IP Backhaul para redes móviles

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Autores: Manuel Nakamurakare Higa, Diego Narvaez de la Fuente y Andrew Ramos Castellanos (*)

La evolución de la tecnología móvil ha desarrollado soluciones que brindan a los usuarios finales una interconexión no solo dedicada a la voz sino también al acceso a datos y con conexión a Internet. Tecnologías como 3G y la pronta evolución a LTE implican mayor velocidad de acceso y una dedicación exclusiva al tráfico de datos. Actualmente las redes de transporte implementadas son capaces de llevar el tráfico de voz sin ninguna dificultad, pero cuando agregamos a esto tráfico de datos se presentan nuevas dificultades.

En el siguiente documento se mencionarán las tendencias tecnológicas utilizadas en las distintas redes móviles actuales y futuras teniendo como base sus funcionalidades técnicas. Luego se describirán las tres soluciones existentes de redes de transporte que brindan interconexión a las redes móviles y finalmente tocaremos los factores económicos que afectan la implementación de estas tecnologías en los operadores móviles.

Tendencias del uso de ancho de banda en las redes de acceso

Los servicios ofrecidos por los proveedores móviles han ido evolucionando con el paso del tiempo. En un principio, en las primeras redes solo se ofrecía voz. Luego, aparecieron los mensajes de texto y en la actualidad, el tráfico de datos crece en forma vertiginosa.

Evolución de la banda ancha

Evolución de los servicios y uso de ancho de banda en redes móviles

Así como las redes de acceso han evolucionado, a la par, las redes de transporte deben adaptarse a las características del tráfico transportado.

2G:
En las redes 2G casi la totalidad del tráfico es de voz, por lo cual, tecnologías como PDH y SDH son adecuadas.

3G:
En las redes 3G, el tráfico de datos está en aumento, permitiéndose velocidades de transmisión del orden de los Mbps, por lo cual, se necesita una tecnología que pueda proveer mayor ancho de banda y con calidad de servicio. Las tecnologías usadas para estas redes de transporte pueden ser basadas en soluciones MPLS.

4G:
Las características de estas redes son muy similares a las de 3G, pero el tráfico de datos se incrementa aun mucho mas, por lo cual las soluciones tecnológicas de las redes de transporte de 3G también puede ser adecuado.

Proyección de tráfico móvil por generación

 

Proyección del tráfico móvil por generación tecnológica hacia el 2013

Soluciones Tecnológicas para un Backhaul IP

La evolución a una backhaul IP para redes móviles tiene tres posibles soluciones tecnológicas, por medio de Ethernet (capa 2), a través de MPLS (capa 2.5), y mediante IP exclusivamente (capa 3).

Ethernet

La solución en capa 2 es rentable, sin embargo carece de fiabilidad, escalabilidad y manejabilidad. Esta red troncal de transporte basada en Ethernet reemplaza la tecnología de aprendizaje de direcciones MAC por un sistema centralizado de administración de red (NMS) para gestionar la ruta de transmisión. Esta solución combina la estructura simple y de bajo costo de Ethernet junto con la administración centralizada y las capacidades de configuración de los actuales sistemas SDH. No obstante, cabe destacar que esta solución carece del soporte de las distintas empresas de la industria ya que como principal desventaja no presenta calidad de servicio para los distintos servicios que una red de nueva tecnología soporta.

Proyección de tráfico por servicios

 

Proyección del tráfico móvil por servicios hacia el 2013

MPLS

La solución en capa 2.5, MPLS (Multiprotocol Label Switch) es una tecnología que fue creada por la IETF para definir una solución de conmutación estándar para unificar el servicio de transporte de datos utilizando etiquetas para reenviarlos a través de la red. MPLS se ubica entre la capa 3 de Red y capa 2 de Enlace de Datos del modelo OSI.

MPLS ofrece una arquitectura de red orientada a conexión. Utiliza túneles estáticos llamados LSP (Label Switch Path) para establecer una conexión fija. Para establecer la trayectoria del paquete se agrega una etiqueta a la entrada de la red MPLS, el cual posee la trayectoria que seguirá el paquete. Cada router de la red MPLS tiene conocimiento de la ruta a seguir de manera que podrá enrutarlo hacia el siguiente nodo. Por último el router de borde de la red MPLS retira la etiqueta para que sigue su trayectoria final.

Conmutación MPLS

 

Principio de conmutación en MPLS

MPLS soporta múltiples tecnologías (ATM, TDM, SDH). Así, también incluye la tecnología Pseudo Wire (PW) que permite la compatibilidad con el servicio tradicional de TDM y ATM. Incluso integra un NMS (Network Management System) centralizado para poder provisionar, gestionar los túneles y provee el servicio monitoreo similar a SDH.

MPLS es la solución que está creciendo como la tecnología principal de transporte en un futuro cercano. Sin embargo tiene muchas extensiones que poseen dificultades para ser implementado como OAM (Operation, Administration, Management) a diferencia de SDH. Afortunadamente existe una nueva característica llamada MPLS transport profile (MPLS-TP) que se está desarrollando para evitar estos problemas.

MPLS-TP (MPLS Traffic Profile)

Nueva tecnología creada por IETF y la ITU-T que intenta ser la red básica de transporte de datos de la siguiente generación. La principal característica de esta tecnología es de extender MPLS cuando sea necesario agregándole herramientas de OAM. MPLS-TP puede ser comparado con SDH en términos de fiabilidad y capacidad de monitoreo.

Estrictamente orientado a conexión. Provee el transporte de paquetes y servicios de TDM sobre redes ópticas. Asegura que el tráfico sea transportado de manera fiable a través de un monitoreo end-to-end con el mejor rendimiento. Permite ingeniería de tráfico y reserva de recurso si es necesario.

Tecnología altamente escalable. Tiene la habilidad de soportar varios clientes con diferentes tráficos. Además puede trabajar sobre otras tecnologías como Ethernet, SDH, ATM, etc.

Soporta multiservicios, permite transportar cualquier tipo de tráfico de los clientes.

Costo-Eficiencia alto. En relación al CAPEX, complejidad en protocolo de capas menores Layer 2 y Layer 1. En cuanto al OPEX, la unificación del control y gestión de acceso de los paquetes y servicios TDM.

Convergencia de la red de transporte

Convergencia de la red de transporte

Funciones del OAM

Herramientas OAM

Herramientas del OAM en MPLS-TP

Enrutamiento IP

La tercera solución la encontramos por medio del uso MPLS y el enrutamiento en la capa 3. Las redes montadas con esta alternativa pueden adaptarse fácilmente a modelos de tráfico más complejos y ofrecen la posibilidad de una transmisión de servicios por una mejor ruta, debido a que al igual que MPLS en capa 2.5 usan túneles, pero en este caso, estos son dinámicos. Estos cuentan con alta flexibilidad y un elevado ancho de banda. Sin embargo una desventaja de esta tecnología es que es difícil determinar la dirección de un flujo y comprender con exactitud el estado de la red en un momento determinado ya que el enrutamiento de la información es dinámico.

Túneles dinámicos MPLS

Túneles dinámicos en MPLS

Impactos Económicos

El despliegue de nuevas redes de transporte es evidente según lo explicado. Si bien las actuales redes SDH pueden seguir siendo utilizadas puesto que tecnológicamente existen soluciones como MPLS sobre SDH lo cual permite el tráfico de datos sobre este tipo de enlaces, muchas operadoras han optado por desplegar nuevas redes de transporte ya que en la tecnología SDH el aumento de su capacidad va en proporción con los gastos en OPEX y CAPEX debido a su gran ineficiencia.

Comparación de costos e ingresos

Comparación entre costos de transporte, capacidad e ingresos

Desde el punto de vista técnico, una red pura en IP utilizando MPLS en capa 3 aparentemente es la más adecuada para las redes 3G y 4G, debido al incremento en eficiencia, lo cual hace que los incrementos en OPEX y CAPEX sean menores en comparación a una red SDH. Sin embargo, muchas operadoras que tienen redes 2G optan por implementar sus redes 3G con MPLS, pero en la capa 2.5 puesto que un cambio tecnológico en las redes de transporte desde una tecnología como SDH a MPLS en nivel 3 resulta muy abrupto. Entre las razones se puede mencionar el hecho de que para las redes de transporte de 2G, muchas empresas tienen personal especializado y un cambio abrupto implicaría un alto OPEX debido a que la capacitación para este tipo de cambio implica una curva de aprendizaje muy alta. En consecuencia, las operadoras prefieren migrar hacia MPLS en capa 2.5 debido a que a nivel de mantenimiento y administración ambas tecnologías pueden ser muy similares, lo cual reduce en gran medida la curva de aprendizaje necesaria para poder operar redes de transporte con esta tecnología.

Evolución de las tecnologías móviles

Evolución de las tecnologías de radio y de transporte en el RAN

Referencias

Cisco Global Mobile Data Traffic Forecast Update
http://next-generation-communications.tmcnet.com/topics/end-to-end-ip-transformation/articles/53915-deploying-ipmpls-mobile-networks.htm
http://www.dfn.de/fileadmin/3Beratung/DFN-Forum2/118.pdf
http://www.hitachi.com/products/it/network/packet/solutions/index.html
Díaz Ataucuri, “Diapositivas del Curso: Redes de Banda Ancha”, 2009
Huawei, “Choosing the right technology for mobile backhaul evolution”, Comunícate, 2009.

(*) Especialidad Ing. de Telecomunicaciones PUCP:

Manuel Nakamurakare: m.nakamurakare@pucp.edu.pe
Diego Narvaez: d.narvaez@pucp.edu.pe
Andrew Ramos: ramos.ar@pucp.edu.pe

Puntuación: 4.54 / Votos: 13

3 pensamientos en “IP Backhaul para redes móviles

  1. Mauricio Icaran

    Muy buen articulo felicitaciones :)…pero me queda una duda… ¿puedes aclarar a que te refieres al diferenciar usar a MPLS a nivel de capa 3, o a nivel de capa 2.5 para los operadores móviles?…¿Es usar Pseudo-wire (capa 2.5) ó VPNs (capa 3) para el transporte del trafico IP?.

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