), o incluso segregar fácilmente tráfico con necesidades de QoS como VoIP.

MPLS se encarga de dirigir los datos de un nodo de red al siguiente utilizando etiquetas de ruta en lugar de direcciones de red. De esta forma conseguimos agilizar la red, pues los nodos no tienen que desencapsular direcciones de red muy largas y cotejarlas en una tabla de enrutamiento.

A MPLS se le conoce a menudo como un protocolo Layer 2.5, pues se encuentra entre la capa 2 y la capa 3 del modelo OSI.

La M de MPLS, viene de Multiprotocolo porque una ruta MPLS puede transportar cualquier cosa encima de cualquier cosa, independientemente del protoclo subyacente, sea Ethernet, ATM, PPP, SONET… A esta característica también se la conoce como AToM, de “Any Transport over MPLS“. Esa es una de las razones por las que las redes MPLS son tan versátiles.

Por ejemplo, podríamos etiquetar un paquete IP (Capa 3 – Red) con MPLS (Capa 2.5), que iría encapsulado sobre Ethernet (Capa 2 – Enlace), que a su vez estaría transportado sobre un canal óptico (Capa 1 – Física):

Terminología

Label

La susodicha “Etiqueta”. Los números de etiqueta del 0 al 15 están reservados para propósitos especiales. Por tanto no pueden utilizarse por un LSR (ver más abajo) para transmisiones normales. Cada etiqueta reservada tiene su función específica; por ejemplo, la etiqueta 3 significa NULL y la 14 es una alerta OAM.

MPLS VPN

La creación de redes privadas virtuales (VPN) sobre redes MPLS permite conectar diferentes clientes ubicados en diferentes zonas geográficas a través de un proveedor de servicios. En próximos artículos hablaremos de esta potentísima aplicación (¿te avisamos?).

CE (Customer Edge)

Se trata del dispositivo ubicado en el extremo del cliente. Puede ser cualquier enrutador que se use para comunicarse con el proveedor.

PE (Provider Edge)

Es un dispositivo en el extremo o en la frontera del proveedor, es decir, donde los clientes “terminan” (se conectan). Los encaminadores PE pueden hacer conmutación de etiquetas MPLS, así como examinar cabeceras IP.

P (Provider Router)

Son encaminadores ubicados en el núcleo del proveedor (core) y su interconexión conforman el así llamado “backbone MPLS”. El encaminamiento se realiza exclusivamente examinando sólo la etiqueta MPLS de cada paquete.

LSR (Label Switched Router)

También llamado róuter de tránsito. Algunos pueden ser de ingreso (Ingress LSR) o de regreso (Egress LSR). Tanto uno como otro se conocen como LER (Label Edge Router), ya que son responsables tanto de poner como de quitar etiquetas MPLS en las fronteras del dominio MPLS.

LSP (Label Switched Path)

Son los caminos en las redes MPLS a través de los cuáles viajan los flujos de tráfico.

VRF (Virtual Router and Forwarding)

Tablas de encaminamiento virtuales creadas en los PE routers para diferentes VPNs. VRF es un término Cisco, por su parte Huawei lo llama “Instancia VPN” (VPN Instance) y en Juniper se conoce como “Instancia de encaminamiento ” (Routing Instance).

FEC (Forwarding Equivalence Class)

Es un grupo de paquetes IP que son tratados de la misma manera sobre un mismo camino. Un FEC puede ser por ejemplo todas las IP de una subred o cualquier tráfico que sea tratado de la misma manera con respecto a unos parámetros QoS/CoS determinados.

CEF (Cisco Express Forwarding)

CEF is una tecnología IP de conmutación avanzada de Cisco que permite realizar una conmutación a nivel hardware para optimizar la performance. Huawei y Juniper también tienen sus tecnologías propietarias de fast-forwarding.

LDP (Label Distribution Protocol)

Es un protocolo utilizado para intercambiar información de enrutamiento de etiquetas entre encaminadores MPLS. LDP es un protocolo abierto, aunque también se utilizan comercialmente protocolos como IGP, BGP y RSVP:

MPLS Control Plane

Es el plano de control, responsable de intercambiar información de rutas y etiquetas. El plano de control consiste en una LIB y una RIB, así como el ya mencionado LDP (o el protocolo de encaminamiento correspondiente). La LIB (Label Information Base) contiene todas las conexiones LDP, mientras que RIB (Routing Information Base) contiene las tablas de encaminamiento que veríamos utilizando el comando “show ip route”.

MPLS Data Plane

Es el plano de datos, responsable de reenviar paquetes basados en etiquetas y cabeceras IP. Los motores del plano de datos se llaman LFIB (Label Forwarding Information Base) y FIB (Forwarding Information Base). La LFIB es la tabla MPLS que contiene las etiquetas relacionadas con los prefijos IP y sus interfaces salientes; se usa para reenviar paquetes ya etiquetados. La FIB por su parte es la base de datos de reenvíos, una versión optimizada de la RIB.

Cabecera MPLS

El encabezado contiene los siguientes campos:

+ Label Value = valor de la etiqueta (20 bits)

+ EXP = indicador de CoS, Class of Service (3 bits)

+ S = BoS (Bottom of Stack, 1 bit), se utiliza para identificar la ¡ultima etiqueta. Si S=1, la etiqueta es la última de la pila.

+ TTL = Time To Live, indica por cuántos nodos puede pasar un paquete antes de ser descartado (8 bits)

Operaciones MPLS

Las operaciones MPLS se refieren a las operaciones que un router LSR puede hacer con una etiqueta:

• Push: agregar una nueva etiqueta
• Pop: quitar la etiqueta superior
• Swap: reemplazar la etiqueta más alta
• Multiple push: agregar varias etiquetas encima de los paquetes existentes
• Swap and Push: reemplazar la etiqueta superior y luego agregar otra etiqueta nueva en la parte superior
• Untagged (o “NO label”): la pila de etiquetas se elimina y el paquete se reenvía sin etiquetar

Cuando una entidad recibe un paquete etiquetado, hay 2 cosas que se determinan en la parte superior de la pila de etiquetas:

1) El siguiente salto así como interfaz de salida.

2) Qué operación de las anteriores realizará el LSR antes de reenviar.

La inserción de una etiqueta (push) la realiza normalmente el LSR de ingreso, mientras que las operaciones de intercambio como swap se realizan en los LSR intermedios. Sin embargo, la operación pop puede hacerse en el LSR de regreso, o también en el penúltimo salto (para implementar PHP o Penultimate Hop Popping, un proceso que pretende reducir la sobrecarga de búsqueda doble en el último nodo MPLS).

Transmisión básica de un paquete

Ahora ya estamos en condiciones de describir el paso de un paquete en redes MPLS:

El paquete enviado desde un router CE llega al router del proveedor PE y de ahí se reenvía al primer LSR de ingreso. Aquí el LSR determinará la clase equivalente de envío (FEC) y entonces insertará una o varias etiquetas MPLS. A continuación el paquete se envía al siguiente router del backbone MPLS según la información de ese túnel. Cuando un paquete ya etiquetado se recibe en un LSR intermedio, se examina primero la última etiqueta de la pila, realizando con ella alguna de las operaciones mencionadas (Push, Pop, PHP, Swap…).

Los encaminadores LSR de tránsito no examinan lo que haya debajo de la etiqueta MPLS; he aquí la razón de que MPLS sea independiente del protocolo.

Por último, en el LSR de regreso se retira la última etiqueta, consultándo el bit BoS. Ya sólo resta la carga útil o “payload”, sea un paquete IP o lo que haya por encima. Por tanto este último router debe contener la información de encaminamiento necesaria para que dicho paquete “desMPLSizado” pueda ser reenviado a su destino, que por ejemplo podría ser el router frontera PE del siguiente proveedor hacia el router CE de la red del destinatario.

Referencias y fuentes

+ Libros interesantes sobre redes MPLS.

+ Understanding MPLS Basics: https://ourtechplanet.com/understanding-mpls-basics%e2%80%8b/

+ Presentación:

La entrada Redes MPLS: entendiendo sus bases (casi desde cero) se publicó primero en BorrowBits.

¡Así que prepárense! O mejor dicho, preparen sus anillos DWDM, si es que tienen alguno

¿Qué es un anillo de fibra DWDM?

Cuando hablamos de un anillo de fibra nos referimos a la topología de red en la que cada nodo se conecta a su vez a otros dos nodos, formando una única vía continua para las señales a través de cada nodo. Así, si ocurre una falla en algún link, el sistema se reconfigura automáticamente para viajar en la otra dirección. Concretamente, en una topología DWDM para redes metropolitanas (MAN) se suelen desplegar dos anillos de fibra óptica en paralelo para introducir protección adicional. Aunque ya hemos mencionado alguna vez la técnica DWDM, no hemos profundizado en ello. Y tampoco lo haremos hoy

Valga una ligera aproximación:

Normalmente uno de estos nodos funciona como estación central, donde se gestionan las longitudes de onda, y donde se concentra el tráfico desde/hacia otras redes. Cada nodo y el concentrador tienen multiplexores ópticos de inserción y extracción (OADM), que como su nombre indica agregan o extraen uno o más canales de longitud de onda correspondientes. A medida que aumenta la cantidad de OADM, se produce una pérdida de señal y se necesita un amplificador óptico para regenerarla:

¿Cómo llegar a 100G?

A día de hoy los anillos de mayor capacidad suelen ofrecer capacidades de entre 10G y 20G. Pero, ¿cómo sobrepasar esa capacidad para llegar a 100Gbps? Asumamos dos anillos de fibra oscura cuyos nodos están separados menos de 10km…

Espera, espera, ¿por qué no llegar antes a 40G?

Sí, no se me ha olvidado mencionar que ya se despliegan enlaces de 40G. No lo he considerado en este artículo porque en realidad no es una buena solución para el largo plazo, ya que es bastante más costoso en términos de dinero y harware (cada módulo SFP de 40G debe realizar internamente un multiplexado que no necesitan los módulos de 100G). Además, a estas alturas el mercado de los 100G ya se habrá comido al de los 40G:

Ahora sí: componentes necesarios para 100G fiber ring

Hay dos componentes fundamentales para lograr una configuración como ésta en cada nodo:

-4 x puertos 100GE (2 en una dirección y 2 en la otra). En nuestro ejemplo: 4 x  100G QSFP28 LR4:

-Un switch Ethernet óptico con alta capacidad de conmutación (del orden 2-6 Tbps). En nuestro ejemplo: el S6100-ON de Dell Networking:

Interfaces ópticas de 100G: módulos QSFP28 y estándares

Durante los últimos años han aparecido en el mercado muchos módulos para 100G, pero a esta “selección comercial” sólo ha sobrevivido uno de ellos: el módulo QSFP28. El módulo QSFP28 es un SFP con cuatro líneas (de ahí la Q) que pueden transmitir señales ópticas de hasta 25Gbps. El IEEE y el MSA han definido una serie de estándares para dar soporte a diferentes aplicaciones y configuraciones. Por mencionar los más populares:

100G QSFP28 SR4 

100G QSFP28 SR4 usa 8 fibras multimodo para transmisión dual y longitudes de onda de 850nm. Puede cubrir una distancia de hasta 70m sobre OM3 y 100m sobre OM4 con una interfaz MTP.

100G QSFP28 LR4

Diseñado para cubrir mayores distancias (hasta 10km) sobre fibra monomodo (single-mode). 100G QSFP28 LR4 tiene una interfaz LC dúplex y usa tecnologías WDM sobre 4 longitudes de onda diferentes en el rango 1310nm.

100G QSFP28 PSM4

100G QSFP28 PSM4  utiliza una interfaz MTP funcionando en el rango de onda de 1310nm para 100G sobre fibra mono-modo. Soporta hasta 500m y suele ser bastante más económica que las anteriores.

100G QSFP28 CWDM4

Para distancias de hasta 2km con fibras monomodo y conectores LC duplex. También resulta más barato que el LR4. Usa tecnología CWDM con longitudes de onda en el rango de los 1310nm.

Conclusión

El camino hacia los 100G en redes ópticas es una realidad que muchas empresas ya han empezado a recorrer. El uso de anillos DWDM en redes metropolitanas y data centers ofrece, además de protección contra fallas, la capacidad de transmisión para cubrir las necesidades que se avecinan. Para desplegar una red de estas características se deberá actualizar la infraestructura óptica existente utilizando los componentes necesarios, especialmente switches y encaminadores de alta capacidad, así como conectores ópticos apropiados como los módulos estándares QSFP28 en sus diferentes versiones.

La realidad es mucho más compleja, por supuesto. Pero en este artículo se expone una aproximación simple para realizar un upgrade que tarde o temprano será necesario.

Fuentes:

• https://www.cisco.com/
• http://www.fiber-optic-tutorial.com/

La entrada El camino hacia 100G: Desplegando DWDM de alta capacidad se publicó primero en BorrowBits.

— Lamento que le haya tocado a Usted el diseño de ese endemoniado enlace — dijo el coronel Volkov , responsable del proyecto —. ¿Cuáles son sus conclusiones?

El proyecto consistía en el despliegue de un enlace LOS de 50 km en la región más desolada de Siberia. La mayoría de los ingenieros rezaban para no tener que lidiar con radioenlaces tan largos. No obstante, el ingeniero Andreev estaba entusiasmado con la oportunidad de salir de la rutina.

— Bueno, no hay muchas opciones — dijo Andrev mostrándole el resultado de la simulación—. Usando las antenas adecuadas, la mínima modulación y toda la potencia de transmisión, podríamos ser capaces de desplegarlo. Al menos en teoría. Pero aún está el problema de la obstrucción del horizonte…

— ¿Y qué se le ocurre, ingeniero? — preguntó Volkov preocupado.

— Montemos un troposcatter, señor.

Los radioenlaces de línea de visión (LOS, Line-of-sight) son bastante conocidos en el mundo de las comunicaciones. De hecho, la mayoría de los proveedores de telecomunicaciones los utilizan como un componente esencial en sus redes de transmisión.

Los enlaces LOS modernos pueden cubrir hasta 40 km de distancia. Más allá de eso, están limitados por su propia naturaleza: debe existir visión directa entre las dos antenas. Ésta es la razón principal por la cuál las antenas se suelen instalar en grandes torres o en terrenos elevados.

Sin embargo, hay un obstáculo que a largas distancias resulta difícil de superar, y que es una consecuencia natural de la curvatura de la Tierra: el horizonte.

*Aunque hay mucha gente que insiste en que la Tierra es plana -> lo desmontamos aquí.

OH-LOS, más allá del horizonte: troposcatter

Dejando de lado los satélites y la fibra submarina, la mejor forma de superar largas distancias (de 40 a 400 km) son los sistemas de comunicación transhorizonte (OH, over-the-horizon). Esta propagación es posible gracias a dos fenómenos:

a) la difracción a lo largo de la curvatura terrestre, y

b) la dispersión troposférica (scattering).

Sistema LOS vs OHLOS (Troposcatter). Imagen US Army.

En los sistemas OH, la transmisión troposférica suele ser el modo de transmisión dominante para largas distancias. Sin embargo, presentan unas particularidades que lo hacen diferentes de un enlace LOS corriente. Debido a las pérdidas de la dispersión, se requieren transmisores de alta potencia y receptores muy sensibles (las características técnicas se analizarán en el capítulo II).

Los primeros sistemas “troposcatter” fueron desplegados en el año 1953, en las partes más remotas de Canadá y Alaska para la defensa aérea. Desde entonces, los sistemas de dispersión troposférica se han utilizado en todo el mundo para diversas aplicaciones, tanto militares como civiles.

En este mapa interactivo se pueden observar la mayoría de las redes tropo que existen o han existido desde los años 50. Muchos de ellos han sido reemplazados en la actualidad por sistemas de comunicación satelitales:

Ventajas y desventajas del troposcatter

A pesar de su antigüedad, las comunicaciones troposféricas aún presentan algunas características que vale la pena destacar:

– Presentan una latencia muy baja, del orden de microsegundos. En contraste, una comunicación satélite presenta latencias del orden de cientos de milisegundos.

– Pueden ser instalados en menos de una hora.

– Los sistemas modernos ofrecen una capacidad de hasta 54 Mbps en la banda-X entre puntos separados más de 100 km.

Características de las comunicaciones troposféricas

La troposfera es la porción más baja de la atmósfera terrestre, con un espesor de 8-15 km por encima de la superficie. Contiene aproximadamente el 75% de la masa atmosférica y está constituida, en su 99%, por vapor de agua y aerosoles. La troposfera es la región donde se forman la mayoría de las nubes, se producen las precipitaciones y donde tienen lugar las corrientes de convección atmosféricas.

Una parte de la señal de radio transmitida en la troposfera es reflejadas por dispersión de vuelta a la superficie. Dichas reflexiones ocurren a consecuencia de las irregularidades y variaciones en el índice de refracción de la troposfera. En la ilustración siguiente podemos ver un ejemplo de un canal de transmisión troposférico. La figura muestra el área donde la dispersión troposférica tiene lugar (scatter volume), que es visible por las antenas a ambos lados del enlace. Las pérdidas del canal de transmisión es el mismo en ambas direcciones, inlcuso aunque el el camino no sea simétrico:

Hay que entender dos efectos de atenuación o desvanecimiento (fading) que sufren las señales transmitidas mediante troposcatter: long-term fading y short-term fading.

Long-term fading

El desvanecimiento a largo plazo está provocado por los cambios estacionales en las propiedades de la atmósfera. La cantidad de long-term fading experimentado entre el verano y el invierno lo determina el tipo de clima.

Short-term fading

El desvanecimiento a corto plazo en un troposcatter es el resultado de efectos multi-trayectoria (multipath), que es causado por los diferentes caminos o canales de transmisión que se abren a través de la troposfera. Cada camino introduce un retardo distinto, lo cual genera problemas de desvanecimiento en el nivel de la señal recibida.

La figura anterior ilustra la envolvente de una señal en un período de 6 meses, incluyendo el desvanecimiento tanto a corto (líneas rojas) como a largo plazo (líneas azules). En el ejemplo anterior, el valor medio de la señal sufre variaciones de 10 a 20 dB en el largo plazo, pero dependiendo de la región climática se podrían percibir diferencias de más de 50 dB en el nivel de la señal. En cuanto al short-term fading o desvanecimiento a corto plazo, se ha observado que puede llegar a exceder los 40 dB durante unos pocos milisegundos, de 10 a 15 dB durante uno o dos segundos, y menos de 1 dB durante 2 minutos o más.

Las pérdidas por desvanecimiento a largo plazo se vienen solucionado tradicionalmente mediante el uso de transmisores de alta potencia y antenas grandes, si bien en la actualidad ya se utilizan antenas más pequeñas. El desvanecimiento a corto plazo se suele mitigar utilizando técnicas de diversidad. Existen diferentes tipos de técnicas de diversidad (ángulo, frecuencia, antenas, etc), pero se describirán con detalle en la segunda parte de esta entrada.

En la segunda parte también se describirá la arquitectura de un sistema de comunicación por dispersión troposférica, las características de las antenas y de los equipos, así como una introducción a las técnicas de diversidad presentadas anteriormente. ¿Quieres que te avisemos?

Si mientras tanto quieres averiguar cómo desmontamos las teorías de los terraplanistas en lo que respecta al troposcatter y los satélites artificiales, echa un ojo a este artículo

La entrada Troposcatter: microondas más allá del Horizonte se publicó primero en BorrowBits.

Aquí expongo brevemente algunas de las mejores técnicas que conozco para este fin:

1) Esquemas de modulación más altos

Los enlaces de microondas en el backhaul utilizan casi siempre modulación de amplitud en cuadratura o QAM , que modula tanto la amplitud como la fase de una señal. Desde QPSK hasta 4096-QAM, se puede incrementar el esquema de modulación para obtener mejoras en la capacidad total.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que este incremento no es lineal y las mejoras sobre el throughput están bastante limitadas. Probablemente a partir de los 1024-QAM no merezca la pena seguir duplicando el esquema de modulación.

Otra cuestión a tener en cuenta es que un incremento en la modulación se consigue siempre a expensas de la ganancia del sistema, lo cual resulta en radioenlaces más cortos.

2) Técnicas de polarización dual co-canal y XPIC

El uso de doble polarización Horizontal y Vertical permite, literalmente, duplicar la capacidad del canal. No obstante, esta simultaneidad implica la generación de una interferencia conocida como interferencia de polarización cruzada, que limita la calidad de la señal recibida. Para cancelar dicha interferencia es necesario incluir en el receptor un sistema que filtre la componente contrapolar. A este sistema se le ha llamado Cross-Polarization Interference Cancellation (XPIC). En este artículo os explicábamos más detalles sobre el tema y en este otro os contábamos cómo diseñar radioenlaces con la técnica XPIC.

3) Uso de múltiples canales de frecuencia

El uso de varios canales de frecuencia para un mismo link permite multiplicar el throughput total, pero esto tiene la desventaja de que se deberán contratar tantas licencias radio como canales se deseen utilizar.

4) Uso de modulación adaptativa o Adaptive Modulation

La incorporación en nuestro diseño de mecanismos como AM (Adaptive Modulation) permite una mejora en el throughput, aunque implica una severa disminución en determinados escenarios. AM funciona variando dinámicamente la modulación según las condiciones climatológicas: mientras haga buen tiempo, se utilizará la modulación más alta posible; por el contrario, cuando llueve o nieva, la modulación descenderá a esquemas inferiores que, consecuentemente, reducirán el throughput (pero garantizarán, sin embargo, la disponibilidad del radioenlace).

5) Utilizar canales más anchos

Los canales de telecomunicación estándar suelen ser de 7, 14, 28, 56 y 112 MHz. Es posible realizar un “upgrade” sobre las unidades radio para pasar de un canal más estrecho a otro más ancho. Este cambio conlleva costes en el link-budget, que deberá ser actualizado y nos obligará, por tanto, a reajustar la potencia necesaria (o el tamaño de las antenas) para que la transmisión soporte un ancho de banda mayor sin incumplir los niveles de calidad y disponibilidad.

La entrada 5 técnicas para incrementar el throughput de un enlace de microondas terrestre se publicó primero en BorrowBits.

¿Qué ocurre cuando un pájaro obstruye la línea de visión entre dos antenas de un enlace terrestre? ¿Se caen las llamadas? ¿Es cierto que el pájaro se quedaría calvo?

La mayoría de radioenlaces punto-a-punto terrestres utilizan propagación en la línea de visión o LOS (Line of Sight). En ellos siempre deberá existir visibilidad directa entre las antenas emisora y receptora, por lo que no puede haber ningún obstáculo entre ambas. ¿Pero qué ocurre si un pájaro u otro bicho volador se entromete en la línea de visión? Mucha gente me lo ha preguntado y ya es hora de ofrecer una respuesta:

¿Se interrumpe el enlace momentáneamente? Algunos creen que sí. Pero la respuesta corta es que, a efectos prácticos, no ocurrirá absolutamente nada. 

LOS Visual vs LOS Radio

La línea de visión LOS no es sólo una línea recta que une las dos antenas. Desde el punto de vista de un ser humano, esto sería una LOS Visual (valga la redundancia). Pero en propagación de microondas hay que hablar de LOS Radio o radiovisibilidad; esto es: las antenas pueden “verse” a través de grandes elipsoides como ésta:

El conjunto de estas elipsoides constituyen un volumen de espacio entre la antena emisora y la receptora que forman la archiconocida Zona de Fresnel. En general, basta con que el 60% de la sección de la elipsoide esté libre de obstáculos* para que se mantenga la radiovisibilidad. .

¿Cuánto mide el radio de la zona de Fresnel?

Sabiendo esto, valdría la pena averiguar cuánto mide la zona de Fresnel para ver si un pájaro es capaz de obstruirla. En general, el radio de la elipsoide Fresnel se calcula mediante la fórmula:

…donde n es la zona de Fresnel, lambda es la longitud de onda, d1 es la distancia de la Estación A al obstáculo (en km), y d2 la distancia de la Estación B al obstáculo. En radiocomunicaciones, la primera zona de Fresnel es la más importante, y su radio en el centro del enlace** será:

…donde f es la frecuencia en GHz. Esto significa que el radio de la zona de Fresnel será menor cuanto más corto sea el enlace y cuanto más alta sea la frecuencia. Y viceversa.

¿Qué tamaño máximo puede tener un pájaro para no interrumpir la señal?

Para que el 60% de la zona quede libre, podemos calcular la envergadura máxima del pájaro*** duplicando el radio de la zona de Fresnel (su diámetro) y hallando el 40%:

Algunas situaciones que nos pueden servir de ejemplo:

Ejemplo 1: link corto,  frecuencia alta

Por suponer el peor de los casos, digamos que se trata de un enlace muy corto a una frecuencia muy alta (zona de Fresnel muy pequeña).  Por ejemplo, 0,4 km y 80GHz

Ejemplo 2: link medio, frecuencia media

Un caso más corriente sería un enlace de microondas de unos 2 km diseñado en 32 GHz, que son valores bastante frecuentes para un radioenlace. Esto permitiría el vuelo de pájaros de hasta 1.73 m sin interrupciones graves

Ejemplo 3: link largo, frecuencia baja

En cuanto al mejor de los casos, podríamos decir que se trate de un radioenlace muy largo, de unos 30 km funcionando a 7,5GHz. En este caso el ave tendría que medir la friolera de 13,85 m para interrumpir momentáneamente el enlace.Un cuervo en pleno vuelo ya sería un obstáculo lo suficientemente grande. Pajarracos de nivel “cigüeña” o “águila imperial” podrían suponer un problema. Por suerte para las teleco, los pterodáctilos se extinguieron hace rato. 

Algunas conclusiones al vuelo…

Los animales voladores urbanos más comunes como gorriones, palomas, tórtolas y murciélagos no provocarán ningún problema. Millares de ellos vuelan diariamente a través de la LOS de cientos de enlaces sin que se produzcan interrupciones o caídas graves.

En el caso de las aves más grandes, la interrupción durará la fracción de segundo que tarden en cruzar la LOS, y en ese caso la intensidad de la señal recibida sólo disminuiría momentáneamente.

¿Y si por azar volaran en la dirección de la LOS manteniéndose dentro de la zona de Fresnel? Pues en ese caso el pájaro no “apantallaría” con toda su envergadura la Fresnel de forma constante, ya que durante la mayor parte del vuelo las alas permanecen en paralelo al suelo. Otra cosa sería si el animal desafiara las leyes de la física, volando durante largo rato con las alas desplegadas en posición perpendicular a la superficie de la Tierra. Un bicho raro, raro. Y lleno de maldad.

Por cierto, existe una expresión bastante cruel en la jerga de los ingenieros de microondas: “Poner la radio a freír palomas“. Significa subir la potencia de transmisión al máximo. Aprovecho la ocasión para desmentir el mito: la radiación para las aves es inofensiva y por volar en la zona de Fresnel no van a freírse ni quedarse calvas**** .

---

* Estrictamente hablando, el 60% de la primera zona de Fresnel suponiendo un factor de curvatura terrestre K=2/3. 

** Por simplicidad y por mantener la cordura matemática: el centro del radioenlace. En las fronteras del campo cercano (near field) en los extremos la cosa sería peor todavía (radios Fresnel aún más pequeños).

*** Partiendo de la poco probable situación de que la superficie del pájaro pueda ser representada como un círculo cuyo diámetro sea la envergadura. Sirva para acotar el peor caso.

**** Al menos en el far field, claro está. 

La entrada ¿Qué ocurre cuando un pájaro atraviesa la LOS de un enlace de microondas? se publicó primero en BorrowBits.

En este artículo queremos describir, en líneas generales, qué consideraciones se deben tener en cuenta para diseñar enlaces XPIC (microondas terrestres). Si aún no sabes en qué consiste la técnica XPIC, te recomiendo que leas la primera parte de este artículo aquí.

Resumiendo mucho…

Existe la posibilidad de duplicar la capacidad de un canal RF utilizando dos polarizaciones lineales ortogonales al mismo tiempo. Lo que ocurre es que en la práctica ninguna polarización es perfectamente lineal, y ello provoca una interferencia mutua entre las componentes vertical y horizontal llamada interferencia de polarización cruzada.

XPIC no es otra cosa sino un sistema que permite construir enlaces cancelando dicha interferencia de polarización, y de ahí le viene el nombre: Cross Polarization Interference Cancellation.

Ahora ya estás en condiciones de plantearte esta pregunta:

¿Cómo afecta XPIC al diseño de un enlace de microondas terrestres?

En ingeniería de radioenlaces (Link Engineering) se utiliza un software especial para diseñar enlaces RF. En microondas terrestres punto a punto, las aplicaciones más populares son iQ Link y Pathloss.

Da igual cuál utilices:

Siempre habrá que tener en cuenta ciertos criterios a la hora de diseñar enlaces cross-polar con XPIC.

La configuración 2+0

Hace falta una unidad de radio exterior (ODU, OutDoor Unit) por cada polarización, ya que cada polarización es capaz de transmitir un enlace independiente. En otras palabras, es como si XPIC nos proporcionara dos enlaces al precio de uno…

¡Mentira!

Es cierto que nos permite establecer dos enlaces utilizando la misma antena, pero NO al mismo precio: la unidad de radio es el componente más caro del link, y además la antena es mucho más barata en comparación.

Pero en cualquier caso, es necesario montar las ODU en modo 2+0.

(El día 10 de junio os explicaremos en qué consisten los modos, ¿te avisamos?)

En la figura de abajo podéis ver un ejemplo:

¿Qué radio elegir?

El módulo XPIC viene integrado en el receptor, por tanto no queda opción: el equipo de radio debe ser compatible con XPIC.

Algunos equipos RF que lo soportan:

• La serie FlexiPacket, de Nokia Siemens Networks
• La serie Horizon Quantum, de Dragon Wave
• La serie RTN 900 de Huawei
• La nueva serie MINI-LINK de Ericsson
• La serie ALS de SIAE.

Antenas duales con XPD > 35 dB

Las antenas deben estar diseñadas para transmitir con polarización cruzada. Además, deben tener una discriminación de polarización cruzada (Cross-polar discrimination, XPD) muy elevada.

Las antenas dual polarized modernas proveen un XPD superior a 35 dB, que es un valor de discriminación bastante bueno para la mayoría de los casos.

El Transductor Ortomodal introduce atenuación

También llamado duplexor de polarización, (OMT). Este elemento es necesario cuando se utiliza polarización doble y sirve tanto para combinar, como para separar dos caminos de de señales de microondas polarizadas ortogonalmente.

Hay que tener en cuenta que el OMT va a introducir pérdidas de ganancia de unos 6dB.

En las herramientas de diseño como iQ-Link y Pathloss, este valor ya está considerado en los cálculos al seleccionar la configuración 2+0 descrita más arriba.

Selecciona un canal libre para AMBAS polarizaciones

Una de las principales ventajas que provee la polarización doble es que permite reutilizar un mismo canal de frecuencia para ambas polarizaciones. De esta forma, disponemos de dos canales simultáneos a través del mismo canal físico.

Lo más importante a la hora de seleccionar dicho canal es asegurarse de que no existen interferencias ni en el canal vertical, ni en el canal horizontal.

Lluvia: diseñamos teniendo en cuenta la Horizontal

La atenuación por lluvia o Rain Fade (RF) consiste en la absorción de parte de la señal debido a hidrometeoros como lluvia, nieve, granizo o niebla. Dicha atenuación es más acusada para la polarización Horizontal que para la Vertical, con lo cual es importante diseñar el enlace teniendo en cuenta que nuestro peor valor de lluvia lo obtendremos para dicha polarización.

Es decir, tenemos que configurar una potencia de transmisión tal, que el Rain Fade resultante para la polarización horizontal provea la disponibilidad requerida por el cliente.

(Amplía esta información leyendo: ¿En qué consiste el Rain Fade y cómo afecta al diseño de radioenlaces?)

CCDP mejor que ACDP

Tanto en teoría como en la práctica, Co-Channel Dual Polarization (CCDP) funciona mucho mejor que Adjacent Channel Dual Polarized (ACDP) cuando trabajamos con XPIC. Esto se debe a que CCDP introduce una degradación por interferencia cross-polar menor que el viejo ACDP.

Salvo excepciones: te conviene elegir CCDP como esquema de polarización cruzada caundo quieras utilizar XPIC.

Adaptive Modulation y ATPC

ATPC (Automatic Transmit Power Control) es una característica opcional que consiste en variar la potencia transmitida según las características del medio. Suele activarse sólo en la modulación más alta disponible.

Por su parte, AM (Adaptive Modulation)  funciona variando la modulación según las características del medio.

En otras palabras: si las cosas se ponen feas (Ejemplo: llueve a cántaros), ATPC aumenta la potencia, y si eso no es suficiente,  AM disminuye la modulación a modulaciones más sostenibles.

XIF, o el Factor de Mejora de XPIC

Más conocido como XPIC Improvement Factor, se define como el ratio entre el coeficiente C/I  (carrier-to-interference) medido sin XPIC y el coeficiente C/I medido con XPIC para el mismo umbral de tasa de error de bits (BER = 0,001) .

Este índice suele ser calculado automáticamente por las herramientas de diseño como las que hemos mencionado anteriormente, así que normalmente nos bastará con saber que existe.

Todo esto es más fácil de lo que parece…

Aunque hay que tener ciertas cosas en cuenta a la hora de diseñar un enlace XPIC, la mayoría de ellas ya están implícitas en los cálculos de la herramienta. Podemos resumir todo lo que hemos descrito sólo cuatro puntos:

• Antenas y radios compatibles con XPIC en configuración 2+0
• El cálculo de la potencia de transmisión está limitado por la lluvia en el canal Horizontal
• El canal debe estar limpio de interferencias en ambas polarizaciones

La entrada Diseñar enlaces XPIC: todo lo que deberías saber se publicó primero en BorrowBits.

Hace un tiempo os comentábamos que Ethernet está desplazando a SDH como protocolo fundamental en las redes de transporte y que, por tanto, en un futuro más o menos cercano, toda red sería exhorcizada de los remanentes TDM (Time Division Multiplexing). Bueno, esta afirmación fue algo radical y hoy os pedimos mil perdones. Lo cierto es que, antes de que dicha transición ocurra, las tecnologías TDM y Packet Switching han de convivir durante una temporada…

Durante dicha temporada surgen desafíos nuevos: los usuarios exigen una mayor capacidad y los proveedores, por su parte, ponen el foco en su eterno anhelo de abaratar costes OPEX/CAPEX. Las comunicaciones ópticas tienen la clave para satisfacer todas estas necesidades, y en este marco surge un término que está cobrando importancia: OTN (Optical Transport Network), como la madre de todas las arquitecturas de transporte.

En este artículo vamos a introducir OTN frente al cada vez más desfasado SONET/SDH, ya que el primero está manifestándose como la tecnología dominante en el futuro inmediato de todos los backbones del mundo (o como mínimo, la de aquéllos que aún deben transportar tráfico TDM). Es posible que en el mismo momento en que lees este artículo, tu proveedor móvil esté construyendo enlaces ópticos que le permita implementar OTN. ¿Te gustaría saber por qué?

¿Por qué OTN?

OTN ha sido definido por ITU-T como un conjunto de estándares que permiten combinar las ventajas de SONET/SDH con la ingente capacidad ofrecida por la técnica DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing, ver Figura 1), con el objetivo último de construir una red más eficiente y rápida.

Aunque algunos lo llaman OTH (Optical Transport Hierarchy) para mantener la analogía con SDH, es un error bastante común pensar que OTN sólo es una evolución de SDH con algunas mejoras. A pesar de que la terminología y la estructura parece ser la misma (ver Figura 2), los cambios en OTN tienen un gran impacto en la forma de implementarlo, como veremos un poco más adelante. OTN se diseñó para ser una tecnología de transporte que mejore la transparencia, el alcance, la escalabilidad y las capacidades de monitorización de las señales transmitidas a larga distancia, incluso a través de varios proveedores y/o dominios.

¿Qué mejoras ofrece OTN/OTH frente a SONET/SDH?

A priori, observamos las siguientes diferencias y mejoras:

• Señales Cliente transparentes: en OTN, el principal contenedor se denomina OPU-k (Optical Channel Payload Unit-k) y está definido para ser capaz de transportar “a pelo” señales SONET/SDH, Ethernet o de lo que sea, incluyendo sus bytes de cabecera, por lo cual no es necesario realizar ningún tratamiento en los nodos de tránsito sobre estas señales cliente, facilitando la vida a quienes les toca lidiar con tareas de operación y mantenimiento. Además OTN usa “mapeo” y “desmapeo” asíncrono.
• Corrección de Errores “hacia adelante” mejorada. OTN incrementa el número de bytes reservados para FEC (Forward Error Correction), lo cual se traduce en un incremento total de la SNR (Signal Noise Ratio) de la señal en 6.2 dB. Esta importante mejora implica múltiples ventajas: a) Enlaces más largos, b) Más canales sin efectos no lineales dependientes de la potencia, y c) Topologías más complejas, con más elementos ópticos (OADMs, PXCs, splitters…).
• Mejor escalabilidad: el viejo SONET/SDH fue creado para transportar circuitos de voz, por lo cual consume un montón de capacidad en cabeceras y sincronización, e introduce mucha complejidad. Sin duda, ésta es una de las razones por la cual la evolución de SDH se detuvo en el desarrollo del contenedor STM-256, que provee hasta 40 Gbps. OTN puede transportar una carga mayor (400 Gbps) con una estructura de multiplexado mucho más sencilla.
• Introduce TCM (Tandem Connection Monitoring): esta técnica mejora significativamente la monitorización a lo largo de diversos dominios administrativos, reduciendo así la complejidad del mantenimiento, ya que los datos de performance son accesibles para cada tramo individual de la ruta, incluso en operadores diferentes.

¿Cuál es la equivalencia en términos de capacidad entre SDH, Ethernet y OTH?

OTN ya provee un contenedor ODU-4 capaz de transportar la friolera de 100 Gbps, aunque ya se está experimentando en laboratorio con tasas de 400 Gbps (suponemos que lo llamarán ODU-5).

Para que no os hagáis un lío, a continuación os mostramos una tabla comparativa entre los contenedores-capacidades de PDH/SDH, Ethernet y OTN:

Esto significa que entre otras cosas ya somos capaces de transmitir hasta 10 flujos STM-64 en un sólo contenedor ODU-4 de OTN. E incluso combinar tráfico de distinta naturaleza, sea TDM, señales de video o paquetes IP. No importa, OTN es compatible con cualquier cosa. Así pues, una vez las redes de transporte sean dominadas completamente por los fotones, necesitaremos cuestionar el uso de SDH puro y duro directamente sobre el backbone. En este nuevo escenario, pensamos que SONET/SDH está destinado a desaparecer…

¿Y qué pasará con OTN cuándo TDM sea erradicado de la red?

Las posibilidades que se presentan en el futuro son las siguientes:

1. El tráfico IP será encapsulado en contenedores de OTN  y estos a su vez serán multiplexados con DWDM.
2. El tráfico IP será multiplexado directamente con DWDM, sin necesidad de recurrir al estándar OTN.

Nuestra opinión es que, dado que la capacidad máxima de la fibra óptica aún está muy lejos de ser agotada (en algunos entornos ya se han alcanzado los 25 Tbps), se seguirá implantando y desarrollando OTN para transportar prácticamente cualquier cosa sobre DWDM. Seguramente prevalezca la opción número 1 durante muchos años. ¿Qué pensáis vosotros?

La entrada Optical Transport Network (OTN), una comparativa frente a SONET/SDH se publicó primero en BorrowBits.

Un poco de lluvia nunca viene mal. Pero cuando hablamos de enlaces de microondas puede convertirse en un verdadero problema… La atenuación por lluvia o Rain Fade (RF) consiste en la absorción de parte de la señal debido a hidrometeoros como lluvia, nieve, granizo o niebla. También se considera parte de este fenómeno la degradación sufrida por la interferencia electromagnética en un frente tormentoso. En este artículo vamos a tratar de entender cómo predecirlo, así como a modelar su influencia a la hora de diseñar enlaces radio de alta disponibilidad.

Dependencia con la frecuencia y la polarización

El Rain Fade se puede obviar por debajo de los 5 GHz y se va haciendo más significativo conforme incrementamos la frecuencia. A partir de 10 GHz es más que conveniente tenerla en cuenta, ya que la atenuación empieza a ser superior a los 5 dB/km. Existe una recomendación (UIT-R  P.838) que permite modelar su influencia mediante un parámetro llamado atenuación específica (dB/km) que se obtiene a partir de la intensidad de lluvia (mm/h).

Como vemos en la gráfica, la atenuación específica aumenta drásticamente entre 10 GHz y 100 GHz, en proporción a la intensidad de la lluvia.

Además de una dependencia con la frecuencia, existe una dependencia con el tipo de polarización, siendo más acusada para la polarización Horizontal que para la Vertical (debido a la forma “achatada” que adquieren las gotas de lluvia durante la caída):

¿Cómo saber cuánto llueve en cada zona?

Existen varios modelos estadísticos para predecir cuánta lluvia va a caer al cabo del año. Normalmente, la mayoría de los microwave planner prefieren el modelo ITU-R P.837, que proporciona una serie de valores medios para cada zona hidrometeorológica:

Cada una de estas zonas se identifica con una letra (a España, por ejemplo, le corresponde las zonas K y H), y se le asocia una intensidad de lluvia media. A la postre sólo son valores estadísticos, pero resultan muy útiles para tratar de ofrecer una alta disponibilidad de nuestro radioenlace. Por ejemplo, si en la zona K llueve más de 42 mm/h durante menos del 0,01% del tiempo, para garantizar la disponibilidad del 99,99% será necesario realizar nuestros cálculos teniendo en cuenta dicha intensidad de lluvia.

Los valores de disponibilidad típicos son “tres nueves” (99,9%), “cuatro nueves” (99,99%) y el de mayor disponibilidad: “cinco nueves” (99,999%)

¿Cómo tener en cuenta la lluvia en un diseño real?

Las herramientas de simulación que utilizan los ingenieros de radioenlaces tienen en cuenta este fenómeno. Veamos un ejemplo práctico:

Supongamos que deseamos predecir la disponibilidad anual que tendrá un enlace de 7 km en relación a la atenuación por lluvia. El primer paso consistiría en averiguar qué zonas hidrometeorológicas vamos a atravesar. En base a las coordenadas de las estaciones A y B, obtendríamos una distribución del Rain Rate por nuestro programa de simulación:

Observamos que en nuestro ejemplo, el enlace va a atravesar dos zonas: a lo largo del 58.57% del enlace, la intensidad de lluvia será de 32 mm/h durante el 0.01% del tiempo; a lo largo del 41.43% restante obtendremos 30mm/h durante el 0.01% del tiempo. En general tomamos el peor caso posible para garantizar el mejor resultado.

Ojo con la polarización

Como os hemos contado antes, la lluvia afecta más a la polarización Horizontal que a la Vertical, con lo cual es importante diseñar el enlace teniendo en cuenta que nuestro peor valor de lluvia lo obtendremos para dicha polarización. Esto significa que si queremos diseñar un enlace en Horizontal o con polarización dual (Vertical y Horizontal a la vez), debemos realizar el cálculo de Rain Fade en dicha configuración.

Por último, sólo quedaría calcular la disponibilidad para nuestro valor de lluvia, que en la práctica se traduce a pulsar un botón que realiza “automágicamente” todas las operaciones matemáticas por nosotros:

Hemos obtenido un “cuatro nueves“, lo cual es un valor bastante bueno: significa que nuestro enlace va a estar disponible durante el 99.99% del tiempo…

¿Qué hacer si el valor de Rain Unavailability es demasiado alto?

Aunque cada caso tiene su solución particular, existen varias estrategias que nos permitirán obtener mejores valores frente a lluvia. En orden de preferencia (en general):

1. Aumentar la potencia de transmisión de
   los equipos.
2. Utilizar antenas de mayor diámetro.
3. Utilizar receptores con mayor sensibilidad.
4. Bajar de banda de frecuencia.
5. Bajar el ancho de banda.
6. Diseñar sólo en polarización vertical
7. Reducir la modulación mínima y usar un esquema adaptativo. 32QAM -> QPSK con “Adaptive Modulation (AMC)”
8. Activar la característica ATPC (Automatic Transmit Power Control), que regula automáticamente el nivel de potencia de transmisión en función del nivel recibido.

En general cualquier cosa que permita ajustar el Link Budget a la atenuación introducida por la lluvia. La lluvia en telecomunicaciones es un auténtico problema, pero como podéis ver tiene solución. Así que… ¡a mal tiempo, buena cara! Si os ha gustado el artículo, no dudéis en compartirlo y en dejarnos vuestros comentarios.

La entrada ¿En qué consiste el Rain Fade y cómo afecta al diseño de enlaces de microondas? se publicó primero en BorrowBits.

Hace unos meses os contábamos que existe, por así decirlo, un paso intermedio entre 4G y 5G que ya está empezando a comercializarse con el nombre de VoLTE (Voice over LTE). En resumen, este protocolo permite realizar llamadas de voz directamente sobre datos.  El principio de funcionamiento es similar a VoIP tradicional, con la salvedad de que en este caso el servicio se opera a nivel de red y no a nivel de aplicación. Es decir: no necesitaríamos aplicaciones como Skype, Viber o Whatsapp, ya que las llamadas de datos estarían integradas directamente en nuestro teléfono.

Durante algunos años, LTE coexistirá con las tecnologías de conmutación de circuitos de voz, también conocidas como Circuit Switch. No obstante, desde hace unos años los proveedores están reemplazando todos sus sistemas de conmutación de datos (Circuit Switched Data, CSD) por sistemas basados 100% en Ethernet. En esta coyuntura, es de esperar que tarde o temprano todas las llamadas de voz móvil se operen exclusivamente sobre datos.

Mientras tanto, muchos nos preguntamos cuál es exactamente la diferencia entre VoLTE y VoIP:

La diferencia está en la QoS

Tradicionalmente, las aplicaciones de voz como Skype han confiado en Internet para entregar los paquetes. Y esto es un mal asunto: la naturaleza intrínseca de Internet no garantiza la entrega de paquetes, y es por esto que se la conoce como una tecnología Best Effort: las aplicaciones que funcionan sobre Internet se ponen una venda en los ojos y cruzan los dedos.

No ocurre así cuando hablamos de VoLTE, ya que éste exige la presencia de un componente de Calidad de Servicio (Quality of Service, QoS).

¿En qué consiste la QoS?

QoS es un conjunto de tecnologías que garantizan la transmisión de cierta cantidad de información en un tiempo dado. Esto es: throughput. Es especialmente importante cuando hablamos de aplicaciones de tiempo real como voz y video.  Existen algunos problemas que afectan a la calidad del servicio y son los que QoS pretende resolver:

Paquetes sueltos

Los routers pueden sufrir pérdidas de paquetes si llegan cuando los buffers ya están llenos. Dependiendo del estado de congestión de la red, se podrían perder uno o muchos paquetes. Un problema que podría solventarse mediante la solicitud de retransmisión de paquetes sueltos por parte del receptor. Como es fácil suponer, esto provoca la aparición de graves retardos.

Retardos

Puede ocurrir que los paquetes tarden un largo período de tiempo en alcanzar su destino, debido a que pueden permanecer en largas colas o tomen una ruta menos directa para prevenir la congestión de la red. En algunos casos, los retardos excesivos pueden llegar a inutilizar las aplicaciones VoIP.

Jitter

Los paquetes del transmisor pueden llegar a su destino con diferentes retardos. Un retardo de un paquete varía impredeciblemente con su posición en las colas de los encaminadores a lo largo de la ruta entre el transmisor y el destino. Esta variación en retardo se conoce como jitter y puede afectar seriamente a la calidad del flujo de audio y/o vídeo.

Entrega de paquetes fuera de orden

Cuando un conjunto de paquetes relacionados del mismo flujo son encaminados hacia Internet, los paquetes pueden tomar diferentes rutas, resultando en diferentes retardos. Básicamente, esto ocasiona que los paquetes lleguen desordenados. Para solventar este problema requerimos de un protocolo que pueda reordenar los paquetes a un estado isócrono una vez que estos lleguen a su destino.

Errores

Los paquetes y los políticos tienen algo en común: algunos se corrompen durante su trayectoria. En este caso, el receptor tiene que detectarlos y solicitar una retransmisión de los mismos.

¿Cómo se implementa QoS en VoLTE?

VoLTE utiliza una combinación de la arquitectura IMS (IP Multimedia Subsystem) y la alta velocidad de la red de acceso (Radio Access Network) para garantizar la QoS. En ese sentido, la calidad de las llamadas VoLTE no tienen nada que envidiar a las llamadas tradicionales basadas en circuitos E1 o T1, y es por esto que se espera que VoLTE desplace a VoIP, al menos cuando nos referimos a dispositivos móviles.

¿Cómo se implementa QoS en sistemas VoIP?

Sin embargo, si de algo se echa de menos en VoIP es la calidad de los sistemas telefónicos tradicionales. Este componente QoS, al contrario que ocurre en VoLTE, se puede implementar en VoIP como una característica opcional y no como una condición necesaria. Existen múltiples técnicas para implementar QoS a nivel de interfaz en VoIP (a nivel de una red global no es posible, en tanto que usa Internet como hemos mencionado anteriormente):

Este es un modelo que es bastante útil para comprender de qué formas podemos intentar garantizar la QoS y con cuáles conseguirlo. En esta figura están representadas las dos acciones fundamentales asociadas a garantizar la QoS:

• Clasificación: El tráfico que entra al equipo y que se ha de transmitir se tiene que clasificar. Pueden usarse muchos criterios de clasificación: Por equipo destino, por marcas en los paquetes, por aplicación… Es algo que siempre hay que hacer ya que si no el propio concepto de QoS no existe. Básicamente, la clasificación es buscar a qué parámetros de QoS negociados o contratados pertenece un paquete (o tráfico) en particular: Tráfico máximo en ráfaga, tráfico mínimo sostenido, latencia máxima, variación en la latencia…
• Asignación de recursos: Una vez que se tiene el tráfico clasificado, y por tanto se saben qué parámetros de QoS se deben cumplir, hay que asignar los recursos en la interfaz. Hay que permitir que los paquetes se transmitan al medio (el aire o un cable).

La fase de clasificación es común a todos los tipos de interfaz que necesitan garantizar la QoS, pero la principal diferencia viene en la fase de asignación de recursos. Existen 2 mecanismos que son lo bastante amplios como para merecer que les demos un nombre “QoS a nivel 3 (L3QoS o IPQoS)” y “QoS a nivel 2 (L2QoS o MACQoS)”.

Existen múltiples estándares y sistemas VoIP profesionales implementados mediante software o hardware que en gran medida tratan de controlar el tráfico de la red para disminuir las posibilidades que se produzcan caídas en el rendimiento.

Como conclusión…

Incluso si los mecanismos para garantizar la QoS en VoIP fueran iguales a los de VoLTE (algunas arquitecturas VoIP implementan IMS), aún tendríamos la ventaja de que éste último ofrece una red de acceso radio y un backbone diseñado especialmente para transportar datos de forma mucho más eficiente que la red IP tradicional.

La entrada VoLTE vs VoIP: la diferencia está en la QoS se publicó primero en BorrowBits.