Liberando DOCSIS 4.0 para redes HFC y FTTH

La evolución de las redes HFC ha conformado uno de los conjuntos de decisiones más complejos e impactantes que enfrentan los operadores actualmente. La dificultad radica en identificar los posibles desafíos del mercado y abordarlos con la tecnología adecuada de manera oportuna y rentable. El término operativo es "tecnología adecuada".

DOCSIS 4.0 (D4.0) está diseñado para llevar la industria del cable al futuro 10G. Permitirá tasas de flujo descendente de 10 Gbps y tasas de flujo ascendente de 5 Gbps. Es el primer estándar DOCSIS que incorpora DOCSIS Full Duplex (FDX) y DOCSIS de Espectro Extendido (ESD), las dos vías principales hacia la evolución de las redes HFC actuales.

La elección entre FDX y ESD es solo una de las muchas decisiones que los operadores enfrentan al día de hoy. Pero también está la cuestión de qué hacer con la tecnología actual. Las consideraciones incluyen el tiempo, el costo y la competencia. Para dar los siguientes pasos en el camino hacia la migración, los operadores deben tomar decisiones tecnológicas cruciales en el contexto del mercado y las necesidades de sus clientes. Veamos algunas de las tendencias y opciones que influyen en estas decisiones:

La pandemia por la COVID-19

La pandemia ha provocado aumentos significativos en el flujo descendente y ascendente mientras los países y las ciudades imponen cierres para controlar la enfermedad. Con la gente sentada en casa durante muchas más horas al día de lo habitual, el consumo de la red se ha disparado. Los mayores culpables son la transmisión de video, el trabajo y la educación remotos, las videoconferencias y los juegos en línea.

En su punto máximo, la COVID-19 representó un aumento de casi el 50% en el uso del ancho de banda ascendente, y un aumento del 25% en el ancho de banda descendente (medidos durante la hora más ocupada de la noche). De acuerdo con nuestros modelos de ingeniería de tráfico, estos números se podrían estabilizar en una proporción cercana a la mitad en un futuro próximo.

DOCSIS 4.0: herramientas de migración de red

Hay muchas soluciones en la caja de herramientas para la migración de red. Estos se pueden utilizar para introducir una ruta de migración óptima que amplía la vida útil de la red HFC actual y la transforma gradualmente en la forma deseada como Fiber-to-the-Home (FTTH) para el futuro.

Una de las herramientas más eficaces es la migración selectiva de suscriptores. Aquí es donde los operadores trasladan a los clientes que requieren tarifas muy altas a una plataforma diferente, por ejemplo, una red FTTH superpuesta que ejecuta un tipo específico de PON. El beneficio de este enfoque es que evita la necesidad de actualizar toda la red para cumplir con los niveles de servicio anormales asociados con tasas de penetración muy pequeñas. Si solo un número selecto de clientes residenciales o comerciales solicita un servicio simétrico de 10 Gbps, entonces tiene sentido trasladar a esos pocos clientes a 10G PON en lugar de revisar toda la red HFC.

Otra solución popular son las divisiones y segmentaciones de nodos, que pueden ayudar a reducir la cantidad de suscriptores en cada grupo de servicio, lo que genera menos congestión y la capacidad de soportar tarifas de servicio más altas durante períodos más largos.

También hay varias opciones de actualización para el flujo ascendente dividido compatibles con las especificaciones de DOCSIS 3.1 para lograr tasas más altas: subdivisión (5-42 MHz en Norteamérica y 5-65 MHz en Europa), división media (5-85 MHz) y división alta (5-204 MHz). Para admitir tasas de flujo ascendente de hasta 400 Mbps será necesario pasar de la subdivisión a la división media. Por otro lado, admitir tarifas ascendentes superiores a 1 Gbps requerirá un cambio a una arquitectura de división alta. Las especificaciones D4.0 agregan opciones de división ultra alta con límites ascendentes de hasta 300 MHz, 396 MHz, 492 MHz y 684 MHz. Es posible qie algun día permitan tarifas de hasta 5 Gbps.

Otra forma de liberar espectro crucial es la optimización de la entrega de video a través de video digital, video digital por switches y video IPTV. Los canales analógicos no utilizan el espectro de manera muy eficiente, por lo que la transición de video de canales analógicos a canales digitales permitirá una mejor utilización del espectro escaso a través de esquemas de codificación más eficientes del contenido digital.

Agregar capacidades SDV que solo transmiten secuencias de video cuando se ven también puede ayudar a reducir la utilización del espectro para los servicios de video. A medida que pase el tiempo, reducir la cantidad de canales de video digital y migrar a video IPTV, que utiliza canales DOCSIS 3.1 espectralmente más eficientes, proporcionará otro nivel de uso eficiente del espectro. 

En el camino hacia D4.0, FDX es una opción prometedora diseñada para permitir que el tráfico ascendente y descendente compartan el mismo espectro simultáneamente. Está optimizado para arquitecturas de red DAA N+0 sin amplificadores. Una alternativa es Dynamic Soft-FDD, donde la división se cambia dinámicamente para adaptarse a la demanda de tráfico, ofreciendo los mismos beneficios que FDX pero con grupos de interferencia típicamente más grandes. 

Dynamic Soft-FDD esencialmente permite un funcionamiento similar a FDX en redes Node+X en cascada con amplificadores. Finalmente, ESD ofrece una tercera opción, donde el espectro descendente puede ir más allá de 1,2 GHz. Si bien requiere cambiar tomas y amplificadores, funciona en modo FDD al igual que las redes actuales. Además, ESD puede capitalizar los enfoques Dynamic Soft-FDD ya mencionados para cambiar dinámicamente sus frecuencias divididas.

A medida que los operadores introducen la fibra más profundamente en sus redes, las derivaciones activas pueden emplearse como pequeños dispositivos activos (amplificadores) para admitir valores de ganancia distribuidos relativamente pequeños. Esto permite el uso continuo de las líneas duras con órdenes de modulación más altas a frecuencias más altas, lo que producirá capacidades adicionales. Además, como paso de la última etapa antes de llevar la fibra al hogar, con o sin tomas activas, los operadores pueden considerar Fiber-to-the-Tap (FTTT). Esta solución permite el uso de cables de conexión que pueden admitir frecuencias de hasta 25 GHz, lo que se traduce en velocidades de datos de más de 200 Gbps. En este caso, la red de cable coaxial se convierte en una red punto a punto, lo que permitirá la operación ESD en conjunto con la operación FDX.

DOCSIS 4.0 - Estrategia de migración

Una estrategia de migración de red óptima requiere un proceso integral de toma de decisiones que evalúe todas las herramientas disponibles simultáneamente. El proceso debe repetirse cada vez que se deba tomar una decisión. Se debe prestar especial atención a la toma de decisiones consciente del tiempo, es decir, la decisión óptima cambia a medida que pasa el tiempo.

Existen innumerables vías para que los operadores aprovechen sus redes HFC para respaldar la demanda de los clientes, pero si se hace correctamente, muchas de las redes actuales pueden seguir siendo relevantes hasta bien entrada la década de 2030. Esto se debe a herramientas como la migración selectiva de suscriptores, las divisiones de nodos, la transferencia de video a video IPTV, la actualización de la división ascendente, el aumento del espectro descendente, Dynamic-Soft-FDD, taps activos, FTTT y FTTH.

Después de utilizar el concepto de migración selectiva de suscriptores para restringir el proceso de migración de la red, una estrategia DOCSIS por fases combinada con un proceso de decisión que toma en cuenta el tiempo proporcionará información sobre la migración más sensible para una red determinada. Las opciones táctiles ligeras y medias, como mover la división ascendente a 204 MHz con un flujo descendente de 1,2 GHz, así como las divisiones y segmentaciones de nodos, pueden extender la vida útil de la red HFC en la próxima década si el flujo descendente Tmax deseado es de 2 Gbps o menos. Además, la implementación de video IPTV puede extender aún más la vida útil de las redes HFC, especialmente cuando se combina con Dynamic-Soft-FDD y ESD.

Como tecnología de transición, los operadores también pueden optar por implementar equipos compatibles con DOCSIS 4.0 y operarlos en un modo DOCSIS 3.1 durante un tiempo (meses o años), y luego habilitar las funciones de DOCSIS 4.0 cuando sea necesario en el futuro. Las primeras características de DOCSIS 4.0 que a lo mejor estén habilitadas son probablemente las capacidades de flujo ascendente dividido ultra alto (divisiones de 300, 396, 492 o 684 MHz). En el futuro, también se requerirá el cambio a capacidades descendentes de 1,8 GHz.

Es una bendición y un desafío complejo que los operadores de hoy tengan tantas opciones para migrar sus redes HFC y actualizar a D4.0. Sin embargo, al comprender las necesidades específicas y en evolución de sus clientes, al utilizar las muchas soluciones en su conjunto de herramientas de red y al considerar la interacción en la línea de tiempo entre los dos, los operadores pueden extender de manera eficiente la longevidad de sus redes HFC hasta la década de 2030; y luego pueden prepararse para el éxito final en la entrega de FTTH.

Este artículo se publicó originalmente en la edición de enero de 2021 de Pipeline Magazine.