Telefonía mediante par siamés en las redes HFC de Euskaltel, ONO y otros operadores de cable

Cuando se examina la instalación de las redes HFC (Híbrido de Fibra y Cobre) de operadores como Euskaltel, ONO y otros, llama la atención la utilización del denominado par siamés para ofrecer el servicio telefónico, dejando el cable coaxial exclusivamente para servicios de TV y de datos. Surge entonces la duda acerca de los motivos que tienen estos operadores de cable para montar una auténtica red de telefonía construida con pares de cobre en paralelo con el tendido de los cables coaxiales de la red HFC. En las siguientes fotografías se muestran algunos ejemplos de como Euskaltel suministra el servicio de telefonía por medio de una red de pares de cobre independiente:

 Instalación de red HFC de Euskaltel

Tendido del cableado de la red HFC hacia las viviendas de los clientes

Detalle del cableado de la red HFC

Entrada del cable coaxial y del cable de pares en la vivienda de un cliente

Otro caso práctico de distribución de cableado en la red HFC de Euskaltel

Caja de pares de telefonía y repartidores de señal a través de cable coaxial 

Tendido de cables en vertical hacia las viviendas de los clientes

Caja de conexión de pares telefónicos abierta (red HFC de Euskaltel)

Detalle de una caja de conexión de pares telefónicos en la red HFC de Euskaltel

En las fotografías anteriores, obtenidas en el municipio de Berango (Bizkaia) y en el barrio de Santutxu (Bilbao), podemos observar como la red HFC de Euskaltel utiliza, efectivamente, una red superpuesta de cable de pares de cobre para ofrecer el servicio de telefonía a sus clientes. En la siguiente imagen se muestra el diagrama de una red HFC con el servicio de telefonía mediante red de pares de cobre superpuesta:

Esquema general de una red HFC (Alcatel-Lucent 2007)

En España, operadores de redes de cable como ONO recurren también a esta solución para ofrecer el servicio de telefonía  a sus clientes. En el siguiente diagrama se muestra la red HFC de ONO basada en el estandar DOCSIS 1.1 (Data Over Cable Service Interface Specification):

Red HFC de ONO basada en el estandar DOCSIS 1.1

Obviamente el recurrir a esta solución, aparentemente mucho más costosa que suministrar telefonía IP dentro del servicio de datos de la red HFC, tiene que responder a unas ventajas técnicas claras. Y estas ventajas técnicas de la red de cable de pares se justifican en las especiales características necesarias para la VoIP, ya que la señal de voz por IP es muy sensible a problemas que apenas tienen importancia en la transmisión de datos mediante IP:

• Packet loss o pérdidas de paquetes: En VoIP un paquete perdido no se vuelve a retransmitir. No tiene sentido la retransmisión de un paquete de voz que no llegó en el momento que el correspondía.
• Delay o retraso en la entrega de los paquetes de voz: Aunque los paquetes de voz alcancen correctamente su destino, si no lo hacen en el tiempo prefijado tampoco servirán de nada y serán equivalentes a paquetes perdidos.
• Jitter o espaciado aleatorio entre paquetes de voz consecutivos: Si la separación entre paquetes de voz no es homogénea se produce el efecto de “jitter” que dificulta sobremanera la comunicación de voz. Este problema se soluciona en parte mediante la utilización de buffers, en los que se almacena “por adelantado” varios paquetes de voz, pero habitualmente es difícil ajustar con precisión el tamaño adecuado de estos buffers ya que tanto si son demasiado grandes como si son demasiado pequeños, producirán problemas en la calidad de la voz de la llamada telefónica.

En las redes HFC se dan de forma notable los tres problemas anteriores, en especial en el flujo de subida (Upstream) desde la vivienda del cliente hacia el CMTS (Cable Modem Termination System). En realidad, este flujo de subida es considerado el talón de Aquiles de la VoIP en las redes HFC y los problemas en dicho flujo upstream se producen tanto en la parte “física” o planta de radiofrecuencia como en el protocolo DOCSIS de control de acceso al medio.  Algunos de los problemas que aparecen se enumeran a continuación:

1. En las redes HFC los usuarios tienen que competir por el canal de subida, mediante un mecanismo que regule el acceso a un medio compartido. Cada vez que un usuario quiere enviar un paquete (datos o voz) hacia el CMTS, deberá de solicitarle en primer lugar un intervalo temporal para ello. Una vez obtenida la respuesta desde el CMTS procederá a ocupar el espacio temporal asignado con los datos a enviar. Este mecanismo funciona bastante bien cuando son pocos los usuarios que están “subiendo” datos hacia el CMTS pero puede congestionarse si son muchos los usuarios que lo intentan a la vez, produciéndose entonces los problemas de delay, jitter e incluso pérdidas de paquetes, que en la transmisión de datos no tendrán excesiva importancia pero sí que tendrán consecuencias nefastas para los paquetes de voz.
2. Las redes HFC al estar formadas por cables coaxiales se comportan “como antenas” capaces de captar variadas interferencias radioeléctricas. Estas interferencias afectan en mayor grado al flujo de subida debido a las frecuencias utilizadas. Un ejemplo de esto son las interferencias producidas por transmisiones de radio en la denominada Banda Ciudadana.
3. Las propias instalaciones particulares de los usuarios en redes HFC son una fuente de interferencias que se “inyectan” en la red y que, al igual que en el caso anterior, afectan sobremanera al flujo de subida. Se calcula que el 80% del ruido de las redes HFC es debida a interferencias inyectadas en la red por equipos pobremente apantallados en las viviendas de los clientes. Estas interferencias son además mucho más difíciles de controlar por parte del operador de la red de cable, ya que al suceder en el propio domicilio del cliente, el margen de actuación es mínimo. Normalmente en las redes HFC se instalan unos equipos que reducen el ruido introducido en la red por cada usuario que se conecta. Un ejemplo de esto es el modelo TRIS 202FIN instalado en la conexión HFC que, junto con una conexión por fibra óptica, tenemos disponible en el Instituto Tartanga. Este equipo y otros similares utilizan técnicas de cancelación de fase y consigue mejoras de entre 3 y 12 dB en la relación señal a ruido.

 Módulo de aislamiento colocado en las viviendas de los clientes de redes HFC

Es preciso tener en cuenta además que la transmisión de voz por IP necesita una calidad subjetiva. Es decir, el usuario tiene que “notar” que la señal de voz que recibe de la otra parte es inteligible, clara, sin ruidos y sin cortes. En cambio, en la transmisión de datos solo es necesario disponer de una calidad objetiva, la cual se consigue con un determinado BER (Bit Error Rate) y con los adecuados mecanismos de detección y corrección de errores. De nada sirve disponer en una transmisión de VoIP de un BER extraordinariamente bajo (muy pocos errores) si los paquetes llegan con un retraso notable (delay debido a retransmisiones de paquetes erróneos) y con variaciones significativas entre ellos debido a congestiones en la red (jitter). 

Además de todos los problemas inherentes a la propia red HFC no hay que olvidar que también están los problemas debidos a la parte IP de la red. Entre estos problemas tenemos los siguientes:

1. Colisiones de paquetes IP debido al mecanismo de contienda CSMA/CD de las redes Ethernet. Obligará a retransmisiones de paquetes con los consiguientes delays.
2. Delays en switches y routers.
3. Buffer-overflow en switches y routers, con pérdidas de paquetes.
4. Entrega de paquetes “fuera de secuencia” provocando delays en el proceso de ordenación e incluso pérdidas de paquetes en casos extremos por no poder ser utilizados al estar fuera del tiempo asignado.

Principales problemas de la VoIP en redes HFC

Por si todos los problemas anteriores fueran poco,  es necesario tener en cuenta también el eco que se produce en las bobinas híbridas de las líneas analógicas. Este eco normalmente es atenuado en las propias líneas sin mayores problemas pero no sufre tal atenuación en la VoIP y los paquetes con eco alcanzan el otro extremo de la comunicación.

Un último factor a considerar es  la utilización de distintos codecs en cada tramo de la red, produciéndose con ello distorsiones de la señal de voz en el paso de un codec a otro. Este fenómeno se conoce con el nombre de “distorsión multi-tandem”. En el siguiente diagrama se muestran de forma gráfica el conjunto de problemas de la VoIP que influyen negativamente en la calidad de una llamada telefónica:

www.jdsu.com/voip

Aunque los nuevos estandar DOCSIS 2.0  y DOCSIS 3.0 aportan mejoras que permiten un funcionamiento más fluido de la voz IP, es probable que aun así los operadores sigan manteniendo la red paralela de pares telefónicos, ya que de esta manera evitan muchos de los problemas que de una forma u otra seguirán apareciendo con la VoIP sobre redes HFC. En el siguiente diagrama se muestra la evolución de la red HFC del operador ONO desde el estándar DOCSIS 1.1 al estándar DOCSIS 3.0. En dicho diagrama se observa que se mantiene una red superpuesta de pares de cobre.

Evolución de la red de ONO al estándar DOCSIS 3.0

Nota técnica: Como se ha indicado anteriormente, el “talón de Aquiles” de las redes HFC para la transmisión de voz por IP es el flujo ascendente o “upstream”. En el flujo descendente (downstream) los problemas son mucho menores y admiten mecanismos de corrección más eficaces por parte del operador.

• En el flujo “downstream” el ancho de banda disponible es mucho mayor, con lo que los usuarios podrán recibir los paquetes de voz más rápidamente, o lo que es lo mismo, con menos delay y jitter.
• Por otro lado, al haber un único equipo transmisor, el CMTS, desaparece el problema de “contienda” que se da en el flujo ascendente cuando varios usuarios quieren transmitir a la vez hacia el CMTS. En el flujo descendente el CMTS determina con precisión cuando envía paquetes de voz o datos a cada uno de los usuarios, pudiendo ajustar de forma óptima esta velocidad de envío para minimizar problemas de delays o jitter excesivos.