Cable operadores con infraestructura HFC para mejorar la eficiencia de las redes móviles a bajo costo

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El crecimiento exponencial de datos y usuarios de redes móviles es cada vez mayor, lo que representa para las compañías telefónicas una alta exigencia en la búsqueda de alternativas que logren suplir esta exigente demanda;  que no solo pretenda que las redes sean más eficientes, si no más económicas.

Actualmente hay acercamientos con empresas como los Cable Operadores con infraestructura HFC, por sus siglas en inglés (Hybrid Fiber-Coaxial) que utilizan el estándar DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specifications) para la transmisión de datos sobre sistemas de cable de alta velocidad, trabajo conjunto que pretende bajar o igualar los retardos o latencia, que se encuentran en las redes móviles a un bajo costo. 

DOCSIS define el protocolo de comunicación de banda ancha entre un Cable Modem (CM), ubicado en la casa del usuario, y el  Cable modem termination system (CMTS), ubicado en la cabecera de la compañía de Cable. La comunicación entre el CMTS y el CM es bidireccional, lo que significa que el CMTS le envía datos, comúnmente llamada “comunicación en Downstream” y el CM le devuelve información, también conocida como “Comunicación en Upstream”. La latencia mínima en HFC para Upstream es de aproximadamente 5 ms, con un promedio de 11-15 ms, pero, podría llegar hasta los 20 o incluso los 50 ms según las condiciones de la red.

Comúnmente la fibra óptica es utilizada por compañías de redes móviles, pero ésta es escasa y con altos costos, por lo que unirse a una infraestructura fija existente como son los Cable Operadores de redes de HFC, puede representar una gran oportunidad para bajar costos. Actualmente  las redes de cable han tenido una gran evolución y han logrado más desarrollo usando fibra óptica, incrementando los servicios de banda ancha; unión que estaría enfocada en aminorar la latencia que se puede generar en la infraestructura.

Haciendo una comparación con una red de fibra que tiene valores de 2 o 3 ms, estarían por debajo de la latencia minina de DOCSIS. Con estos valores, se dificulta ver un acercamiento entre HFC y la red móvil en fibra, entendiendo que la mayoría de aplicaciones 5G requieren menos de 10 ms desde el usuario hasta el Core central de la infraestructura, e incluso, se pude hablar de aplicaciones que necesitan 1 ms. Estos acercamientos dan pie a que se generen nuevos estudios y desarrollos que han llevado a los Cable Operadores a ofrecer servicios de Gigabit, actualizando sus redes a “DOCSIS 3.1” ofreciendo velocidades de 10 Gigas en Downstream y 2 en Upstream y se está trabajando para llegar a valores de 10 Gigas simétricas, es decir en ambos sentidos.

Ahora bien, hablemos de la nueva tecnología celular 5G, ésta depende de redes fijas robustas para entregar su potencial, por lo que una red HFC esta potencialmente equipada para soportar las conexiones radiales que ésta exige. El desafío de estas empresas será trabajar con sus socios tecnológicos en estrategias y arquitectura que fusione las redes y los servicios para crear valor hacia los clientes.

Una tendencia significativa dentro de las compañías móviles en los últimos años ha sido la adopción de red de acceso de radio centralizado (RAN) por sus siglas en ingles Centralized-Radio Access Network y la arquitectura Cloud-RAN, ambas comúnmente abreviadas con C-RAN.

Estas arquitecturas aprovechan la migración de la interfaz entre el cabezal de radio remoto (RRH), remote Radio head, que se conecta a las antenas y a la unidad de banda base (BBU), Baseband unit que crea la señal de radio frecuencia (RF) que cada antena (RRH) transmite desde cables coaxiales a fibras ópticas.

Esto se hizo inicialmente para reducir el consumo de energía y costo, aprovechando la oportunidad para mover las BBU fuera de las celdas a una centralizada donde varias BBUs pudieran estar localizadas. La conectividad entre las BBU y las RRH requiere una nueva red de Fronthaul que utiliza un protocolo llamado interfaz de radio pública común (public radio interface) (CPRI) para llevar una versión digitalizada de la señal de RF analógica entre la BBU y RRH.

La arquitectura C-RAN que se muestra en la imagen de la izquierda y la arquitectura de la red HFC en la imagen de la derecha que se relaciona bajo este párrafo, se puede apreciar una comparación significativa. C-RAN usa tecnología RF para entregar señales móviles analógicas, mientras que HFC utiliza óptica lineal para entregar señales DOCSIS/video analógicas. El último segmento desde el nodo de fibra hasta el CM también es similar al segmento inalámbrico en C-RAN, donde las señales DOCSIS y LTE se transmiten en sus formas de onda analógicas por cable coaxial o interfaz aérea, respectivamente.

 

 

En artículos como: “Low Latency Techniques for Mobile Backhaul over DOCSIS” dan a conocer pruebas realizadas con la plataforma OpenAirInterface (OAI) la cual crea software abierto para desarrollos móviles y el enrutador de banda ancha de Cisco cBR-8 (CMTS), el cual es usado por muchas compañías HFC en todo el mundo. Las pruebas muestran una mejora en la latencia bajo todas las condiciones de carga de tráfico con la creación de una API que es implementada en el cBR-8 con el fin de recibir e interpretar la información LTE para ser convertida a datos DOCSIS y así el cBR-8 pueda entender los datos enviados; esto ayuda a reducir la cantidad de software necesario sin realizar cambios en la infraestructura existente.

Finalmente se observa que la mayor parte de la movilidad inalámbrica será desplegada para densificación en áreas urbanas y suburbanas donde los Cable Operadores tienen acceso a derechos de paso públicos, lo que puede ayudar en la instalación de nuevas infraestructuras.

Es importante resaltar que el acercamiento entre las empresas de redes móviles y las de cables HFC, es una gran oportunidad para estas últimas, de entrar en un mercado tan productivo y llamativo como es la telefonía celular, la cual ha tenido una exponencial evolución  en los últimos años.

Escrito por: Wanderley Garcia – Ingeniero Especialista, Operaciones MSC 

Fuentes:

  • Evolved Cable Access Networks to Support 5G Services.pdf
  • Low Latency Techniques for Mobile Backhaul over DOCSIS .pdf
  • An Efficient Fronthaul Scheme Based on Coaxial Cables for 5G Centralized Radio Access Networks.pdf

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