Este documento describe las redes híbridas de fibra y coaxial (HFC), incluyendo su historia, arquitectura, estándares y características. Las redes HFC combinan fibra óptica y cable coaxial para ofrecer servicios de telefonía, televisión e internet de alta velocidad. Se componen de una cabecera, red troncal de fibra óptica, red de distribución de coaxial y acometida a los hogares. Utilizan estándares como DOCSIS, EuroDOCSIS y OpenCable para permitir la interoper

1. Redes HFC<br />José Abrego, Jorge Núñez<br />Universidad Tecnológica CRV<br />Santiago, Panamá<br />Ciberhaguen@Hotmail.com<br />Momita_89@Hotmail.com<br />Abstract---Las redes HFC nacen de la evolución del sistema de CATV utilizando los medios de Fibra Óptica y Cable Coaxial para brindar un servicio unificado que debidamente estructurado le brinde al cliente servicios de telefonía, CATV, internet y servicios especiales por demanda; ofreciendo los mismos de manera completa y segura convirtiéndose en uno de los servicios con mayor aceptación.<br />I. INTRODUCCIÓN<br />En los años 90 los proveedores de televisión por cable CATV, impulsados por la necesidad brindar mayor contenido y ancho de banda al cliente, introducen la fibra óptica como medio de transmisión principaldebido a su gran capacidad de transmisión de información, buscando una reducción de costos y la reutilización del cable coaxial el mismo se mantiene en parte de su infraestructura ya que es la fibra óptica la que lleva la mayor carga. Esto marca el inicio de la redes HFC<br />II. REDES HFC<br />Siglas de quot;
HybridFibre Coaxialquot;
(quot;
Híbrido de Fibra y Coaxialquot;
). En Telecomunicaciones, es un término que define una red que incorpora tanto fibra óptica como cable coaxial para crear una red de banda ancha. Esta tecnología permite el acceso a internet de banda ancha utilizando las redes CATV existentes. <br />Se puede dividir la topología en dos partes. La primera consiste en conectar al abonado por medio de cable coaxial a un nodo zonal y posteriormente interconectar los nodos zonales con fibra óptica. <br />Esta tecnología comienza a implementarse a través de operadores de CATV, que además de brindar el servicio de televisión por cable anexaron transportar por el mismo medio la señal de internet de banda ancha.<br />III. HISTORIA<br />Las redes híbridas de fibra y coaxial (HFC) tienen su origen en los antiguos sistemas de televisión por cable, también llamados CATV, que aparecieron en 1948 en EE.UU. <br />Para resolver la limitación del ancho de banda del cable coaxial se introdujo la tecnología óptica, cosa que fue factible en los años 90 cuando se dispuso de dispositivos ópticos. Este es el origen de las redes HFC.<br />A mediados de los 90, se introduce la televisión digital y la interactividad. Los operadores comienzan a ofrecer acceso a Internet.<br />Las redes CATV antiguas eran unidireccionales (sentido downstream), no se tenía la necesidad de utilizarlas en sentido ascendente pues el servicio de televisión consiste básicamente en la obtención de señales visuales en los receptores de los usuarios; por esta razón, los amplificadores actuaban con la única función de amplificar las señales en sentido descendente y se comportaban como válvulas, pues impedían cualquier tipo de señal que intentara propagarse hacia el emisor. <br />III. CABLEADO<br />A. Fibra óptica<br />La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir.[1]<br />La principal ventaja que ofrece el cable de fibra óptica sobre los pares trenzados y el cable coaxial son: inmunidad al ruido, menor atenuación de la señal y ancho de Banda mayor.<br />Las principales desventajas de la fibra óptica son el coste, la instalación, el mantenimiento y la fragilidad.[2]<br />B. Cable coaxial<br />Consiste en un cable conductor interno (cilíndrico) separado de otro cable conductor externo por anillos aislantes o por un aislante macizo. Todo esto se recubre por otra capa aislante que es la funda del cable.<br />Este cable, aunque es más caro que el par trenzado, se puede utilizar a más larga distancia, con velocidades de transmisión superiores, menos interferencias y permite conectar más estaciones. Se suele utilizar para televisión, telefonía a larga distancia, redes de área local, conexión de periféricos a corta distancia, etc...Se utiliza para transmitir señales analógicas o digitales. Sus inconvenientes principales son: atenuación, ruido térmico, ruido de intermodulación.[3]<br />IV. CARACTERÍSTICAS<br />A. Ventajas<br />Capacidad de crecimiento y escalabilidad, mediante el desdoblamiento de las redes de coaxial y fibra óptica.<br />Son las redes con mayor capacidad de las operativas actualmente (Downstream nominal de hasta 40 Mbps).<br />Flexibilidad, debido a que las infraestructuras son independientes por operador, y el ancho de banda es exclusivo para cada uno.<br />B. Desventajas<br />La capacidad es compartida por muchos usuarios, y por tanto se puede reducir la tasa asignada a cada uno.<br />La capacidad del coaxial se ve afectada por múltiples factores: ruido, cuellos de botella, no linealidades, ecos. Además, el canal de retorno o ascendente es especialmente “delicado”, ya que se sitúa en la parte baja del espectro, donde más ruido se concentra. <br />Elevado coste de implantación, por ser necesaria obra civil para el cableado.<br />V. ARQUITECTURA<br />Las redes HFC se componen básicamente de cuatro partes claramentediferenciadas: la cabecera, la red troncal, la red de distribución, y la red de acometida de los abonados.<br />A. Cabecera<br />La cabecera es el centro desde el que se gobierna todo el sistema. Su complejidad depende de los servicios que ha de prestar la red.<br />La cabecera es también la encargada de monitorear la red y supervisar su correcto funcionamiento.<br />Dentro de la cabecera se distinguen dos partes diferenciadas: <br />1) Cabecera de servicios: Es el origen de las señales que se transmiten a través de la red. Contiene los equipamientos y sistemas que permiten a los operadores prestar de manera integrada todos los servicios.<br />2) Cabecera óptica o de trasmisión:En esta se encuentra el equipamiento óptico capaz de dar soporte a los servicios a transmitir en la red.<br />[4]<br />B. Red de Troncal<br />La red troncal suele presentar una estructura en forma de anillos redundantes de fibra óptica que une a un conjunto de nodos primarios. Los nodos primarios alimentan a otros nodos (secundarios) mediante enlaces punto a punto o bien mediante anillos. En éstos nodos secundarios las señales ópticas se convierten a señales eléctricas y se distribuyen a los hogares de los abonados a través de una estructura tipo bus de coaxial, la red de distribución.<br />Está compuesta por una red primaria y secundaria<br />1) Red Primaria: Formada por una red óptica que une la cabecera y los nodos primarios. Suele seguir topologías en anillo o en estrella, mediante enlaces redundantes.<br />2) Red Secundaria: Formada por una red óptica que une los nodos Primarios y los nodos Finales. Tiene un nivel de cobertura menor que la red troncal primaria.<br />[4]<br />C. Red de distribución<br />La red de distribución de coaxial es la encargada de distribuir las señales desde el nodo óptico terminal hasta cada punto de derivación en los edificios a los que da servicio.<br />La fibra óptica de la red de transporte llega a un nodo óptico, y de éste parte el coaxial hacia el grupo de edificios a los que alimenta.<br />La distribución se realiza con estructura en árbol, de forma que cada nodo óptico terminal da lugar a 4 ramas de 125 hogares aproximadamente cada una.[4]<br />D. Red de Abonado<br />La acometida a los hogares de los abonados es, sencillamente, la instalación interna del edificio o casa, el último tramo antes de la base de conexión.<br />Incluye el set-top box para decodificar las señales analógicas que se encuentran encriptadas, y permitir interactividad, es decir para administrar aquellos servicios que no se den de forma gratuita, por ejemplo los servicios de Pay Per View, Video OnDemand, etc.[5]<br />VI. CABLE MÓDEMS<br />Las principales características de los cable módems son:<br />Permite que las redes HFC sean redes de transmisión bidireccional transparentes.<br />Ofrecen al usuario y a otras redes desde la cabecera, interfaces estándar. <br />Se conectan a la red HFC mediante un conector de cable coaxial de tipo F y al PC a través de una interfaz Ethernet. <br />Los módems funcionan como pasarelas, pasando de un protocolo Ethernet al protocolo particular de la red de cable.<br />VII. SEGURIDAD<br />Los cable módems contemplan una serie de medidas de seguridad:<br />A. Control de Acceso al Medio<br />La Tienen una dirección única asignada desde fábrica y deberán de ser dados de alta desde cabecera antes de poder acceder a la red.<br />La identificación de los equipos a veces va acompañada también de la identificación de los usuarios, que requieren de un software en su PC que le habilita el acceso a la red con un password. <br />B. Gestión Remota<br />Pueden ser gestionados remotamente desde cabecera.<br />Sólo atenderán las órdenes de gestión cuando estas vengan acompañadas de cierta clave.<br />C. Confidencialidad de las Comunicaciones<br />Son diseñados y configurados para que sólo extraigan de la red los datos en donde ellos figuran como destinatarios. <br />VIII. ESTÁNDARES<br />Los estándares utilizados en redes HFC son los siguientes:<br />DVB-RCC, EuroDOCSIS,DOCSIS y OpenCable. [5]<br />DVB-RCC<br />Estándar muy atractivo en Europa ya que facilita la compatibilidad con los Set-Top Box DVB muy comunes en Europa. <br />Complementa los servicios de TV, cumpliendo los estándares de TV europea.<br />Definido para soportar servicios besteffort y higher-grade (baja latencia).<br />B. EuroDOCSIS<br />Nacido como extensión de DOCSIS, con el objetivo de cumplir los estándares europeos de televisión, y adaptarse así a las exigencias de estos. <br />Provee de servicios y rendimientos similares a los prestados por DVB-RCC, si bien el nivel de integración con los STB’s es ligeramente inferior. <br />C. DOCSIS <br />DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification).<br />Es un estándar definido por la industria de la TV por cable para permitir la interoperabilidad entre cable módems y las cabeceras de las redes.<br />D. OpenCable<br />Definido por la Cable TV industry para permitir la interoperabilidad entre Set-Top-Box y cabeceras Video. <br />Crea una plataforma común para desarrollar servicios interactivos, salvando el problema de los sistemas operativos propietarios.<br />Posee una amplia gama de servicios por combinar tanto a DVB como a DOCSIS.<br />Combina las especificaciones para video digital de MPEG2, la capacidad de DVB para aplicaciones básicas de bajo consumo de ancho de banda, con la DOCSIS para aplicaciones IP de alto consumo de ancho de banda. <br />IX. ACCESO AL MEDIO<br />Se trata de asignar el ancho de banda dinámicamente a los usuarios cuando lo soliciten. En las redes HFC, donde el medio es compartido, es crítico tener un mecanismo que controle el acceso y la asignación de los recursos de la red. <br />Para ello se usan las siguientes estrategias:<br />Acceso por contienda<br />CSMA/CD (Carrier sense multiple access with collision detection)adaptadas a lasredes de cable. CMTS (Cable Modem Termination System) <br />Estas técnicas desperdician ancho de banda para resolver las colisiones.<br />Aumentan la probabilidad de colisión al tener que recorrer la señal la distancia entre el usuario y la cabecera<br />B. Acceso mediante solicitud-reserva<br />La cabecera controla el acceso al canal ascendente al mismo tiempo que es el único transmisor del canal descendente. <br />La cabecera indica cuándo y cómo pueden transmitir los módems. <br />Cuando un módem tiene que transmitir solicitará a la cabecera un determinado número de ranuras para hacerlo.<br />X. SERVICIOS<br />HFC es capaz de ofrecer y soportar todos los servicios por un único acceso y de forma integrada. <br />Los servicios clásicos de las redes HFC son: TV, Telefonía, Internet, Otros servicios interactivos. [5]<br />A. TV<br />Las redes HFC son idóneas para estos servicios tanto por ancho de banda, como por la posibilidad de interactividad por el canal de retorno. <br />Difusión de señales de televisión analógica y digital.<br />Requiere una bidireccionalidad mínima y de baja capacidad al enviarse muy poca información por el canal ascendente.<br />Suele usar un decodificador para adaptar las señales a los receptores de TV.<br />Ofrece servicios como:PPV, donde se elige el contenido que se desea,VoD (Video OnDemand). <br />B. Telefonía<br />Puede ser integrado en las redes de cable debido a la bidireccionalidad, que provee el canal de retorno.<br />Debido a las características que presentan requieren comunicación en tiempo real, baja latencia y un ancho de banda constante.<br />Existen dos alternativas, la Telefonía integrada y la Telefonía Superpuesta. <br />En el servicio de Telefonía integrada se hace uso de la propia capacidad de la red HFC para cursar el tráfico telefónico. <br />La Telefonía superpuesta, usa una red superpuesta (SDH generalmente) para llegar hasta las proximidades del usuario. La ventaja de dicho método es que no comparte el espectro con el canal de retorno, liberándolo para otros servicios. <br />Las redes HFC se adaptan a los servicios de voz con las mismas funcionalidades de las redes de conmutación de circuitos.<br />La actual tendencia es dar voz sobre IP (VoIP), que permite implementar nuevos servicios con menor coste y evita la dependencia de un solo suministrador. <br />C. Internet<br />Este se realizan a través de los cable módems, que posibilitan la transmisión y recepción de la información entre usuario y cabecera con velocidades del orden de Mbps.<br />Las grandes velocidades ofrecidas posibilitan servicios que implican la transmisión de voz, datos, imágenes fijas o animadas y video digitalizado, como la videoconferencia o servicios web.<br />Estos servicios de banda ancha requieren bidireccionalidad.<br />D. Otros servicios interactivos<br />TV de alta definición y audio digital, gracias a la alta capacidad del ancho de banda descendente. <br />Teletexto interactivo, videojuegos interactivos, que requieren interactividad y tiempos de respuesta pequeños entre los usuarios de la red.<br />XI.REDES FTTH<br />La tecnología de telecomunicaciones FTTH, también conocida como fibra hasta el hogar, se basa en la utilización de cables de fibra óptica y sistemas de distribución ópticos adaptados a esta tecnología para la distribución de servicios avanzados, como el Triple Play: telefonía, Internet de banda ancha y televisión, a los hogares y negocios de los abonados. <br />La implantación de esta tecnología está tomando fuerza, especialmente en países como Estados Unidos y Japón, donde muchos operadores reducen la promoción de servicios ADSL en beneficio de la fibra óptica con el objetivo de proponer servicios muy atractivos de banda ancha para el usuario (música, vídeos, fotos, etc.) [6]<br />XII. CONCLUSIONES<br />La fibra óptica es un medio de transmisión el cual no ha sido explotado a su máxima capacidad permitiendo la expansión de sus capacidades sin tener necesidad de reemplazar el medio.<br />Aunado a esto la estructura de las redes HFC permite de forma relativamente fácil su expansión también el agregar nuevas funcionalidades o servicios que en un futuro podría ser utilizados, estos servicios estarían enfocados en la interactividad debido a que las redes HFC manejan tráfico en ambas direcciones y la multimedia en alta definición y en 3D.<br />La mayoría de los servicios brindados por las compañías de Cable están dirigiéndose a funcionar bajo IP por lo cual en futuro cercano la telefonía y Tv utilizaría internet como medio de transmisión y las redes HFC están preparadas para este cambio.<br />La meta de las redes HFC es el FTTH (Fibertothe home) en donde el cable de fibra óptica llegaría hasta la vivienda del cliente de esta forma el cable coaxial se eliminaría completamente y los abonados contarían con un ancho de banda mucho mayor, desafortunadamente este cambio esta involucra muchos gastos tanto de parte de la compañía como del cliente siendo este el principal impedimento de la implementación de esta tecnología.<br />RECONOCIMIENTOS<br />Queremos dar las gracias al Ing. Faustino Batista quien amablemente nos brindó unos minutos de su tiempo para darnos una explicación del uso de las redes HFC en la compañía Cable Onda, mientras visitábamos sus instalaciones. También queremos dar las gracias a la profesora Itzel S. De Juárez quien nos puso en contacto con el Ing. Batista<br />REFERENCIAS<br />Wikipedia. (2011) Fibra óptica. [Online]. Avilable: http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica<br />F Behrouz A., McGraw-Hill - Transmision de Datos y Redes de Computadores Fourozan, 4ta ed., 2001.<br />Monografias.com S.A.. (2004) Medios de Transmisión. [Online]. Avilable: http://www.monografias.com/trabajos17/medios-de-transmision/medios-de-transmision.shtml<br />SlideShare Inc. (2008) Tecnología HFC en España. [Online]. Avilable: http://www.slideshare.net/dsaeesp/tecnologa-hfc-en-espaa<br />SlideShare Inc. (2008) Tecnología HFC en España. [Online]. Avilable: http://www.slideshare.net/driogue/tecnologia-hfc-en-espaa<br />Wikipedia. (2011) FTTH. [Online]. Avilable:http://es.wikipedia.org/wiki/FTTH<br />