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Crecimiento de Internet 11 Noviembre 2019

Soluciones para las redes de retorno de tráfico en redes comunitarias

¿Qué son las redes comunitarias?

Las redes comunitarias suelen ser redes de propiedad y gestión colectiva de una comunidad sin ánimo de lucro y con fines sociales. Se trata de redes instaladas y explotadas por un grupo para satisfacer necesidades de comunicación como, por ejemplo, permitir que una comunidad acceda a Internet a un precio asequible. Los colectivos, las comunidades indígenas o las organizaciones de la sociedad civil sin ánimo de lucro las utilizan para comunicarse y conectarse bajo los principios de participación democrática de sus miembros, equidad, igualdad de género y diversidad.

Internet es una red global. Todos los sistemas interconectados necesitan una red de retorno para funcionar. La red de retorno es la infraestructura de primera fase o fase intermedia que permite el acceso a Internet de la comunidad; así pues, los usuarios pueden utilizar las tecnologías de última fase para prestar servicios como Internet para la navegación web, telefonía móvil y televisión con la conexión a sus casas, negocios u otras instituciones.

El tema principal de este artículo son las redes comunitarias en zonas rurales y alejadas, especialmente comunidades indígenas de Norteamérica.

El tráfico de retorno de una red comunitaria o ISP pequeño es un elemento indispensable del funcionamiento de la red y de la prestación del servicio.

Soluciones para redes de retorno fijas (por cable)

Red de retorno por fibra óptica

La fibra óptica está hecha de cristal o plástico y sirve para transmitir datos entre largas distancias en forma de ondas de luz. Es el material más utilizado para la interconexión de componentes esenciales de la red, así como para añadir tráfico desde el borde de la red hasta el núcleo. Gracias al abaratamiento constante del cable de fibra óptica y a las soluciones de instalación más eficientes que han salido al mercado, esta opción ha ido ganando cada vez más popularidad entre los proveedores de servicio.

La tecnología de multiplexado por división de longitud de onda (WDM, por sus siglas en inglés) combina varias señales ópticas en la misma fibra mediante la transmisión de cada señal en una longitud de onda o color de luz diferente. Existen dos tipos de WDM: multiplexado por división aproximada de longitud de onda (CDWM, por sus siglas en inglés) o multiplexado denso por división de longitud de onda (DWDM, por sus siglas en inglés). La tecnología CWDM tiene 8 canales con 8 longitudes de onda, mientras que la DWDM usa el espacio reducido entre canales para proporcionar un mayor rendimiento de cada fibra. Los sistemas modernos pueden procesar hasta 160 señales, cada una con un ancho de banda de 10 Gbps y una capacidad total teórica de 1,6 Tbps por fibra.[1] El cable de fibra óptica que conecta varias comunidades, así como empresas, bibliotecas y otras instituciones generará grandes volúmenes de tráfico. En este caso, la adopción de soluciones WDM maximizará el uso de los cables de fibra óptica instalados.

El coste de la instalación depende de la magnitud de la obra pública necesaria para colgar la fibra en los postes o perforación direccional, abrir zanjas o excavar para las canalizaciones. El precio del cable de fibra óptica en sí no es significativo en comparación con el coste de la mano de obra y construcción de la infraestructura. Muchas empresas han adoptado políticas de “excavación única” que obliga a las comunidades a instalar fibra oscura o canalizaciones cuando se ejecutan los proyectos de urbanización para reducir considerablemente el coste de la puesta en marcha. Otro aspecto importante a considerar es que se necesitan los permisos de las autoridades competentes para las obras de excavación.

Red de retorno de cobre (DSL, Línea de Abonado Digital por sus siglas en inglés)

Las líneas de cobre son la forma tradicional para el tráfico de la red de retorno desde el acceso del abonado hasta la red principal de alta velocidad. Las tecnologías de Línea de Abonado Digital (DSL, por sus siglas en inglés) pueden aumentar el ancho de banda en las líneas de cobre con menos ancho de banda para distancias más largas. Las tecnologías ADSL2+ (Línea de Abonado Digital Asimétrica, por sus siglas en inglés) y VDSL2 (Línea de Abonado Digital de muy alta tasa de transferencia) tienen una capacidad de hasta 100 megabits por segundo (Mpbs) a distancias de hasta 400 metros y pueden llegar a una velocidad de 40 Mpbs a distancias de hasta 1 kilómetro. En los núcleos urbanos, la tecnología DSL puede utilizarse para añadir tráfico desde nodos de usuario final (p. ej. puntos de acceso wifi) hasta el nodo de red principal más cercano (u oficina central).

En aquellos lugares donde ya existe el cableado de cobre, el coste del servicio no es excesivamente alto. El desafío principal viene dado por las limitaciones de distancia para el servicio de banda ancha de alta velocidad. Si no se han puesto en marcha ya, podrían utilizarse tecnologías de fibra óptica o inalámbricas.

En resumen, la redes de retorno por cable son la solución preferida en caso de que se pueda asumir el coste de las obras para el cableado con fibra óptica y se tengan los permisos pertinentes para dichas obras.

Soluciones de redes de retorno inalámbricas

Red de retorno por satélite

Las redes de retorno por satélite suelen ponerse en marcha en comunidades rurales o alejadas, donde no se dispone o no es factible una red de retorno de fibra óptica. Si bien las redes de retorno por satélite ofrecen una buena cobertura en zonas alejadas, tradicionalmente se han visto afectadas por retrasos de comunicación y ancho de banda limitado en ambos sentidos del tráfico (desde y hasta el usuario final).

Los operadores de satélites han mejorado el ancho de banda y la latencia con la puesta en marcha de tecnologías como, por ejemplo, soluciones de caché que permiten almacenar el contenido en lugares más cercanos al usuario final. Estos enfoques han dado pie a soluciones de conexión por satélite con velocidades de 150 Mbps de bajada y 10 Mbps de subida. Las redes de retorno por satélite utilizan el espectro autorizado (tabla 1). Si deseas más información sobre el espectro, consulta el informe de Internet Society “Innovación en la administración del espectro”.[2]

Poner en marcha un servicio de conexión por satélite puede costar bastante tiempo, sobre todo en comunidades alejadas. Además, el servicio y mantenimiento del equipo local supone un desafío porque suele estar instalado en un lugar alejado. El coste de la banda ancha es relativamente alto en comparación con la red de retorno por fibra óptica y el ancho de banda disponible con la conexión por satélite es relativamente bastante limitado. La ventaja esencial es que el servicio de satélite puede llegar a comunidades alejadas.

Red de retorno por satélite de órbita terrestre baja (LEO, por sus siglas en inglés)

La aparición de soluciones de satélite de órbita terrestre baja ha mejorado considerablemente la latencia de las comunicaciones (es decir, el retraso de punto a punto). En 1997, la Unión Internacional de Telecomunicaciones de las Naciones Unidas (ITU, por sus siglas en inglés) abrió aproximadamente siete GHz del espectro de frecuencia Ku (12–18 GHz) internacional para que todo el mundo se pudiese conectar en el futuro mediante sistemas de satélite.

Más recientemente, se han puesto en marcha varias iniciativas para explorar la viabilidad del uso de grandes cantidades de satélites (entre 300 y 500 para una cobertura global) posicionados en órbitas significativamente bajas (500-1.200 km en lugar de 36.000 km) para ofrecer servicios de telecomunicación fiables. Estar en órbitas más bajas reduce significativamente el tiempo de ida y vuelta.

Satélites LEO de OneWeb

OneWeb está formando una constelación de satélites LEO para cerrar la brecha digital. El diseño de la constelación tiene 650 satélites iniciales en 12 planos polares a 1.200 km e irá creciendo hasta 1.980 satélites con el tiempo para aumentar la capacidad.[3]

La sede central de OneWeb está en Londres (Reino Unido) y tiene oficinas en McLean (Virginia), Cocoa Beach (Florida), California, etc. OneWeb tiene un Centro de Control de Misión de Satélites y un Centro de Control de Red Terrestre tanto en Londres como en McLean (Virginia) para lanzar y gestionar la constelación. OneWeb también tiene estaciones terrestres repartidas por todo el mundo para supervisar y controlar los satélites. Las estaciones se encuentran en Noruega, Canadá e Italia, y varias más se pondrán en marcha próximamente. Más de 40 estaciones terrestres se encargarán de conectar toda la constelación de OneWeb a la red terrestre, Internet incluido, una vez que esté completamente operativa.

Figura 1. Solución LEO de OneWeb[4]

La solución LEO de OneWeb está diseñada para ofrecer servicios de alta velocidad y baja latencia a velocidades de más de 400 Mbps, lo que permite un acceso rápido a Internet en doble sentido en tiempo real y la transmisión de vídeo en Full HD desde el espacio.[5]

Telesat LEO

Telesat ofrece una constelación de satélites de última generación formada por satélites LEO ultraavanzados en la órbita terrestre baja (a unos 1.000 km de la Tierra; unas 35 veces más cerca que los satélites tradicionales) que tiene el objetivo de integrarse sin problemas con las redes terrestres. La red global ofrecerá velocidades con calidad de fibra (enlaces Gbps; baja latencia 2-4 ms) con cobertura global. El sistema permite la asignación dinámica de la capacidad en función de la demanda real.[6]

La red global de órbita terrestre baja de Telesat se integrará perfectamente con las redes terrestres internacionales mediante unas 50 estaciones de aterrizaje repartidas por todo el mundo. Con unos 300 satélites avanzados en órbita a unos 1.000 km de la Tierra, los satélites LEO de frecuencia Ka de Telesat ofrecerán terabits de capacidad asequible y de alto rendimiento a cualquier lugar del mundo en el que exista demanda.[7]

Figura 2. Red global LEO de Telesat

Diseñados para cumplir las especificaciones de Multiservice Ethernet Forum (MEF), los satélites LEO de Telesat ofrecerán un servicio de transporte plug and play de nivel 2 de proveedor de red Ethernet, para conectar los terminales de los clientes remotos (sitios móviles de comunidades alejadas y empresas) con PoP urbanos.[8] Ofrecerá una solución de banda ancha de alta velocidad con calidad de fibra (enlaces de Gbps) y baja latencia (30-50 ms) (figura 2).

Figura 3. Red de fibra virtual LEO de Telesat

Una comparación técnica entre las características de los sistemas principales de satélites de órbita terrestre baja realizada por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) en 2018 llegó a la conclusión de que el sistema de Telesat ofrece una mayor eficacia en términos de media de Gbps/satélite.[9]

En resumen, los satélites LEO ofrecerán servicios de conexión y de redes de retorno muy atractivos para comunidades alejadas, con más ancho de banda y menor retraso que los servicios por satélite tradicionales. Los plazos de tiempo para la puesta en marcha de los satélites LEO serían similares a los de un satélite normal, si bien se espera que el coste del servicio sea menor gracias a la cantidad de constelaciones que ofrecen cobertura.

Red de retorno por microondas

Las microondas son una tecnología contrastada para el tráfico de las redes de retorno; tiene un bajo coste, se puede poner en marcha en cuestión de días y cubre distancias de varias millas. Las soluciones técnicas permiten la puesta en marcha de redes por microondas con banda ancha de alta velocidad (cientos de Mbps).

El campo visual (sin colinas o montañas que obstaculicen la propagación directa de la señal de microondas entre la antena emisora y receptora) ha sido un requisito para la puesta en marcha de enlaces por microondas. El funcionamiento a frecuencias más altas (p. ej. la frecuencia E) permite la puesta en marcha de soluciones sin campo visual en distancias más cortas.

Las soluciones de redes de retorno por microondas suelen funcionar en las frecuencias de 7 GHz a 40 GHz (tabla 1), así como en las frecuencias de microondas más altas como, por ejemplo, la frecuencia V (60 GHz) y la frecuencia E (70/80 GHz) (tabla 2).

Un aspecto fundamental a considerar en las redes de retorno por microondas es que el rango de frecuencia 7-40GHz es un rango autorizado, por lo que se necesita una licencia gubernamental para operar.

En resumen, las redes de retorno por microondas son una solución atractiva en caso de que exista campo de visión y se disponga de la licencia correspondiente para el espectro.

Otras soluciones inalámbricas

La tecnología wifi (espectro sin licencia a 2,4 GHz o 5 GHz) así como el espacio en blanco de televisión (frecuencia de emisión sin utilizar del espectro inalámbrico) son otras soluciones para redes de retorno inalámbricas cuya puesta en marcha ha ido en aumento entre las redes comunitarias rurales.[10]

Conclusiones

El cable de fibra óptica es la solución para red de retorno preferida siempre que sea factible. En comunidades alejadas o rurales el servicio por satélite puede ser la única solución disponible para redes de retorno. La aparición de satélites LEO promete ofrecer una mejor cobertura y una mayor capacidad de banda ancha a comunidades rurales y alejadas.

Anexo disponible en versión PDF.

Referencias

[1] GSMA, Opciones de redes de retorno móviles, noviembre de 2018, https://www.gsma.com/spectrum/resources/mobile-backhaul-options/

[2] Internet Society, Innovaciones en la administración del espectro, https://www.internetsociety.org/wp-content/uploads/2019/03/InnovationsinSpectrumManagement_March2019-EN-1.pdf

[3] MIT, “Una comparación técnica de tres sistemas de constelación de satélites de órbita terrestre baja para ofrecer conexiones de banda ancha globales”, Portillo I. et al, Congreso Internacional de Astronáutica 2018, http://www.mit.edu/~portillo/files/Comparison-LEO-IAC-2018-slides.pdf

[4] OneWeb, https://www.oneweb.world/technology#video

[5] OneWeb, https://www.oneweb.world/technology#video

[6] Telesat, https://www.telesat.com/services/leo/why-leo

[7] Telesat, https://www.telesat.com/services/leo/why-leo

[8] Telesat, https://www.telesat.com/services/leo/why-leo

[9] MIT, “Una comparación técnica de tres sistemas de constelación de satélites de órbita terrestre baja para ofrecer conexiones de banda ancha globales”, Portillo I. et al, Congreso Internacional de Astronáutica 2018, http://www.mit.edu/~portillo/files/Comparison-LEO-IAC-2018-slides.pdf

[10] Internet Society, Innovaciones en la Administración del Espectro, https://www.internetsociety.org/wp-content/uploads/2019/03/InnovationsinSpectrumManagement_March2019-EN-1.pdf

[11] GSMA, Opciones de redes de retorno móviles, noviembre de 2018, https://www.gsma.com/spectrum/resources/mobile-backhaul-options/

[12] GSMA, Opciones de redes de retorno móviles, noviembre de 2018, https://www.gsma.com/spectrum/resources/mobile-backhaul-options/

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