Consideraciones y Tendencias en la evolución hacia NGN

Conferencia

Dr. René Yañez de la RiveraDepartamento de Telemática

ISPJAE

Asesor de Tecnología

GKT s.a.

Noviembre 2005

SUMARIO

• Introducción

• Definición de la UIT-T

• Direcciones de Desarrollo según Huawei T.

• Red de Acceso de Banda Ancha.

• Redes Inalámbricas

• Competencia W LAN vs. 3G

• Evolución del Móvil Celular a 3G

• Protocolo IPv6

• Red de Transporte de Próxima Generación (Red Óptica Total)

Bibliografía

• Yañez R: “Redes de Próxima Generación: Estrategia de Operadores y Suministradores”. Evento CITMATEL 2003.

• Wei Leping: “Consideration and practice of NGN”. Huawei Technologies. April 2005. Issue 16.

• AHCIET: “Las Telecomunicaciones y la Movilidad en la Sociedad de la Información”. 2005

• Tanembaum A: “Computer Networks”. 4ta. Edicion. 2003• Wise Geek: “What is Wi-Max? (Web)• Bamboweb Dictionary: “Wi-Fi” Wikipedia (Web).• Rosalia Arroyo: Wi-Fi una amenaza para las 3G.• GKT S.A: “Reportes mensuales sobre Tendencias de las Telecomunicaciones”. Agosto a

Noviembre 2005.• Jesús Felipe Lobo Poyo,Wsewolod Warzanskyj García.:”Redes de transmisión todo

ópticas: independencia frente a las redes de transporte”. Telefónica Investigación y Desarrollo. España. 2002

• Peter Christian Schmutzer :”Next Generation Optical Networks: The Convergence of IP Intelligence and Optical Technologies”. Prentice Hall. 2001.

Tendencias de las Comunicaciones en el Mundo: un Resumen

• Convergencia de voz, video y datos en una sola red conmutada en paquetes.

• Predominio del protocolo IP.

• Surgimiento de las Redes de Próxima Generación (NGN).

• Aumento de la velocidad en el Acceso: Servicios de banda ancha .

• Redes de Acceso Móviles de voz y datos.

• Red Óptica Total.

Tendencia de evolucion

• Cambio de escenario

Circuit based

Electronic based

Packet based transport

Optic based transmission

Integrated Telecommunication Infrastructure

Voice

Data

Datainc.

VoiceIntegrated Service

Pronostico del comportamiento de los servicios de voz y dato.

NGN

CENTREX

Video Conference

Voice Access

Multimedia access

Image Access

Data Access

LAN E-PhoneADSL

ISP/ICP

Intranet/Extranet

PORTAL

PSTN/ISDN

MAN

IN

X.25

NGN

Conceptos en NGN

•       NGN es una red de conmutación de paquetes basada en el protocolo IP.   

• Se separan las funciones de conmutación y control de la llamada, en dos partes bien diferenciadas.

•         Arquitectura en Niveles: • 1. Servicio y Aplicación• 2. Control • 3. Transporte (núcleo de conmutación IP con

IP/ATM/SDH/WDM o IP/WDM )• 4. Acceso (Gateways de media para la interconexión con

los abonados y con las redes tradicionales como la PSTN)

Modelo de capas en NGN

Composición de NGN

      NGN se compone de Sosftswitch, Gateways, dispositivos de acceso como los llamados IAD (Integrated Access Device) , las PABX con GW IP, asi como un núcleo de conmutación y transporte compuesto por Routers IP.

        Estas estructuras son menos costosas y más compactas que los conmutadores de la red de voz tradicional.

Stack de Protocolos NGN

Relación de Protocolos por capa

Aplicación de NGN

• Nuevos operadores

• Sustitución parcial de la PSTN

• Sustitución total de la red tradicional

SS7 PSTN

DBServer

INServer

IAD

SG TG

E1/T1 E1/T1NO7

Ethernet100M

Ethernet100M

Ethernet100M

Ethernet100M

SS

IAD ： (Integrated Access Device) SG ： Signaling GatewayTG ： Trunk GatewaySS ： Softer Switch

APPServer

IADAccess Gateway

PBX

PBX

NGN : Nuevos Operadores

Soluciones NGN para Redes Tandem y de Larga Distancia

IP/ATM oIP/MPLS

Class-5Class-5Class-4

SS7

IP Control

SS7-ISUP SS7-ISUP

E1

Softswitch

PSTNUser A

User B

E1

TG TG

Etapa de Transito

• Un desafío:

• Si el conmutador tradicional tiende a quedar obsoleto en un futuro, que hacer con las instalaciones actuales y como afrontar desde el punto de vista de diseño, el transito hacia NGN?

Respuesta de las Empresas Lideres

• 1. Las centrales telefónicas actuales se fabrican con módulos internos que realizan las funciones de Gateway de IP por lo que están preparadas para prestar servicio en NGN, en el nivel de acceso.

• 2. Las centrales tandem actuales pasan parte de su trafico a la red IP y transportan principalmente señalización.

• 3. Centrales de alta capacidad, Tandems, con conmutador IP/ATM incorporado para operar en primera fase de NGN.

IP/ATM o IP/MPLS

Soft Switch Equipment

IP inter-network office

PSTN/ISDN

Fase 1

Fase 2

NGN Application

Fases de Introducción de NGN

Escenario cubano

• Prueba de Campo de NGN con los suministradores Alcatel y Huawei , en ejecución con resultados positivos.

• Introducción de líneas fijas NGN desde el 2006.

IP Network

iManager N2000

PSTN Exchange

AMG5320

IAD132E(T)

UMG8900

SoftX3000

SNMP/MML

H.248

VoIPVoIP

VoIP

No.7

TDM

Holguin

U-Path

IAD132E(T)

VoIP

Buenaventura

Aquila

Prueba Piloto en Cuba: 1ra Version

Se realizo una variante en Águila, por el momento

Líneas a instalar en Habana

Líneas a instalar en el àrea oriente

Número de líneas

~101.500 sustituciones de líneas~8.500 nuevas líneas

-

-

Líneas TDM

Líneas NGN

19.068 30.994

29.646

27.735

23.093

130.5365.470

6.507

9.245

15.39536.617

2004 2005 2006 2007 2008 Acumulado ‘04-‘08

Número de líneas

027.500

24.200

30.800

27.50024.200

85.800

2004 2005 2006 2007 2008

36.464

36.153

36.980

38.488 167.1532.868 sustituciones de líneas en Guantánamo16.200 sustituciones de líneas analógicas

-

-

49.888 sustituciones de líneas analógicas95.318 sustituciones da líneas digitales21.847 ampliaciones

---

110.000

Cumulado ‘04-‘08

Penetración de NGN en la red nacional

Definición de NGN según la Unión Internacional de Telecomunicaciones

(UIT)• “En primer lugar, es una red de conmutación de paquetes. • Ofrece todos los servicios, utilizando tecnologías de banda ancha y con

garantía de Calidad (QoS). • La tecnología de transporte esta separada de los servicios, de modo que el

usuario final puede acceder a diferentes Servidores de Aplicaciones. • La NGN soporta movilidad universal y provee servicios uniformes y

siempre en línea (always-on). • NGN es verdaderamente una sombrilla que cubre casi todos los aspectos

de las redes como son el nivel dorsal, la red metropolitana, acceso y predios del usuario.

• En el Servicio, NGN significa la red de servicios de Próxima Generación.• En el Acceso significa toda clase de acceso de banda ancha. • De cara a la red de Transporte. NGN significa la nueva generación de

Transporte Óptico Inteligente”.

Cinco Direcciones de EvoluciónHuawei

• Evolución hacia una red de acceso multiservicio de banda ancha.

• Evolución hacia los Softswitch de próxima generación. (Se refiere al transito del conmutador tradicional TDM al Softswitch )

• Evolución hacia la próxima generación del protocolo de Internet IPv6.

• Evolución hacia la próxima generación de móvil celular representada por 3G.

• Evolución hacia una red de Transporte de próxima generación. (Se refiere a la red óptica total de alta velocidad y con conmutación en el propio dominio óptico)

Evolución hacia una red de acceso multiservicio

de banda ancha.

• En el presente la red de Acceso es el cuello de botella que limita la velocidad, por lo que un problema clave es buscar soluciones que aumenten la velocidad de transmisión en

esta porción de la red. • Coexistirán varias tecnologías: xDSL, LAN inalámbrica,

Móviles de tercera generación (3G), Modems de cable y Redes Ópticas.

xDSL (Cobre)

• ADSL2+ se extiende en ancho de banda hasta 2.2 MHz con velocidades de transmisión de hasta 20 Mbps en distancias de 1.2 Km.

Redes Ópticas

• Redes Pasivas (PON). No tienen equipos activos por lo que no sufren Interferencia Electromagnética y descargas eléctricas.

• CWDM (Multiplexacion por división en lambda aproximada). Soluciones al nivel metropolitano. Hay que prestarle atención.

Home Gateway (Pasarela del Hogar)

• Se están produciendo cambios significativos en las premisas del usuario y el mas importante es el surgimiento de la Pasarela del Hogar (Home Gateway)

• Conecta la red domestica de la casa con la red publica, funcionando como un dispositivo de control inteligente.

• Incluye modem ADSL, enrutador y punto de Acceso a LAN inalámbrica.

• Provee pared de fuego, VPN, NAT, DNS, QoS, y multicast. • Las funciones de Comunicación son pasarela de VoIP, autenticación

de usuario, tarjeta inteligente y autenticación unificada. • El Software soporta Plug and Play universal (UPnP) y cumple con

mid-ware según OSGi. Este dispositivo incrementa el valor del acceso de banda ancha.

IPTV

• Una aplicación importante del acceso de Banda Ancha que esta creciendo muy rápido es la denominada TV sobre IP (IPTV).

• Es un servicio de valor agregado, del tipo multimedia de banda ancha y basado en Internet.

• Utiliza como terminales los llamados Set Top Boxes (Cajas de Acoplamiento al TV) y otros dispositivos que incluyan codificadores de video.

• Ofrece servicios de transmisiones en vivo, multicast tipo streaming, video en demanda, videoteléfono, juegos interactivos, karaoke sobre TV, aprendizaje a distancia y anuncios interactivos.

• Aunque se espera ingresos significativos por la vía de IPTV, los fabricantes por el momento recomiendan cautela e ir paso a paso porque existen diversos riesgos como son las fuentes de programas, las limitaciones de la red, problemas de políticas, definición de contenidos, tecnología y mercado.

Integración IPTV –H. Gateway

• Se plantea también la integración del Set Top Box para IPTV con la Pasarela del Hogar.

• De esta forma varios videos pueden transmitirse a receptores corrientes de televisión, rompiéndose el cuello de botella del acceso de las computadoras a los servicios de banda ancha.

• Esta claro que se esta produciendo la convergencia de las industrias de las telecomunicaciones, la computación y la televisión con la radiodifusión.

• Esto ayudara a los operadores de telecomunicaciones a convertirse en Operadores Completos.

2G,3G

Redes Inalámbricas

El estándar IEEE 802.15

• Las redes inalámbricas de área personal (WPANs) [5.17] permiten

comunicar entre sí teléfonos móviles, PDAs, PCs y otros aparatos a distancias cortas, de algunos metros. Bluetooth es la tecnología más conocida y disponible en todo tipo de equipos. Aunque fue desarrollada por un grupo de compañías, 802.15 ha adaptado y convertido Bluetooth en un estándar (IEEE 802.15.1) y desarrollado una nueva norma, IEEE 802.15.3 (denominada Zigbee), con mayores tasas de bit (hasta 55 Mbit/s) y menor consumo. Futuros desarrollos basados en técnicas UWB (Ultra Wide Band) apuntan a tasas de 100 Mbit/s o superiores, que permitirán vídeo y aplicaciones multimedia.

Estándares de la Recomendación 802.11

El estándar IEEE 802.16

• Las redes de área metropolitana (WMAN) [5.18] se plantean como una alternativa a los accesos ADSL o de cable para empresas, fundamentalmente. Permiten un despliegue más rápido, económico y flexible. El grupo 802.16 ha producido un estándar de capa MAC que permite tasas de hasta 70 Mbit/s, funcionando sobre una capa física con múltiples variantes de frecuencia, desde 2 a 66 GHz. La revisión 802.16a se conoce popularmente como WiMax, y tiene equipos ya disponibles comercialmente.

Estándares en proceso

• . El estándar IEEE 802.20• El grupo IEEE 802.20 [5.19], de reciente creación, parte del concepto

de área metropolitana al que añade movilidad. Especificará, al igual que IEEE 802.16, las capas de acceso al medio y física en bandas de frecuencia inferiores a 3,5 GHz, con un objetivo de tasas superiores a 1 Mbit/s y una movilidad de hasta 250 km/h.

• 5.4.5. El estándar IEEE 802.21• El grupo IEEE 802.21 [5.20] estudia técnicas para permitir traspasos

entre redes heterogéneas (IEEE 802.11/802.16/802.20 y UMTS o GPRS). El objetivo es un estándar que definirá mecanismos independientes del acceso al medio (capa 2). Estos mecanismos permitirán optimizar la detección y selección de los puntos de acceso y los traspasos, procesos que en todo caso son gestionados por entidades de las capas superiores.

Evolucion de la Red Movil

• 1G: Primeros sistemas de telefonía celular analógicos. Solo para voz• 2G: Sistemas digitales, especialmente GSM. Para voz. Incorpora

servicio de datos a 14 kbps sobre conmutación de circuitos.• 2.5G: GPRS (General Packet Radio System). Conmutación de

paquetes. 28 kbps y mas. Servicio de Internet.• 3G: UMTS (Universal Mobile Telephone System). Voz y datos. Cx de

paquetes. 300kbps. Comienza con retrasos el despliegue!• 4G: 2Mbps! 10Mbps! Para algunos esto ya lo logra Wi-Fi (!???)

Evolucion en velocidad de acceso de la red movil y pronostico de penetracion en el mercado.

LAN Inalámbrica frente a tecnología móvil

celular. • En principio ambas tecnologías son complementarias, pero a la luz de

la competencia en el mercado han surgido otras opiniones al respecto. • Así algunos argumentan que las tecnologías WiFi tienen la clave para

reemplazar las redes celulares como GSM. • Algunos obstáculos para esto son la no existencia de roaming y de

autenticación, aspectos sobre los que se trabaja, surgiendo plataformas telefónicas completas que incluyen Oficinas Centrales y Terminales que usan el transporte de Wi-Fi.

• Los fabricantes de tales productos son las compañías Zyxel, SocketIP y Symbol Technologies.

LAN Inalámbrica frente a tecnología móvil

celular..• Se están vendiendo también productos que combinan en un

solo equipo la conmutación en Wi-Fi y móvil celular, planteándose que en un futuro los sistemas móviles van a operar sobre múltiples normas.

• Es interesante decir que a Wi-Fi se le ha empezado a llamar cuarta generación (4G) haciendo alusión a que su velocidad es superior a la prometida en el móvil celular de tercera generación (3G) que no sobrepasa 2 Mbps.

Wi-Fi, una amenaza para la 3GPor Rosalía Arroyo [10-04-2003]

• Visión de Europa.• Rápida, barata, fácil de instalar y, sobre todo, real, Wi-Fi se presenta como la

gran amenaza para la 3G o UMTS.• Internet móvil ha llegado y es imparable, pero no de la mano de la UMTS,

aquel sueño en el que las operadoras europeas invirtieron más de 350.000 millones de euros y que no acaba de despegar.

• Por otra parte, mientras esperamos la llegada de la 3G, GPRS, esa tecnología intermedia entre la actual GSM y la futura UMTS no termina de dar los frutos prometidos.

• Como ha señalado Bill Clark, director de investigaciones de la firma de investigación de mercado Gartner Group, "GPRS no dejará de dar pérdidas hasta algún momento entre 2009 y 2011".

• Una noticia que reciben con escalofríos las operadoras, que apostaban porque los usuarios de móviles estaban más que interesados por recibir servicios avanzados de datos a través de los teléfonos móviles.

Predicción de Forrester Research

July 13, 2005: Let's Get Real About WiMAX

Cheap, Mobile Broadband For The Masses — After 2010 by Charles S. Golvi, Lars Godel

• Intel y Alvarion anuncian un cambio significativo en la red con WiMax• Sin embargo estudios mas profundos indican:

• WiMAX's Momentum Will Build Slowly Over Time• 2005 Through 2007: A Diverse Set Of Fixed Applications Will Emerge• 2008 To 2009: Nomadic Wireless Broadband Will Be The Sweet Spot• 2010 And Beyond: Broadband Will Go Mobile; WiMAX Will Coexist With

Other Technologies

• Tecnologias chinas WiMax: Huawei, ZTE

Evolución hacia la próxima generación de móvil celular representada por 3G.

• Visto como un todo, la tendencia de desarrollo de las comunicaciones móviles es hacia la tercera generación (3G). Con esto se explotan nuevos recursos del espectro, se unifican estándares, alcanzar un roaming uniforme y lograr diversos requerimientos.

• Sin embargo hay que seguir de cerca la evolución de las tecnologías que compiten en esta línea: CDMA, WCDMA y GSM. Huawei enfoca esta evolución sobre la base de CDMA y WCDMA, dos tecnologías que considera maduras. Plantea también variantes de 3G mejoradas denominadas E3G y B3G, previas a una cuarta Generación (4G).

• El proceso de introducción y comercialización de 3G en la red de telecomunicaciones debe transcurrir, según pronósticos de Huawei, entre el 2007 y el 2012. Evidentemente han ocurrido retrasos en el proceso de desarrollo y en especial, la introducción de estas tecnologías.

Evolución hacia la próxima generación del protocolo de Internet IPv6.

• El protocolo IPv4, actualmente en uso, tiene limitaciones en cuanto a la capacidad de direccionamiento. Si se toman en consideración las próximas aplicaciones basadas en Softswitch, terminales 3G, Softswitch, redes en el hogar, entre otras, alrededor del 2010 la capacidad de direccionamiento debe quedar agotada.

• Además, IPv4 esta limitado en aplicaciones, calidad de servicio, gestión y seguridad, por lo que no satisface las exigencias futuras. De aquí, que la tendencia es moverse hacia la próxima generación de protocolos IP mediante la introducción del IPv6 de altas prestaciones.

• IPv6 resuelve las limitaciones anteriores y soporta más fácilmente los móviles IP.

• A largo plazo IPv6 junto con MPLS formaran parte integral de las plataformas NGN.

• Por el momento la introducción de la versión IPv6 es un proceso gradual que confronta obstáculos por parte de proveedores de servicios y usuarios finales.

Evolución hacia una red de Transporte de próxima generación.

• La tecnología de Multiplexacion por Longitud de Onda (WDM) se ha desarrollado en los últimos años alcanzando velocidades de hasta 1.6 Tbps.

• En la medida en que el tráfico se concentre más y más en servicios IP dinámicos, es indispensable contar con una infraestructura flexible de la Red Óptica: La tendencia es hacia la introducción de soluciones de conmutación y otras funciones al nivel de longitud de onda, con un mínimo de transformaciones al nivel eléctrico.

• En este contexto surge el concepto de Red Óptica de Conmutación Automática (ASON, según siglas en ingles) para transformar la red estática en una red de conmutación automática. Se reportan ventajas en cuanto a que permite la asignación dinámica de los recursos a las rutas, instalación de los servicios en menos tiempo, costos bajos de operación y mantenimiento, recuperación rápida por fallas, entre otras.

• Para lograr la operación de redes ópticas aun quedan por resolver diversos problemas de hardware, software y estandarización. Tiene, no obstante, amplias perspectivas y la red óptica inteligente constituye un objetivo importante de desarrollo y mercado para las comunicaciones en los próximos años.

Nuevo Modelo de Red de Transporte

Evolucion hacia una arquitectura de dos capas.

Proceso de evolucion mostrando como se introduce el protocolo de QoS y control de trafico, MPLS, en el nivel optico

Red Óptica Total (AON) o Red Óptica de Conmutación Automática (ASON según Huawei)

Apuntes

Concepto

• Una red es todo óptica si la transmisión de información no sufre ninguna conversión óptico-eléctrica, aunque el control de los trayectos de luz puede controlarse por medios electrónicos.

Concepto..

• Una propiedad única es la habilidad de hacer enrutamientos al nivel de longitudes de onda.

• Aquí, el trayecto de la señal es determinado por la longitud de onda y el origen de esta señal, así como por el estado de los conmutadores de la red y los conversores de lambda.

Concepto…

• A diferencia de otras alternativas de red todo óptica, el enrutamiento a nivel de lambda, provee un trayecto óptico (light path) transparente entre los terminales de red.

• Un trayecto óptico es un camino que atraviesa la señal en la red desde una fuente a un solo destino el cual puede incluir conversores de onda.

• Un trayecto de longitud de onda (wavelength path) es un camino óptico donde no ocurren cambios de lambda.

• Se maneja el termino de “ transparencia” que permite a usuarios heterogeneos compartir los recursos en la red.

Concepto….

• Por ejemplo, algunas lambdas pueden transportar señales analógicas, mientras otras se utilizan simultáneamente para información digital.

• Diferentes terminales de red pueden usar diferentes formatos de modulación y los terminales pueden mejorarse (upgrading) sin reconfigurar la red.

• Como filosofía la red ofrece ancho de banda en demanda y deja que los usuarios determinen sus necesidades individuales de hardware.

Pasos

• El primer paso hacia AON es la tecnología DWDM

• Después se incorporan nuevos componentes o bloques que amplían la funcionalidad en el nivel óptico

Componentes

• Amplificador Óptico

• Filtro de Inserción/Extracción u OADM (Optical Add/Drop Multiplexer)

• Matrices de Conmutación Óptica

Enlace DWDM

Matriz de Conmutacion Optica

• Por matriz de conmutación óptica (OXC), se suelen entender dos elementos diferentes: el conmutado espacial de fibra y el reencaminador en longitud de onda.

• En ambos, un conjunto de fibras ópticas de entrada se conecta con otro de igual número de fibras de salida.

• En el primer caso todas las señales ópticas de una fibra de entrada se encaminan hacia otra de salida .

• En el segundo las portadoras ópticas de las fibras de entrada se reencaminan hacia las de salida de forma individual.

• Este enfoque es mas simple y se comprende mejor. Observe el siguiente diagrama.

Red Optica de nueva generacion

Procesamiento de la informacion en el R.O

• Se fundamenta en el protocolo MPLS• El encabezamiento del paquete (label) se convierte del nivel óptico al

eléctrico y la ejecucion del algoritmo de reenvío (forward) se realiza en forma electrónica.

• La carga útil del datagrama se conmuta en el nivel óptico sin conversión al dominio eléctrico.

• Algunos fabricantes (NTT, Japon) incluyen enrutamiento electrico (IP, L3) y conmutan a optico por razones de trafico (trayecto electrico a trayecto optico segun monitores de trafico).

• Pueden utilizar tambien extensiones adicionales al label de MPLS para indicar que lambdas estan en uso lo cual permite tomar decisiones en el proximo salto.

• Cuentan con algoritmos que minimizan las conversiones de lambdas, pues el hardware para esta operacion, (arreglos de laser sintonizables), es costoso.

El terminal WDM puede estar incluido en el Router.

Red optica mostrando el enlace WDM entre los routers.

Incorporacion de MPLS y asignacion de lambdas en el RO

DE

MU

X Optical switching matrix

Electronic Matrix ControlO/E E/O

NetworkMgmt.

MU

X

Diagrama Funcional de un RO

Conclusiones

• NGN es verdaderamente una sombrilla que cubre casi todos los aspectos de las redes como son el nivel dorsal, la red metropolitana, acceso y predios del usuario.

• En el Acceso significa toda clase de acceso de banda ancha. • En el presente la red de Acceso es el cuello de botella que limita la velocidad,

por lo que un problema clave es buscar soluciones que aumenten la velocidad de transmisión en esta porción de la red.

• Coexistirán varias tecnologías: xDSL, LAN inalámbrica, Móviles de tercera generación (3G), Modems de cable y Redes Ópticas.

• Hay una fuerte competencia entre las diferentes tecnologías inalámbricas, en especial LAN Inalámbrica (WiFi, WiMax) versus Móvil Celular. (2G, 2.5G, 3G).

• IPv6 es una direccion de desarrollo importante hacia NGN.• De cara a la red de Transporte. NGN significa la nueva generación de

Transporte Óptico Inteligente”.