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Qué es una Red HFC

("Híbrido de Fibra y Coaxial"). A finales de los 80 empezaron a funcionar las redes CATV con la arquitectura denominada HFC, como mejora a las redes que solo funcionaban como cable coaxial.Con esta nueva arquitectura se busca resolver los problemas de gestion y mantenimiento que generaban las redes CATV. Para esta se tienen dos niveles jerarquicos, el principal formado por un tendido de fibra que distribuye la señal desde el centro emisor(cabecera) hasta cada zona de la ciudad. En cada zona hay un nodo que se encarga de convertir la señal optica en eletrica para su distribucion final en cable coaxial a los abonados. Cada zona abarca de 500 a 2000 viviendas. Devido a la menor distancia a cubrir,el numero de amplificadores maximo es de 5(en muchas redes no hay ,as de 2 o 3), con esto se obtuvo una mejora en la calidad de la señal y sencillez de mantenimiento. Un elemento importante en la implementacion de redes HFC es la posibilidad de enviar señal analogica en fibra sin necesidad de convertirla en una señal digital. Otro gran paso para estas redes fue la facilidad de la utilizacion de la red para el trafico ascenden(upstream) esto permite las labores de monitoreo y servicios tales como el de internet y VoIP. La señal de television utiliza el reango de frecuencias altas entre 50-500 Mhz para el sentido descendente de las señales analogicas de TV, 500-750/860 Mhz para los servicios de television digital,internet y VoIP.Para el sentido ascendente se utiliza entre 5 y 42 mhz, principalmente para el retorno de los datos provenientes de los clientes. Las redes HFC son una evolucion de las redes CATV, por ello en primer lugar se describira a continuacion el significado y funcionalidad de las redes de CATV antiguas

Cuales son las 4 partes principales de una Red HFC

la cabecera

la red troncal

la red de distribución

y la red acometida de los abonados.

Qué es la cabecera de una Red HFC

Es la combiancion de cable y fibra, la cabecera es el gobierno de todo el sistema y es la que se encargade monitorear la red y supervisar su correcto funcionamiento. HFC es una tecnologia de telecomunicaciones en la cual el cable de fibra optica y el cable coaxial se utiliza en diversos tramos de la red para transportar el contenido de banda ancha (tales como video, datos y voz)

Qué servicios se pueden ofrecer desde la cabecera de una Red HFC

Television

Telefonia

Internet

Qué es red troncal de una Red HFC

La red troncal es la encargada de repartir la señal compuesta, generada por la cabecera a todas las zonas de distribución que abarca la red de cable. El primer paso en la evolución de las redes clásicas todo-coaxial de CATV hacia las redes de telecomunicaciones por cable HFC consistió en sustituir las largas cascadas de amplificadores y el cable coaxial de la red troncal por enlaces punto a punto de fibra óptica. Posteriormente, la penetración de la fibra en la red de cable ha ido en aumento, y la red troncal se ha convertido, por ejemplo, en una estructura con anillos redundantes que unen nodos ópticos entre sí. En estos nodo ópticos es donde las señales descendentes (de la cabecera a usuario) pasan de óptico a eléctrico para continuar su camino hacia el hogar del abonado a través de la red de distribución de coaxial. En los sistemas bidireccionales, los nodos ópticos también se encargan de recibir las señales del canal de retorno o ascendentes (del abonado a la cabecera) para convertirlas en señales ópticas y transmitirlas a la cabecera.

Qué es la red de distribución de una Red HFC

Se encarga de llevar la señal que viene desde la cabecera a los usuarios, esta compuesta por una estructura tipo bus de coaxial que lleva las señales decendentes hasta la ultima derivacion antes de la red abonado o usuario al interior del hogar

red de acometida de los abonados de una Red HFC

Es la instalación interna del edificio, el último tramo antes de la base de conexión.Es una de las tareas mas esenciales por estética, buena instalación y de hay depende que el usuario le llegue una buena señal.

Qué es el canal de retorno en una red HFC

Debido a que las redes deben estar preparadas para poder ofrecer una amplia gama de aplicaciones y servicios a sus abonados requieren de lared la capacidad de establecer comunicaciones bidireccionales entre la cabecera (head-end) y los equipos terminales de abonado y, por tanto,exigen la existencia de un canal de comunicaciones para la vía ascendente o de retorno, del abonado a la head-end (la cabecera).

Para qué se utiliza

El canal de retorno ocupa en las redes HFC el espectro comprendidoentre 5 y 55 MHz. Este ancho de banda lo comparten todos los hogares servidos por un nodo óptico. En el nodo óptico convergen las señales de retorno de todos los abonados, que se convierten en señales ópticas enel láser de retorno, el cual las transmite hacia el head-end.

Cómo se provee el servicio de datos y en particular el acceso a internet en una red HFC

Desde la cabecera por que posee unos router y cable módems que envía la señal por medio de red de transporte y luego la red de distribución hasta el predio.

Se utiliza la red de distribucion catv para transmitir desde 3 hasta 50 Mbps, con un alcance de 100 Kms o mas. Los servicio de datos se transmiten como cualquier otro canal de television. Se requierem dos tipos de equipos para implementar este sistema: un cable moden(CM) en el extremo del usuario. Un cable-modem termination system (CMTS) del lado del proveedor.

Diagrama simplificado de la comunicación hacia Internet en una red HFC, realice una breve descripción. Debe incluir enrutadores, CMTS, Cable MODEM y Terminal del suscriptor

CMTS: Cable Modem Termination System, es el dispositivo que se encarga de enviar los datos en sentido descendente modulados por el canal de televisión elegido al efecto y también recogen del cable módems de los usuarios los datos que éstos envían a través del canal ascendente asignado. El CMTS se ubica generalmente en el centro emisor o cabecera de la red, desde allí se conecta al resto de la red (red de transporte) y a Internet por alguna tecnología WAN.

Cable Modem: Dispositivo dispuesto por el usuario, se encarga de sintonizar el canal de televisión elegido para los datos y extraer los que le corresponden, aquellos datos que van dirigidos a él y aquellos que quiere enviar a otra persona ya sea en la misma red (cabecera local) o diferente, esto se realiza por el canal ascendente. Las formas para conectar el cable modem al computador del usuario es por medio de la interfaz Ethernet de 10/100 Mbps que es una interfaz de alta velocidad y bajo costo; también se puede conectar el cable módem desde un puerto USB.

Funciones del Cablemodem

Captar/generar señal de radiofrecuencia

Modular/demodular los datos

Generar/verificar la informacion de control de errores (FEC)

Encriptar/desencriptarla la informacion

respetar el protocolo MAC en upstream

gestion y control del trafico (Limitacion del caudal, numero de Pcs conectados)

Bi-directional trunk amplifier

Coupler & splitter

Cable Modem Motorola SBV5121

Cómo es el reparto de las frecuencias en redes HFC, sobre la sección de cable coaxial

54-860MHz (América). S/R>34dB (normal 46dB). Transporta las señales generadas en la red, típicamente en la cabecera y dirigida a los usuarios.

asignacion de frecuencia ascendente de una red HFC

asignacion de frecuencia descendente de una red HFC

Anexe un gráfico descriptivo

Qué es estándar DOCSIS

Es un estándar internacional de telecomunicaciones que permite la adición de alta velocidad de transferencia de datos a una ya existente de televisión por cable (CATV) del sistema HFC de la infraestructura.

DOCSIS

Con la creación de redes HFC se ha debido especificar un conjunto de estándares llamado DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification). DOCSIS fue desarrollado por CableLabs. Se trata de un estándar no comercial que define los
requisitos de la interfaz de comunicaciones y operaciones para los datos sobre sistemas de cable, lo que garantiza la interoperabilidad de la tecnología empleada en la transmisión de datos a alta velocidad en una red de cable.La primera especificación DOCSIS fue la versión 1.0, publicada en marzo de 1997, seguida de la revisión 1.1 en abril de 1999.El estándar DOCSIS se encuentra actualmente en la versión 2.0, publicado en enero de 2002. La versión europea de DOCSIS se denomina EuroDOCSIS. La principal diferencia es que en Europa, los canales de cable tienen un ancho de banda de 8 Mhz (PAL), mientras que en Norte América, es de 6 MHz (NTSC). Esto se traduce en un mayor ancho de banda disponible para el canal de datos de bajada (desde el punto de vista del usuario, el canal de bajada se utiliza para recibir datos, mientras que el de subida se utiliza para enviarlos). También existen otras variantes de DOCSIS que se emplean en Japón.El 7 de agosto de 2006 salieron las especificaciones finales de DOCSIS 3.0, cuya principal novedad reside en el soporte para IPv6 y el "channelbonding", que permite utilizar varios canales simultáneamente, tanto de subida como de bajada, por lo que la velocidad podrá sobrepasar los 100 Mbps en ambos sentidos. Los equipos con el nuevo protocolo llegarán a velocidades de descarga de datos de 160 Mbps y subidas a 120 Mbps. La nueva versión DOCSIS 3.0 ya se encuentra implementada en varios países (Norte América, Europa y Asia principalmente)

Receptor Óptico:

Receptor Óptico HFC

Dispositivo conversor de medios que transforma la señal de luz transmitida de la fibra óptica en señal de RF, para ser enviada por el cable coaxial, es el corazón de una red hibrida, Puesto que es el que se comunica directamente con la cabecera además este pequeño receptor es el encargado de transmitir la señal a otros amplificadores que son los encargados de regenerarla para que llegue con buena potencia a los abonados (usuarios).

Topología de las redes HFC.

El CMTS es un equipo que se encuentra normalmente en la cabecera de la compañía de cable y se utiliza para proporcionar servicios de datos de alta velocidad, como Internet por cable o Voz sobre IP, a los abonados.
Los equipos del cliente o CPE (CostumerPremiseEquipmente), se comunican sobre una conexión de red utilizando elprotocolo IP. Usualmente esto es hecho con una tarjeta de red Ethernet y un cable de categoría-5 (CAT5). El cable-módem se conecta a un cable coaxialcompartido que usualmente conecta muchos otros módems y termina en un nodo HFC.Un nodo HFC es un dispositivo de campo de dos vías que convierte las frecuencias analógicas a señales digitales y viceversa. El nodo defibra toma las frecuencias de radio en un cable coaxial transmitidas desde el CM, las convierte en señales digitales, y luego transmite los datos a un cable de fibra óptica. Los datos que son recibidos desde el cable de fibra óptica transmitidos desde el CMTS son convertidos a una señal analógica y luego son transmitidos a la línea de cobre compartida. Este nodo HFC convierte las señales analógicas en pulsos digitales de luz que son transferidos a través del cable de fibra óptica. Dos cables de fibra óptica son necesarios: Uno para la transmisión de datos (Tx) y el otro para la recepción de datos (Rx). Los nodos HFC ofrecen a los proveedores de servicios muchas ventajas, estos usualmente son ubicados estratégicamente en sectores donde puedan conectar la mayor cantidad de usuarios con la menor distancia promedio total. Estos nodos individuales son conectados a un nodo concentrador o repetidor multipuesto (hub) central en el equipo terminal del proveedor llamado transceptor de fibra utilizando cables de fibra óptica. El propósito de este concentrador es de que sirva de interfaz entre el cable de fibra óptica desde el campo de servicio y el cable coaxial del CMTS.El hub transceptor de fibra recibe frecuencias de radio de 50 a 860 MHz del dispositivo combinador de RF en la interfaz coaxial. Un combinador de RF es un dispositivo que combina múltiples frecuencias de radio de diferentes fuentes hacia un solo medio compartido. El combinador de RF también es usado para añadir al cable coaxial las frecuencias de otros servicios, tales como los canales de televisión digital o análoga.El hub transmite frecuencias de 5 a 42 MHz a un divisor de señal (splitter) desubida y banco de filtros. Estos datos son solo los datos que regresan de todos los CM. Finalmente, tanto las señales de subida como las señales de bajada se conectan al CMTS.Aquí, las frecuencias más bajas del divisor de señales de subida son demoduladas, y las frecuencias más altas de bajada son moduladas al cable coaxial. El dispositivo CMTS, el cual usualmente está montado sobre un bastidor, procesa todos los paquetes en frecuencia específicas; también tiene un puerto de Red de Área Amplia (WAN) que usualmente está conectado directamente al backbone de Internet o a otra puerta de enlace al Internet.

Registro e inicialización del CM con el CMTS

1. Configuración en canal de bajada a utilizar (DownstreamChannel).
2. Obtención de parámetros de subida (UpstreamParameters).
3. Rango de frecuencia en el canal de subida a utilizar (UpstreamRanging).
4. Establece conexión IP a través de DHCP.
5. Establece Hora y Fecha para efectos de monitoreo.
6. Transferencia de parámetros de operación a través de TFTP.
7. Registra Conexión con CMTS.
8. Inicia Privacidad de Línea Base (BPI o BPI+).

Clonación de Cable Modem (CM)

El CM es el equipo fisico al cual el usuario tiene acceso y es mediante el que se conecta a la red HFC del proveedor de servicios de Internet. Este método es posible gracias a la arquitectura de la red HFC. En caso que un CMTS se caiga de la red, no todos los usuario se verán afectados, solo aquellos conectados a dicho CTMS, esta es una vulnerabilidad bastante explotada.Esto permite a un CM conectarse a un nodo y establecer conexión con su respectivo CMTS. Al mismo tiempo con la misma MAC clonada en otro CM puede conectarse a otro nodo y establece conexión con un CMTS distinto.

TÉCNICAS DE MODULACIÓN PARA REDES DE DATOS EN REDES HFC