Diferentes Arquitecturas

Utilizadas en Redes de CATV

Ing Juan Ramn Garca Bish

jrgbish@hotmail.com

Arquitectura Tipo Arbol y Rama (Tree & Branch)

Es la arquitectura tradicionalmente utilizada en las redes de CATV desde 1950 hasta 1990

Consta de dos partes bsicas : - Lnea troncal que se va ramificando. - Lnea de distribucin que se deriva de la troncal.

Conexiones a usuarios se toman de la distribucin

Cascada de amplificadores troncales = 30 o 40 amp

Cascada de distribucion = 1 Bridger + 3 extensores

Ancho de banda tpico 220 MHz hasta 550 MHz.

Espaciamiento tpico 22 a 25 dB.

Arquitectura Tipo Arbol y Rama Esquema Bsico

Arquitectura Tipo Arbol y Rama

Calidad de seal muy dependiente de la ubicacin

del cliente respecto al headend.

Fluctuaciones de nivel de seal al final de la linea

por la gran cantidad de dispositivos en cascada.

Poco confiable, gran cantidad de dispositivos

encadenados genera multiples puntos de falla.

Inapropiada para servicios bidireccionales :

- Baja capacidad de retorno compartida entre muchos

- Efecto de acumulacion de ingreso interferencias

Limitacion de ancho de banda

Arquitecturas tipo HFC

HFC = Arquitectura hibrida de fibra optica y cable coaxil

Cada variacion de diseo tiene su acronismo - CAN = Cable Area Network - FBB = Fiber Backbone - FTF = Fiber to the Feeder - FTLA = Fiber to the Last Active - FTTC = Fiber to the Curb - FTTH = Fiber to the Home

Arquitecturas Tipo HFC

Esta arquitectura se basa en una estructura celular donde enlaces de fibra ptica vinculan pequeas celdas (nodos) con la cabecera del sistema.

Caracterstica de las construcciones desde 1990.

Tamao del nodo ptico : - 1990-1995 => 2000 a 5000 hogares - 1995-2000 => 1000 a 2000 hogares - 2000-2005 => 100 a 1000 hogares

Ancho de Banda : - 1990-1995 => 550 a 750 MHz - 1995-2000 => 750 a 860 MHz - 2000-2005 => 860 a 1000 MHz

Cable Area Network - CAN

Mas que una arquitectura se trata de una herramienta de actualizacin del sistema (upgrade).

Consiste en reemplazar partes de la linea troncal por enlaces de fibra ptica.

Permite mejorar la confiabilidad y la calidad de la seal al reducir cascadas de amplificadores.

Permite implementar sistemas redundantes si se utiliza la vieja troncal como reserva.

Permite utilizar este recurso como alternativa para ampliar el ancho de banda reemplazando troncales por equipos de mayor ganancia (superior a 30 dB)

Cable Area Network

Fiber Backbone

Si se invierte la posicion de algunos amplificadores

de la vieja troncal se logra optimizar la relacin

entre cascada y cantidad de enlaces de fibra.

Se pierde la redundancia al no poder utilizarse la

vieja troncal como reserva.

Esta arquitectura se utilizo tanto en actualizacin

como en nuevas construcciones a fines de los 80s

Fiber Backbone

Fiber to the Feeder

Esta arquitectura parte de definir el alcance del

nodo optico en funcion de una cierta cantidad de

casas pasadas o extension geografica.

La calidad de seal buscada tambien limita la

extension del nodo optico.

En el tramo coaxil diferenciamos lineas expreso

(express feeder) y lineas de distribucion.

Es practica comun no intercalar derivadores

domiciliarios (multitaps) sobre las lineas expreso.

Fiber to the Feeder

Fiber to the Last Active

Esta arquitectura ubica un nodo ptico con

varias salidas operando en alto nivel para

alimentar una gran cantidad de clientes.

Nodos pequeos, menos de 100 hogares tpico.

No existen amplificadores en cascada.

La distribucin es totalmente pasiva

PON = Passive Optical network.

Arquitectura eficiente en areas de densidad

media o alta.

Fiber to the Last Active

Fiber to the Curb

El cable de fibra optica llega hasta la puerta de la

casa del suscriptor (curb = cordon de la vereda).

Esta arquitectura se basa en mini-nodos de bajo

costo con 4 , 8 o 16 salidas.

Nodos muy pequenos, menos de 20 hogares

Igual que la arquitectura de fibra hasta el ultimo

activo es totalmente pasiva.

Arquitectura muy rica en tendido de fibra

La unica limitacion de ancho de banda esta en el

enlace optico

Fiber to the Home

El cable de fibra optica ingresa a la casa del

cliente

Se requieren cables de gran cantidad de

fibras opticas.

Todavia no resulta economicamente viable

Consideraciones sobre la

Cantidad de Fibras

Fiber count = cantidad de fibras opticas que se

asignan a cada nodo.

Debe definirse si se va a permitir dividir la senal

optica en la calle. Es preferible hacer todo el

manejo de las seales pticas (division,

conmutacion y combinacion) en el headend.

Minima cantidad de fibras = 2 por nodo

(1 fibra para directa y 1 fibra para reversa)

Cantidad de fibras recomendada 8 a 12 por nodo

12 fibras = 4 directa + 4 reversa + 4 reserva

Arquitectura HFC Evolucin

A medida que el tamao del nodo va disminuyendo cada vez se requiere que mas fibras pticas lleguen hasta la cabecera del sistema.

En sistemas sin redundancia el numero de fibras en los cables se ira reduciendo a medida que nos alejemos de la cabecera (modulo escalonado)

En sistemas redundantes tendremos un anillo con cantidad constante de fibras (modulo constante)

Con nodos pequeos se tiene casi la misma calidad de seal en cualquier punto del sistema.

Arquitectura HFC Estrellas de Fibra - Mdulo Decreciente

Arquitectura HFC

Anillos de Fibra Modulo Constante

Arquitectura HFC

Caso Real - Cantidad de Fibras

Consideremos los siguientes parmetros :

- Ciudad de 1.000.000 hogares (Buenos Aires)

- Nodos de 1000 hogares pasados.

- Prevision de 12 fibras pticas por nodo.

Con estas hiptesis resulta :

- Cantidad total de nodos = 1000

- Cantidad total de fibras pticas llegando

a la cabecera del sistema = 12000

Arquitectura HFC - Segmentacin

Para reducir la cantidad de fibras que llegan al Headend dividimos al sistema en unidades menores denominadas HUBs .

Desde el Headend llegamos a los HUBs con enlaces redundantes de fibra (anillos).

Desde los hubs llegamos a los nodos con : - Enlaces redundantes (anillos) - Enlaces no redundantes (estrella o modulo

decreciente)

Arquitecturas HFC modernas

De acuerdo a las consideraciones anteriores resultan tres arquitecturas modernas tipo HFC.

Anillo Estrella : Anillo entre HUBs y estrella al nodo.

Doble Anillo : Anillo entre HUBs y anillo entre los nodos.

Anillo Anillo Estrella Introduce el concepto de HUB secundario. Anillo HUBs primarios y anillo HUBs secundarios Estrella de Hub secundario al nodo.

Arquitectura HFC

Tipo Anillo - Estrella

Arquitectura HFC

Tipo Anillo - Anillo

Arquitectura HFC

Tipo Anillo Anillo - Estrella

Anillo ptico Headend Hub Dividiendo la seal ptica en Headend

Anillo ptico Headend Hub Dividiendo la seal ptica en Anillo

Broadcast & Narrowcast

Broadcast = La misma informacin esta presente en todos los puntos del sistema. Estructura tpica de transmisin en la arquitectura tipo rbol y Rama (Tree & Branch)

Narrowcast = Se transmite informacin difernciada segn el cliente o la regin geografica. Las diferentes variantes de la arquitectura HFC permiten segmentar el area de cobertura enviando informacin especifica segn el nodo, grupo de nodos o HUB.

Servicios Tipo Narrowcast

Canal de informacin local o regional. (Diferenciado por HUB o grupo de HUBs)

Servicios de Video por Demanda (VOD). (Diferenciado por nodo o grupo de nodos)

Servicios de Telefona y Datos . (Diferenciado por nodo o grupo de nodos)

Insercin de publicidad diferenciada por target de audiencia.(Diferenciado por nodo o grupo de nodos)

Al direccionar la informacin solo al usuario que debe recibirla se logra optimizar el uso del ancho de banda (permite el reuso de frecuencias)

Arquitecturas de Narrowcast

Narrowcast a nivel RF desde el HUB.

CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing):

1550nm Broadcast / 1310 Narrowcast

DWDM (Dense wave Division multiplexing):

1310nm Narrowcast / 1550 Broadcast

DWDM (Dense Wave Division Multiplexing):

1550nm Narrowcast / 1550 Broadcast

Narrowcast a Nivel RF desde el Hub

CWDM Narrowcast en 1310 nm

DWDM Narrowcast en 1550 nm

DWDM Narrowcast en 1550 nm

Multiplicacin Capacidad Upstream

Dedicacion de mas fibras al retorno.

Apilado de frecuencia, conv. en bloque.

(Frequency Stacking , Block Conversion)

WDM , CWDM, SWDM, DWDM

(Wave Division Multiplexing)

Retorno Digital

Combinacion de las anteriores

- DWDM + Frequency Stacking

- DWDM + Retorno Digital

Dedicacion de mas Fibras al Retorno

Es el metodo mas economico si existe suficiente

cantidad de fibras de reserva.

Permite utilizar transmisores opticos tipo

Fabry-Perrot (FP) o DFB.

Transmisores FP: economicos pero baja pefomance

(problemas de ruido y de estabilidad termica)

Metodo caro si hay que instalar nuevo cable de

F.O., sobre todo en zonas urbanas.

Tipicamente se preveen 4 fibras por nodo para

retorno lo cual permite segmentar el nodo en cuatro

partes.

Multiples Fibras de Retorno

por Nodo

Conversion en Bloque

Se efectua una conversion hacia frecuencias mas

altas para multiplexar cuatro retornos dentro de

una banda de 200 MHz de ancho de banda.

No permite el uso de transmisores opticos tipo FP

pues se requiere una mayor linealidad. Solo se

puede trabajar con transmisores tipo DFB.

La perfomance del sistema depende de las

caracteristicas de cada conversor en bloque :

- Rango Dinamico

- Estabilidad en Frecuencia

- Ruido de Fase

Conversion en bloque

Multiplexacin por long de onda

WDM o CWDM (coarse wave division multiplexing) Una longitud de onda cercana a los 1310 nm y otra a los 1550 nm

SWDM (sparse wave division multiplexing) Una long de onda de 1310 nm se combina con hasta 8 de 1550 nm.

DWDM (dense wave division multiplexing) Idem al caso anterior pero llegando hasta 16 longitudes de onda para operacin analogica y 32 en el caso digital

SWDM Sparse Wave Division Multip.

Estabilidad de los laser DFB = 15 nm .

Longitudes de onda espaciadas = 20 nm .

Valores nominales de longitud de onda = 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590 y 1610 nm.

Amplio rango de longitudes de onda no permite el uso de amplificadores pticos EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier)

Adecuado para cubrir links de hasta 13 dB de presupuesto ptico.

DWDM Dense Wave Division multiplexing

Usualmente cubre la banda C = 1520 - 1570 nm.

La ITU (International Telecommunications Union)

ha definido un set de longitudes de onda standard

que se conoce como grilla ITU.

Espaciamiento grilla ITU = 100 GHz o 0.8 nm.

Canales ITU comienzan con CH 0 = 1577.86 nm

Tecnologia actual permite transmision de seales

analogicas con tecnicas DWDM hasta 8 long. de

onda por fibra (16 en condiciones especiales).

SWDM DWDM en el Hub

Hub Activo

DWDM en el Hub - Hub Pasivo

Retorno Digital

El sistema mas basico consiste en digitalizar la seal

analogica de 0 a 42 MHz.

Para un rango dinamico adecuado se requieren

conversores Analogico-Digitales de 10 a 12 bits y

frecuencias de muestreo superiores a 90 MHz.

En estas condiciones se requiere un link digital de

2.5 Gbps para transmitir dos retornos independientes.

Permite utilizar transmisores opticos de bajo costo.

Mayor robustez permite SWDM con links de 23 dB.

Digital DWDM permite hasta 32 longit. de onda.

Retorno Digital

Conversion en Bloque + DWDM

Combina tecnicas de conversion en bloque en el

Nodo con DWDM en el Nodo o Hub.

Permite implementar estructuras centralizadas sin

incrementar considerablemente la cantidad de fibras

que llegan a la cabecera.

Multiplexando :

- 4 bloques sobre 8 lambdas = 32 retornos x fibra

- 4 bloques sobre 16 lambdas = 64 retornos x fibra

- 8 bloques sobre 16 lambdas = 128 retornos x fibra

Conversion en Bloque + DWDM

Nodo Escalable

Escalabilidad vs Redundancia

Nodo escalable admite los siguientes modulos :

- 4 Receptores opticos

- 4 Transmisores opticos

- 2 Fuentes de alimentacion

Maxima escalabilidad sin redundancia = 4 x 4

Division en 4 downstreams + 4 upstreams

Maxima escalabilidad con redundancia = 2 x 2

Division en 2 downstreams + 2 upstreams

Escalabilidad vs Redundancia

Downstream

Escalabilidad X2 Escalabilidad X2 Escalabilidad X4

Sin redundancia Con redundancia Sin redundancia

Escalabilidad vs Redundancia

Upstream

Sin escalar Escalabilidad X2 Escalabilidad X4

Con redundancia Con redundancia Sin redundancia

Esquema Hub Downstream

Esquema Hub Upstream