Optimización de las redes de acceso móvil Más del 80% de

La Informática Verde. Capítulo 4. Las redes de telecomunicaciones «en verde». (Parte 2)
Néstor González, Luis Moran, José Manuel Angioleti y José Alberto Varela.
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Optimización de las redes de acceso móvil
Más del 80% de la energía de la red móvil se emplea para alimentar las estaciones base (los
mástiles) y las centrales de conmutación. Las iniciativas para la mejora de la eficiencia, por tanto, se
repiten:
Mejorar la eficiencia de los equipos.
Buscar lugares óptimos para la localización de las antenas.
Reducir la refrigeración activa.
En la historia reciente de la telefonía móvil se puede observar como la sucesiva implantación de nuevas
tecnologías ha traído consigo no solo un importante aumento en su capacidad de transmisión de datos sino
también una importante mejora en la eficiencia energética de la red.
Figura: 9.
Fuente: ETSI
La evolución de las redes de telefonía móvil ha estado marcada por el aumento de la capacidad de
transmisión de datos y por el aumento de la eficiencia energética por cliente
Por tanto, la propuesta del sector en lo que a la red de acceso móvil se refiere es mantener el esfuerzo
innovador e inversor para mantener la tendencia a la baja en su huella de carbono.
La estaciones base modernas pueden operar con sólo 350 vatios de potencia, son 10 veces más eficientes
y disponen de hasta 8 veces más capacidad que las existentes hace 25 años.
Y en cuanto a la red de Transporte de Datos de la red móvil, le son aplicables las soluciones que se van a
proponer a continuación para la red fija: las Redes de Nueva Generación (NGN, Next Generation
Networks).
Optimización de las redes de telefonía fija. Las redes de nueva generación
Las Redes de Nueva Generación (NGN, Next Generation Networks) hacen referencia a una arquitectura
de red en la que se unifiquen las actuales redes de transporte de datos: fija, móvil y de radiodifusión. El
modo en el que el cliente accede a la red iría en función del dispositivo con el que se desea conectar.
La unificación de todas las redes en una sola parece ofrecer grandes potenciales de ahorro de energía y
por tanto, para la reducción de la huella de carbono, al ofrecer, para empezar, mayores facilidades para la
gestión remota de los equipos y para la convergencia de infraestructuras que con redes separadas.
En los próximos puntos se explicarán propuestas para la mejora de la eficiencia energética de las redes de
Transporte de Datos que, si bien no son exclusivas de las redes de nueva generación, ya que pueden
aplicarse fuera de ellas, si están implícitas en la implantación de esta nueva arquitectura. La implantación
de redes de nueva generación implica la introducción de todas las mejoras propuestas a continuación.
Redes todo IP
Se espera que la migración a las redes de nueva generación (NGN) genere aproximadamente un ahorro de
entre el 30 y el 40% del consumo energético por la introducción del protocolo de transmisión IP a todos
los ámbitos de la red frente al consumo de las redes conmutadas actuales (PSTN, Public Switched
Telephone Network).
Por poner un ejemplo de su impacto en la red, la incorporación de sistemas de enrutamiento y de
conmutación IP ha mejorado la eficiencia energética de las redes de transporte de datos durante la última
década, especialmente en lo que se refiere a la transmisión de voz, donde la compresión digital ha
permitido entre un 60 y un 70% de reducción de los requisitos de capacidad de transmisión de la red.
Redes Ópticas de Banda Ancha. Fibra hasta la Casa (FTTH)
Los bucles locales tradicionales (xDSL) están siendo sustituidos en muchos países por accesos de fibra
óptica obteniendo mayores capacidades de transmisión y también una mayor eficiencia energética, ya que
los enlaces de fibra requieren menores niveles de potencia para funcionar que el DSL tradicional.
En general, las mejoras en la eficiencia de los bucles locales tradicionales, basados en el par trenzado de
cobre, no son capaces de compensar el aumento de clientes (el consumo total se eleva). Sin embargo, la
transición del cobre a la fibra óptica mejora la eficiencia energética sin importar el crecimiento de la
demanda.
Las arquitecturas de red que emplean fibra óptica para reemplazar el cobre en el bucle local son
denominadas de manera general como 'Fibra hasta la X' (FTTx) donde la x puede ser, por ejemplo, la casa
(FTTH, Fibre to the home). FTTH es una de las tecnologías propuestas por las redes de nueva generación
para los accesos fijos. Este tipo de redes se hacen imprescindibles para un operador de
telecomunicaciones tradicional[*] cuando se contemplan contenidos muy exigentes en cuestión de ancho
de banda, ya que la red de fibra puede teóricamente alcanzar los 14 Tbps (14 millones de Mbps) sobre una
sola fibra óptica, cuando las redes inalámbricas sólo pueden ofrecer una velocidad limitada, habitualmente
de unos 100Mbps.
Cada fibra que sale de la central más cercana al hogar normalmente está compartida por varios clientes.
Empleando Redes Ópticas Pasivas (PON, Passive Optical Networks), una variedad de FTTH, la señal
puede separarse de las demás en el momento oportuno y ser enviada al hogar de destino sin necesidad de
que actúe ningún equipo activo (conectado a la red eléctrica), siendo mucho más económico que el cable
de cobre tradicional. Un solo cable de fibra puede transportar tantos datos como mil cables de cobre y a lo
largo de distancias mayores sin la necesidad de usar repetidores que amplifiquen la señal, reduciendo
costes y consumo de energía. ¿El inconveniente? Es muy caro desplegar fibra.
Reducción del Número de Centrales de Conmutación
Las redes tradicionales requieren centrales de conmutación (aquellas necesarias para decidir cual es el
mejor camino para cada paquete de datos) separadas para cada tipo de contenido: voz, móvil, televisión,
servicios multimedia, etc. Las redes de nueva generación, sin embargo, proponen el uso compartido de la
red de transporte para todos los contenidos, lo que unido a la disponibilidad de equipos de 'enrutado' (o
encaminamiento) de alta capacidad y velocidad de transmisión, reducen considerablemente el número de
centrales de conmutación necesarias (menos puntos de encuentro para los datos para la misma flexibilidad
de red).
Por poner un ejemplo, BT mantiene actualmente 16 redes de comunicación separadas, incluyendo la red
PSTN que transporta las llamadas de voz. Al migrar hacia redes de nueva generación como parte de su
programa para la red '21st Century Network' (21CN) tan solo necesitará entre 100 y 200 nodos
metropolitanos en comparación con los 3.000 que emplea actualmente. La nueva red no solo ofrecerá
mejores servicios y de mayor calidad, sino que lo hará de una manera más flexible y eficiente en energía.
Dado que las infraestructuras se comparten, los requisitos de calor, luz y aire acondicionado se reducen.
Os remitimos al anexo que hay al final de este artículo para la explicación de otras tecnologías asociadas a
las redes de nueva generación.
Conclusiones
Las redes de comunicación suponen un 24% aproximadamente del consumo energético de las TIC.
Aproximadamente un 0,5% del consumo energético global.
Sin embargo, las tendencias en el uso de las TIC y en el acceso a servicios y contenidos de banda ancha
hace pensar que si no se actúa con presteza, no sólo la red correrá peligro de saturación sino que además
el consumo energético y su equivalente en gases de efecto invernadero podrían dispararse.
El consumo energético de las redes de comunicación ya es uno de los que más rápido crecen en la Unión
Europea y se espera que en 2015 alcance los 50 TWh anuales.
Es, pues, necesario reflexionar sobre las vías para mantener un crecimiento sostenible en la capacidad de
transmisión de las redes de comunicación a la vez que se mantiene o reduce el consumo energético.
Hoy en día, varias alternativas 'Verdes (Green)' están en curso en las empresas de Telecomunicaciones,
encaminadas tanto a reducir las emisiones internas como a ayudar a los clientes a reducir las suyas
propias.
Las líneas de actuación abarcan desde los equipos de acceso a los equipos de red, los códigos de conducta
que promueve el regulador y a la propia arquitectura de las redes de comunicación, destacando en última
instancia, la oportunidad de desplegar redes compartidas para todos los servicios y contenidos: las redes
de nueva generación.
El sector TIC, en general, parece escoger para ello las arquitecturas FTTH, no sólo porque sean más
eficientes que las redes tradicionales (hasta un 6% según algunos expertos); sino porque son, ante todo, la
base para la implantación de nuevas costumbres, usos y servicios sostenibles (e-administración, e-sanidad,
teletrabajo, etc.) que serán la clave para atajar el Cambio Climático y mejorar la calidad de vida de las
personas, aunque esto último se abordará con mayor profundidad en próximos capítulos.
Por cubrir todos los puntos de vista, cabe añadir además que según un estudio publicado por el 'FTTH
Council'(FTTHC) en febrero de 2008, la evaluación medioambiental del despliegue de la red FTTH es
positiva. En él se determinó que el uso de la nueva red en Europa durante 15 años evitaría la emisión de
gases de efecto invernadero equivalentes al CO2 que emite un coche en un viaje de 2.000 Km por cada
cliente, compensando con ello el coste medioambiental del despliegue de la red.
Sólo nos quedan, por tanto, las condiciones regulatorias (el regulador conoce el problema y estará del lado
del sector TIC) y comerciales (es de prever que habrá demanda suficiente para hacer rentable el
despliegue) que hagan viable económicamente el despliegue de una nueva red 'más verde'. De esta manera
podremos conciliar por fin las necesidades de uso de nuestros clientes con los requisitos de coste de
mantenimiento y de consumo energético de nuestras redes.
ANEXO: La Arquitectura básica de la Red
Vista de manera simple y con el único objeto de crear un lenguaje común que nos sirva para la discusión
de las próximas líneas, podemos explicar la arquitectura básica de una red de comunicación con los
siguientes elementos:
La Red de Acceso. Es el tramo de la red que conecta el dispositivo de acceso en la casa o en la
oficina del cliente: el teléfono fijo o el móvil (directamente) y el portátil (a través de un módem);
con la Red de Transporte de datos (Operator's Street Cabinet or Central Office).
En este segmento de la red lo importante es la conectividad del cliente en todo momento y en todo
lugar con el ancho de banda que demanden los contenidos que éste maneja. Lo importante es
conectar con la gran autopista de la información que es la Red de Transporte con la calidad
necesaria.
En este ámbito se puede habar de:
El dispositivo de acceso con el que el cliente accede a la red. Los ordenadores personales y
PDAs acceden, además, habitualmente a través de un Módem ADSL, WiFi o 3G, por
ejemplo.
El bucle de abonado o bucle local se refiere en las redes tradicionales (Voz Fija, ADSL,
cable) al tramo de cable dedicado a un usuario concreto que va desde la central más cercana
hasta el interior de la casa del cliente
En el caso de las redes móviles no hay un cable físico directo entre el teléfono y la estación
base más cercana, por lo que no se emplea este término. En su lugar se puede hablar de
conexión inalámbrica.
El repartidor o divisor (splitter), sólo presente en algunas tecnologías de red, se emplea
cuando se comparte entre varios abonados el primer tramo del bucle local, por ejemplo, desde
la Central más cercana hasta el pie del edificio o hasta la entrada de la urbanización. En este
punto, el repartidor se encarga de separar la señal de cada cliente y enviarla por el último
tramo de cable, dedicado en exclusiva a cada cliente.
Para el despliegue de este tramo de red se emplean multitud de tecnologías de telefonía fija (xDSL,
cable, etc.) o inalámbricas (GPRS, 3G, WiFi, WiMax, etc.) en función de las necesidades.
Figura: 10.
Fuente: EEIOCG
Componentes de una red esquemática de comunicaciones
La Red de Transporte es la encargada de tomar los datos de los clientes en la Central o Estación
Base más cercana al mismo (Operator's Street Cabinet en el gráfico) y hacerla llegar hasta la
Central o Estación Base más cercana posible a otro cliente o lugar de destino, con el que el primer
cliente se comunica, es decir, entre el operator's street cabinet de la izquierda de la figura 10 y el
operator's street cabinet de la derecha.
Los factores más relevantes en este tramo de la red son:
Disponer de una gran capacidad de transporte de datos. En el ejemplo que poníamos antes
significa disponer de tuberías tan grandes como sea necesario, ya que por ellas pasan los
datos de todos los clientes, en todas direcciones y continuamente.
Ser lo más flexible posible a la hora de crear el camino más eficiente para transportar la
información de un lugar a otro empleando estas grandes tuberías compartidas.
Pongamos por ejemplo, que se quiere enviar un correo electrónico desde Aranjuez (un pueblo
al sur de Madrid) hasta Buenos Aires. El envío sería casi instantáneo si hubiera un canal
directo que uniera las dos poblaciones. En realidad, el envío más rápido se lograría si
fuéramos capaces de unir directamente todos los orígenes con todos los destinos: todos con
todos. Sería lo más rápido, aunque no lo más económico.
En su lugar, lo que se hace es poner grandes puntos de referencia donde se encuentran las
'tuberías' de información. Así, lo que se hace es ir desde el barrio de Aranjuez hasta el centro
de la población. Desde este punto, el correo electrónico se dirige a Madrid. Desde Madrid
podría viajar a Sao Paulo vía Islas Canarias (por poner un trayecto geográficamente posible,
además de agradable) y desde allí podría conectar con Buenos Aires.
En cada punto de encuentro o 'Central de Conmutación' se debe decidir en tiempo real cuál
es el mejor camino (a esto se llama encaminamiento) para cada paquete de datos para que
llegue a su destino de manera segura (sin que se pierdan datos) y a ser posible, lo más rápido
posible.
El arte de diseñar la red de transporte consiste en saber dimensionar adecuadamente cuántas
Centrales de Conmutación son necesarias, con qué capacidad de procesamiento y dónde
deben estar situadas para encontrar el compromiso ideal entre coste y rendimiento de la red.
La red de Telecomunicación es mucho más compleja, pero con lo que hemos explicado hasta ahora
nos sirve para seguir adelante.
ANEXO: Tecnologías asociadas a las redes de nueva generación
Las redes de nueva generación no están restringidas a una tecnología de acceso en particular: lo que prima
es la idea de compartir infraestructuras entre las diversas redes de transporte de datos. Sin embargo sí que
existen algunas tecnologías más prometedoras que otras a la hora de aplicar estas ideas.
En este apartado se van a comentar las más relevantes, una para el acceso fijo (FTTH), otra para el acceso
móvil (LTE) y otra para el acceso inalámbrico (Wifi/Wimax).
Fibra hasta la Casa (FTTH, Fibre to the Home)
El despliegue de la fibra hasta la casa está considerado actualmente como la mejor solución para las redes
de nueva generación de banda ancha. La inversión realizada podría ser explotada durante muchas décadas
y el bucle de acceso local dejaría de ser un cuello de botella independientemente del tipo de servicio o
contenido que se quisiera desplegar en casa del cliente.
Además, FTTH es considerada la más segura de las opciones ya que no requiere equipos activos en las
cabinas de la calle y los costes operativos a largo plazo serían mucho menores que en otras tecnologías.
Sin embargo, el despliegue de las redes de fibra requiere una importante inversión inicial. Esto hace que
en general, solo esté justificado su despliegue en áreas de alta densidad de población aunque un cambio
favorable en las condiciones comerciales y regulatorias podrían cambiar esta posición.
La arquitectura FTTH puede implementarse con variantes, dando lugar a las redes ópticas pasivas (PON),
a la Ethernet PON, etc.
Evolución a Largo Plazo (LTE, Long Term Evolution) de las redes móviles
Los fabricantes y operadores de redes móviles están trabajando actualmente en la arquitectura de la LTE,
que podría llevar al despliegue de servicios móviles mucho más rápidos que los actuales y con una huella
de carbono mucho menor.
Sin embargo, no se espera que esta tecnología alcance el mercado hasta comienzos de la próxima década,
como pronto. El despliegue de una red de alta velocidad usando LTE requeriría espectro adicional (por
ejemplo, 100Mbps requerirían 2x20MHz frente a los 2x5MHz del WCDMA actual).
No se espera por tanto que LTE compita como un sustituto para las redes de banda ancha fija de nueva
generación, al menos, a corto plazo.
Redes de acceso inalámbricas WiFi / WiMax
Actualmente existe gran interés por el potencial de las nuevas tecnologías inalámbricas como alternativa a
los accesos de banda ancha fija de nueva generación. Tecnologías como WiFi, WiMax y WiBro están
siendo desplegadas para ofrecer servicios de alta velocidad, aunque sin alcanzar la capacidad que ofrecen
las otras tecnologías ya mencionadas.
Más que como tecnología sustituta de las anteriores, se plantea como complemento a las mismas, con
aplicación a zonas urbanas densamente pobladas o como accesos de banda ancha inalámbrica en zonas
rurales donde sea más costoso desplegar las otras alternativas.
Parte del éxito de estas tecnologías estará basado en la adopción internacional y estandarización de este
tipo de soluciones que habilite la producción de equipos a gran escala, reduciendo su coste. En este caso,
podrían adoptarse como soluciones de acceso local.
Claro está, una cuestión imprescindible para el funcionamiento de estas redes móviles es la disponibilidad
de espectro (conjunto de frecuencias) libre adecuado para su uso comercial. Como sabemos, el espectro es
un recurso escaso gestionado por las Administraciones de los distintos países. En torno a la obtención de
este espectro, hemos asistido y seguiremos asistiendo a costosas subastas o concursos de méritos que
convocan dichas administraciones entre los operadores interesados.
BIBLIOGRAFÍA:
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http://www.ftthcouncil.eu/documents/press_release/FTTH%20Council%20SUDEFIB%20-%20FINAL
Autores: Néstor González, Luis Moran y José Manuel Angioleti de Telefonica SA; José Alberto Varela de
TEspaña Grandes Empresas
«Artículo incluido en el boletín eKISS nº 82, una publicación semanal interna de Telefónica»
La Informática Verde. Capítulo 4. Las redes de telecomunicaciones «en verde». (Parte 1)
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