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ESPECIAL WISP (parte II) Sincronismo en redes inalámbricas de banda ancha

23 septiembre, 2021

Internet por fibra optica

En las redes inalámbricas, los grandes operadores utilizan sincronismo para evitar interferencias entre las bases o transmisores que tienen instalados y para hacer los handovers entre bases de una manera eficiente. Pero ¿es necesario el sincronismo en redes inalámbricas más pequeñas, en frecuencias libres, como las de Proveedores de Servicios de Internet Inalámbrico locales, o en instalaciones inalámbricas para videovigilancia? ¿Qué beneficios e inconvenientes puede traer?

¿Qué es el sincronismo en una red de datos?

El sincronismo es una técnica utilizada en telecomunicaciones para que varios equipos de una misma red puedan compartir el mismo reloj y mandar información de forma que todos los equipos estén sincronizados al microsegundo.

Hay varias maneras de ver el sincronismo, todas se basan en tener un reloj centralizado para que todos los equipos de la red usen el mismo tiempo para transmitir, para mandar la información, para saber la duración de un mensaje, etc. En redes móviles o de telefonía celular el sincronismo es utilizado entre otras cosas para que las diferentes bases sepan los momentos precisos en que un móvil va a cambiar de una celda a otra y la información fluya entre estas celdas de manera precisa y eficiente.

En las redes de banda ancha, que utilizan frecuencias no licenciadas, el principal uso del sincronismo es para permitir que todos los equipos transmitan exactamente al mismo tiempo y evitar de esta manera interferencias. Este es el punto sobre el que vamos a hablar en este artículo.

Tipos de Sincronismo en redes de banda ancha inalámbrica

Los protocolos más utilizados en redes inalámbricas que usan frecuencias no licenciadas son TDD, es decir dividen el tiempo del radio para transmitir y después para recibir. Este proceso se repite muchas veces por segundo. El tiempo asignado para transmitir y recibir puede ser diferente y variable, por lo cual la mayoría de los fabricantes utilizan transmisión asíncrona. Los protocolos inalámbricos tienen que adaptarse para transmitir de una manera que pueda ser sincronizada entre muchos equipos.

El ejemplo más conocido de transmisión asíncrona es Wi-Fi. Con esta tecnología no hay un momento específico para transmitir o recibir. Dependiendo de la cantidad de información necesaria para un usuario, o que este tenga que mandar, se le asigna un tiempo de transmisión. Incluso, los clientes (smartphones, PCs, etc.) pueden empezar a transmitir cuando quieran, evitando cualquier sincronización posible en la red.

En otro artículo hablaré de como hacen los equipos de transmisión y recepción para saber que les están transmitiendo a ellos y deben decodificar la señal recibida.

Cuando los fabricantes de equipos de frecuencias libres (5 GHz o 2,4 GHz) hablan de sincronismo suelen hablar de dos cosas totalmente diferentes.

  1. Protocolos Estándar como SyncE o IEEE 1588 – Precision Time Protocol.
  2. Sincronismo de equipos del mismo fabricante para transmitir al mismo tiempo.

Los protocolos estándar como SyncE o IEEE 1588 – Precision Time Protocol son utilizados en las redes móviles UMTS, 3G, 4G.

Lo que suelen hacer estos fabricantes es permitir que estos protocolos de sincronismo pasen a través de sus enlaces para que las redes móviles se puedan sincronizar, incluso si el propio enlace en banda libre es asíncrono o no utiliza estos protocolos de sincronismo. Pasando estos paquetes de sincronismo se logra que equipos en banda libre se puedan utilizar como transmisión de redes móviles, lo que abarata considerablemente los costes de despliegue de las redes celulares, sobre todo en zonas rurales.

El otro modo de sincronismo que se suele hablar en bandas libres es sincronismo de transmisión y recepción, para que todos los equipos puedan transmitir y recibir al mismo tiempo evitando interferencias. Ya que las bandas libres son utilizadas por muchos proveedores de acceso a internet inalámbrico en una misma área geográfica, la minimización de interferencias es siempre algo a tomar en cuenta.

Sincronismo en transmisión, ¿Cómo funciona?

Lo primero que se necesita en una red TDD para tener sincronismo es fijar el radio entre transmisión y recepción. En cada ciclo debemos fijar un porcentaje de tiempo para transmitir y otro porcentaje para recibir. Esto es importante porque en las redes de banda ancha de acceso a internet inalámbrico la cantidad de datos descargados (es decir, de la base hacia los clientes) es muy superior que los datos cargados hacia la red (de los clientes hacia las estaciones base). En redes de videovigilancia, por ejemplo, estos porcentajes son muy diferentes, porque las cámaras transmiten video hacia la red, es decir todo el ancho de banda es de subida hacia la red y los porcentajes son totalmente opuestos a los de una red de acceso a internet.

Una vez fijado en nuestra red el tiempo que queremos transmitir y recibir, debemos interconectar todos los transmisores de una misma torre al mismo reloj de sincronismo, de esta manera todos los equipos transmitirán al mismo tiempo y todos recibirán al mismo tiempo.

Al estar sincronizados no se interfieren entre ellos, todos transmiten a la vez y no están recibiendo información que pueda estar enmascarada por la transmisión de otro equipo cercano causando interferencias. Los equipos lejanos si recibirán todos a la misma vez, pero cada transmisor en la torre central está enfocado a una zona específica y los receptores están mucho más alejados entre sí. Esto permite utilizar menos frecuencias en una misma torre.

Se entrevé en lo dicho en el último párrafo que el sincronismo en redes de banda ancha que utilizan bandas libres es una ventaja solo en zonas o redes densas donde haya muchos equipos en la misma torre o muchas torres juntas.

¿Ventajas y desventajas del sincronismo en una red inalámbrica de banda ancha?

Esta es la parte más importante del sincronismo en una red inalámbrica de banda ancha. Si ya tengo mi red montada, ¿para qué quiero sincronizarlos? ¿Qué ventajas voy a tener?

La ventaja principal es evitar interferencias y tener un re-uso de frecuencias mayor, pero como vamos a ver en un minuto esto no es tan cierto. Por otro lado, hay varios inconvenientes, el más obvio y menos problemático es añadir complejidad a la red.

En redes inalámbricas en frecuencias no licenciadas, cada fabricante utiliza su protocolo de sincronismo, no hay un estándar definido. El primer punto obvio de esto es que solo podemos sincronizar equipos del mismo fabricante. Si tenemos en nuestra red varios fabricantes, por ejemplo, uno para punto a multipunto y los enlaces punto a punto con otro, ya no los podremos sincronizar para que transmitan al mismo tiempo.

La desventaja principal en bandas libres es que los diferentes operadores o empresas que estén transmitiendo en un área específica, no trabajan conjuntamente, cada cual tiene su propio despliegue de radiofrecuencia y su propia estrategia, no hay ninguna coordinación. Al sincronizar todos los equipos de tu red (incluso suponiendo que todos sean del mismo fabricante), la mayor parte de las interferencias posibles vendrán de los radios de los otros operadores con los cuales no hay sincronía posible. La cantidad de interferencias seguirán siendo muy grandes.

Hay otra desventaja importante que tiene que ver con el máximo ancho de banda disponible. La principal ventaja de una red TDD asíncrona es que el tiempo de uso para descargas o cargas de datos no es igual y se adapta a las necesidades de cada red. Incluso este tiempo se adapta automáticamente y en tiempo real a las necesidades en cada momento.

Imaginen una red de acceso a internet. Durante el día hay más gente trabajando, mandando correos con reuniones virtuales y mandando fotos o informes. Este tráfico va todo hacia la red. Durante la noche la gente ve películas o series, ve videos etc. Toda esta información se descarga desde la red. Las redes sin sincronismo adaptan el ancho de banda disponible para que durante el día haya más ancho de banda de subida y durante la noche, a medida que se necesita, el porcentaje va cambiando y dedica más tiempo y ancho de banda a la descarga de datos.

En una red con sincronismo esto no es posible. El porcentaje de subida y bajada es fijado de antemano y no se puede cambiar en tiempo real. Más aún, si toda la red está sincronizada este porcentaje debe ser el mismo en toda la red, así haya zonas donde el uso del acceso a internet sea diferente.

Otra desventaja menos importante, pero que también hay que tomar en cuenta es respecto a las interferencias causadas por la misma red síncrona. Se supone que estas básicamente desaparecen. Esto es cierto en transmisión desde la torre, pero al recibir todos los equipos de una torre al mismo tiempo, sí se pueden crear interferencias. Es verdad que los equipos cubren áreas diferentes, pero estas zonas a veces se solapan.

Si tenemos un cliente en una de estas zonas, habrá dos equipos en la torre que lo van a escuchar y al estar sincronizados los dos equipos estarán escuchando al mismo tiempo y tendrán interferencias.

En redes donde las interferencias dependen de fuentes externas y que no podemos controlar, como son las redes de banda ancha inalámbrica o las redes de operadores de acceso a internet inalámbrico (WISPs por sus siglas en inglés) el sincronismo ayuda muy poco a controlar estas interferencias. En redes de frecuencias no licenciadas o bandas libres, como pueden ser 5 GHz o 2,4 GHz sincronizar todos los equipos de una misma red va a tener un efecto limitado. Como hemos visto es muy probable que haya otros equipos transmitiendo de forma no coordinada, bien en la misma torre o en torres cercanas. Esta descoordinación nos va a traer interferencias tanto si tenemos nuestra red sincronizada como no.

 Artículo consultado en www.comunicacionesinalambricashoy.com

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