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Redes de Transporte e Backhaul Móvel IP/MPLS
As primeiras redes comerciais LTE foram lançadas no final de
2009 no norte da Europa, por parte da operadora TeliaSonera. Pouco depois outros mercados seguiram, como Estados
Unidos, que é na atualidade o de maior crescimento quanto a
número de usuários LTE devido ao lançamento comercial da
tecnologia por parte de Metro PCS, Sprint, Verizon Wireless,
AT&T y Leap Wireless. Segundo projeções de iGR, as operadoras americanas irão investir 40 milhões de dólares em infraestrutura LTE durante os próximos cinco anos.
Estas cifras de investimento nos Estados Unidos, somadas as
que se verão nos mercados europeus e da Ásia Pacífico nos
próximos 18 a 24 meses, implicam não só em um rápido alcance das economias de escala e, portanto, o baixo valor dos
equipamentos, e sim a chegada de uma grande variedade de
dispositivos com a tecnologia.
América Latina segue esta corrente e acelera a adoção de
novas tecnologias devido ao acúmulo de circunstâncias, entre
as que podemos encontrar a boa economia da região que favorece uma demanda crescente pelo acesso, sendo as redes
móveis as que mais rapidamente podem satisfazer, e a que
os usuários dessa região já entraram em maior contato com o
que supõe o acesso a banda larga, e por isso, sabem de seus
benefícios e demandam cada vez melhores prestações.
E se LTE se lançava pela primera vez no planeta no final de
2009 por parte de TeliaSonera em Oslo, Suécia, no final de
2011 era anunciada a primera rede LTE na América Latina por
parte de Une EPM na Colômbia. Em 2012 mais operadoras
iniciaram o lançamento da tecnologia e, segundo Maravedis
Research, poderia haver até 15 redes LTE comerciais até o
final deste ano na região com aproximadamente 650.000 assinantes na América Latina.
Já existem cinco redes comerciais na região: Une EPM (Colômbia), Antel (Uruguai), Sky (Brasil), Claro (Porto Rico) e
Open Mobile (Porto Rico). Outras operadoras que estão por
lançar LTE são: Entel (Chile), Telecom (Argentina), Movilmax
(Venezuela) e Digicel (Caribe). Por sua vez, algumas operado-
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Gráfico 1
ras brasileiras que já ganharam licenças de espectro para LTE
anunciaram recentemente seus provedores LTE. Operadoras
como Vivo, Claro, Oi e TIM tem definido seus provedores
para começar o lançamento da tecnologia nesse mercado.
TeleSemana.com preguntou a um seleto grupo de operadoras1 na América Latina sobre seus planos para lançar LTE em
seus respectivos mercados e vendo o Gráfico 1, comprovamos que a maioria das operadoras na região esperam ter algum tipo de serviço comercial LTE disponível nos próximos
meses. Somente um grupo pequeno de operadoras acreditam não estarem com suas redes LTE prontas antes de 2015.
Ja, 2012
2013
2014
2015
Nunca
Fuente: TeleSemana.com
E com a chegada das redes LTE espera-se uma explosão no
tráfego de dados, já que até a data a implementação de tecnologias de maior capacidade sempre implicam um maior uso
por parte dos usuários, especialmente porque as novas redes
vêm acompanhadas de melhores dispositivos. Por exemplo, o
iPhone 5 já supera o tráfego gerado pelo Samsung Galaxy S3,
quando entre ambos existe uma diferença temporal de três
meses a favor do dispositivo de Samsung. É muito provável
que cada novo dispositivo, com melhoras na reprodução de
vídeo, a grande causa do crescente tráfego de dados, e o incremento nas conexões LTE, façam que o tráfico não deixe de
crescer com cada novo smartphone que se lance no mercado.
As operadoras além disso estão aumentando sua oferta de
acesso a grande velocidade. Nos Estados Unidos, por exemplo, Verizon Wireless e AT&T prometem velocidades de descarga entre 5 e 12 Mbps, enquanto que de subida Verizon
Wireless promete entre 2 e 5 Mbps e AT&T mantém a mesma
que na descarga. Entretanto, provas realizadas por empresas
independentes2 asseguram que estas cifras por agora são
amplamente superadas e no caso de Verizon Wireless a descarga estaria nos 14 Mbps e a subida em 8 Mbps, e no caso de
AT&T as cifras seriam de 13 Mbps e 6 Mbps respectivamente.
No questionário realizado por Telesemana.com comprova1 O pesquisa foi realizada entre 33 executivos relacionados com a rede de transporte
em operadoras de Argentina, Chile, Uruguai, México, Brasil, Perú, El Salvador, Guatemala, Colômbia e Venezuela.
2 Medições realizadas por RootMetrics em ambas redes nas cidades de San Diego,
San Francisco, Los Angeles, Houston, Washington DC, Phoenix e Atlanta.
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Gráfico 2
mos que as operadoras da região também tem em mente
aumentar significativamente as velocidades de transmissão
de descarga. O Gráfico 2 mostra como a maioria das operadoras esperam oferecer um mínimo de 5 Mbps de descarga
em sua oferta LTE e quase 90 por cento não contempla baixar
dos 3 Mbps.
Mas para oferecer estas velocidades de transmissão as operadoras deverão modificar a estrutura de suas redes, incorporando o conceito de Heterogeneous Networks (HetNet) mediante a introdução da infra-estrutura que se conhece como
small cells, que inclui femto cells, pico cells, micro cells e a
utilização de pontos de acesso Wi-Fi (Hotspots).
1 Mbps de download
2 Mbps de download
3 Mbps de download
4 Mbps de download
5 Mbps de download
Fonte: TeleSemana.com
Gráfico 3
Segundo dados de Informa Telecoms & Media, as small cells
superarão em número as macro cells no final deste ano. Dados oferecidos por Small Cell Forum apontam que SK Telecom na Coréia já iniciou o lançamento das primeiras small
cells LTE, enquanto que nos Estados Unidos AT&T e Sprint já
se comprometeram a iniciar seu lançamento mas para suas
redes 3G no final deste ano. Verizon Wireless e o próprio
Sprint anunciaram planos de lançamento dessas small cells
para suas redes LTE em um prazo curto.
Na América Latina, Telefônica poderia ser a primeira operadora a lançar este tipo de infra-estrutura. A operadora anunciou sua intenção de utilizar-las tanto na Europa como em
suas filiais latino-americanas.
E se a principio assegurávamos que os tempos de adoção
de novas tecnologias e soluções por parte das operadoras
da região estavam diminuindo com respeito a lançamentos
em outras partes do planeta, as small cells ainda apóiam com
mais força esta teoria. Na pesquisa realizada por TeleSemana.com com executivos na área de rede e que é refletido no
Gráfico 3, verifica-se que a intenção de implementação de
soluções de small cells está dentro dos próximos 18 a 24 meses na maioria das operadoras.
Fonte: TeleSemana.com
O lançamento de LTE, junto com a chegada de mais smartphones em todos os preços e a nova arquitetura HetNet, com a
introdução de pequena infra-estrutura, obriga as operadoras de todo o mundo a evolucionar sua rede de transporte
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(backhaul) até uma arquitetura que permita sustentar as velocidades de transmissão e latência prometidas por LTE, assim como garantir uma segurança e confiabilidade na rede
garantindo uma experiência uniforme e consistente para os
usuários.
Esta informação apresentará a visão do por que a utilização
de IP/MPLS poderia ser a melhor solução tecnológica para
muitas das operadoras que estão por lançar a tecnologia LTE.
Explorando a opção IP/MPLS para o backhaul móvel da
seguinte geração
Para a migração ou evolução das redes de transporte, as operadoras possuem uma limitada variedade de opções, sendo a
mais popular nesse momento a que leva a realizar o transporte através da tecnologia IP/MPLS. Existem vários organismos
que trabalham na criação de estandartes e arquiteturas para o
desenvolvimento da seguinte geração de redes de transporte. Estes são os organismos que estão involucrados de uma
forma ou outra no desenvolvimento das redes de transporte.
• Metro Ethernet Forum (MEF): Este organismo desenvolveu o Mobile Backhaul Phase 2 Implementation Agreement Requirements for Implementing Carrier Ethernet for
Mobile Backhaul (MEF 22.1). E ainda que MEF promova a
utilização de Ethernet e Carrier Ethernet para o backhaul
(Ethernet é o protocolo utilizado pelas estações base LTE
para transportar o tráfego IP), o MEF 22.1 é um marco
de referência para a implementação de tipos de serviço,
QoS, ferramentas OAM e sincronização, sem identificar
uma tecnologia concreta para realizar o transporte.
• Broadband Fórum: defende a utilização da tecnologia
IP/MPLS para seu uso no transporte de tráfego em redes
móveis, especialmente para operadoras que implementem uma rede de backhaul que integre o tráfego TDM
das redes 2G e ATM das redes 3G. Propõe um modelo de
arquitetura denominado TR-221.
• O grupo de trabalho da União Internacional de Telecomunicacões, ITU-T SG 15 se encarrega de temas relacionados com o clock syncronization das redes de pacotes.
• Por último, o 3GPP está a cargo de todo o relacionado
com o RAN e suas interfaces.
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As operadoras podem programar o marco do MEF, mas utilizando a tecnologia IP/MPLS, utilizando o esquema planteado por
Gráfica 4
Fonte: Broadband Forum
MMBI Reference Architecture
Terminology
WCDM/
UMTS
CDMA
2000/1X
LTE
Base Station
Node-B
BTS
eNB
Base Station Controller
RNC
BSC
-
Circuit Edge Devices
MSC
MSC
-
Packet Edge Devices
SGSN, GGSN
PDSN
S-GW / MME
Note: Mobile backhaul expense is a sizable portion of overall mobile operator OPEX
Broadband Forum e que pode ser visto no seguinte gráfico.
O Broadband Fórum, assim como outros fornecedores, recomenda o uso de IP/MPLS para o backhaul por vários motivos,
mas talvez o principal seja a necessidade de ter que seguir
sustentando vários tipos de tráfego sobre uma mesma rede
de transporte. Ainda que as operadoras necessitem evoluir
suas redes a LTE, se assume que seguirão sendo os serviços
tradicionais os que continuarão aportando à maioria do ingresso antes que sejam os serviços oferecidos pela rede LTE
os que temem o controle desta métrica financeira. Por esse
motivo, os proponentes de uma solução como IP/MPLS consideram que esta tecnologia é a que permite as operadoras
convergir transportando simultaneamente vários tipos de tráfego sobre uma única infra-estrutura de rede.
Uma das grandes vantagens de MPLS é sua capacidade para
desacoplar a capa de serviço da de transporte, transportan-
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Gráfico 5
2G (GSM)
2G (GSM)
R99/R4
2G Voice GPRS
(BSC to SGSN)
TDM
FR
ATM
R5/R6... LTE (R8/R9)
Ethernet
IP
MPLS
SDH
Ethernet
PDH
Radio, Copper (DSL) or Optical Fibre
Fonte: Tellabs
do indistintamente tráfego TDM, ATM ou Ethernet através
de pseudo-wires sobre qualquer tecnologia SDH, Ethernet o
DSL, entre outras; e, ao mesmo, tempo suportar serviços multiponto como IPVPN necessários para LTE. Pelo que se produz uma proteção do CAPEX na inversão de infra-estrutura
já que permite à operadora móvel lançar uma solução custo
efetiva para o backhaul de tráfego 2G (TDM) e 3G (ATM e
IP/Ethernet) que suporta IP de forma nativa o que permite o
backhaul de LTE sobre a mesma rede usando IPVPN, como se
mostra no Gráfico 5.
Não se deve esquecer que a migração à redes de backhaul baseadas em pacotes implicam que todos os serviços, legado e
novos, deverão poder ser transportados por uma mesma rede
de backhaul. Traduzindo a serviços, estamos falando de serviços
de voz tradicionais, serviços de voz sobre IP (VoIP), SMS, dados
assim como também todo tipo de serviços de vídeo.
Gráfico 6
No questionário realizado por TeleSemana.com as operadoras parecem mostrar uma intenção clara em utilizar uma rede
de transporte que possa conjugar os diferentes tipos de tráfego em uma só rede de transporte e mediante uma única
tecnologia. O Gráfico 6 ilustra esta preferência.
Si
No
No se
Fonte: TeleSemana.com
A maioria das operadoras de todo o mundo está optando por
implementar uma arquitetura de rede de backhaul (metro,
adição e acesso) baseada em MPLS devido a sua flexibilidade já que suporta o transporte de múltiplos protocolos TDM/
ATM/ETH/IP e proporciona funcionalidades de capa dois e
capa três com suporte nativo de QoS e Engenharia de Tráfego. Também existem operadoras que estariam optando por
outro tipo de soluções baseadas em equipamento de capa
dois Carrier Ethernet o MPLS-TP. A decisão de optar por uma
opção ou a outra vem quase sempre dada pela quantidade
de infra-estrutura de legado das operadoras ou a velocidade
com a que acreditam que suas redes de legado deixaram de
ser importantes para seu negócio.
Na América Latina a pesquisa de TeleSemana.com revela um
padrão muito parecido não só a realidade que se percebe
ao redor do mundo, como também a outras pesquisas realizadas por TeleSemana.com relacionadas com as redes de
transporte. Nessa ocasião novamente vemos que a opção IP/
MPLS (PWE3, IPVPN e VPLS) será a mais desenvolvida na região como mostra o Gráfico 7.
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Gráfico 7
Outra decisão importante para a operadora é decidir a tecnologia de acesso a desenvolver para o backhaul das estações
base LTE para poder oferecer as velocidades que planejam
brindar através de suas redes LTE. Como foi visto no Gráfico
2 dessa pesquisa, a maioria das operadoras planejam oferecer velocidades de descarga de 5 Mbps, e pouco são os que
pensam em uma oferta inferior aos 3 Mbps.
Para poder oferecer certas velocidades através de LTE calcula-se
que cada lugar deveria receber uma capacidade de 100 Mbps
no Release 8 de LTE e poder incrementar essa capacidade até os
300 Mbps quando for lançado LTE-Advanced (LTE-A).
Ethernet camada 2
PwE3 (pseudwires MPLS
Fonte: TeleSemana.com
Gráfico 8
25MB
50MB
100MB
150MB
Fonte: TeleSemana.com
IP VPN (MPLS)
VPLS (MPLS)
Nesse sentido, o questionário de TeleSemana.com com as
operadoras latino-americanas mostra que a região considera que estas capacidades serão as implementadas em suas
operações para poder sustentar as velocidades prometidas a
seus usuários através das novas redes LTE. O Gráfico 8 mostra uma clara intenção de não baixar dos 100 Mbps de capacidade por lugar nos primeiros lançamentos LTE.
O papel da fibra nos primeiros lançamentos de LTE
A pesar da América Latina não ser um mercado com altos
índices de penetração de infra-estrutura física, especialmente
de fibra, as operadoras da região parecem entender que em
certas zonas de sua cobertura LTE deverão contar com uma
rede de fibra ótica para alimentar a suas novas estações LTE.
O Gráfico 9 mostra como as operadoras acreditam que deverão utilizar este tipo de acesso em sua rede LTE.
Na região começa a ver um ressurgir paulatino no investimento em fibra ótica. Segundo dados de Pyramid Research,
América Latina será a região que experimentara o maior crescimento nos acessos de fibra, em parte por sua baixa penetração, mas também em parte por uma aceleração nos investimentos nesse tipo de infra-estrutura. Os acessos a fibra
sofrerão um crescimento anual composto (CARG) de 44 por
cento entre 2011 e 2017.
A parte dos programas governamentais impulsionados por
vários governos como o argentino, peruano, colombiano,
mexicano ou brasileiro, entre outros, as operadoras começam
a adquirir ativos de fibra, como por exemplo TIM Brasil me-
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Gráfico 9
diante a compra de Intelig no ano 2009, ou mediante seu
acordo do próprio TIM com Telebrás para compartilhar 4.400
km de fibra óptica anunciado no mês de outubro.
Os próprios entrevistados reconhecem que a fibra é a intenção
principal, pois entende-se que para poder exprimir ao máximo a tecnologia LTE, ou oferecer suas máximas prestações, a
fibra é um elemento fundamental. Contudo, também existe o
reconhecimento de que nem todas as estações base da rede
LTE de uma operadora em médio ou largo prazo poderão ter
acesso a uma rede de transporte baseada em fibra óptica. O
Gráfico 10 demonstra esse extremo, onde a perspectiva do
uso do cobre, muito mais estendido que a fibra, jogará um
papel importante no desenvolvimento de small cells de LTE.
GPON
Cobre
Micro-ondas
Fibra óptica
Fonte: TeleSemana.com
Gráfico 10
Enquanto 47 por cento considera que o cobre não será importante porque será necessário fibra, 40 por cento considera
que se deverá utilizar cobre para o transporte LTE e inclusive
possuindo ativos de fibra disponíveis, devido ao menor custo
de transportar através de cobre em relação à fibra.
E aqui é onde aparece um argumento chave a favor da implementação de IP/MPLS como a tecnologia para desenvolver a
rede de transporte LTE já que permite o backhaul de 2G, 3G
e LTE sobre diferentes tecnologias de acesso fibra, GPON,
cobre (DSL) e microondas, entre outras...
Portanto, se bem que a solução ideal seria poder contar com
fibra óptica para toda a infra-estrutura LTE, a realidade parece
indicar que as operadoras à medida que cresçam sua rede LTE
deverão apoiar-se em outras alternativas disponíveis, seja cobre,
GPON, ou microondas para poder oferecer acesso a LTE.
Importante, uma vez que a fibra não
alcança todos os sites
Importante porque apesar de eu ter
fibra, o cobre é menos caro
Nada importante, eu vou usar fibra para
chegar a todas as células pequenas
Não tenho certeza.
Fonte: TeleSemana.com
Esse dado inclusive se reafirma com a chegada das small cells.
Como já vimos no Gráfico 3, a maioria das operadoras esperam implementar este tipo de soluções na topologia de sua
rede nos próximos 18 a 24 meses. No Gráfico 11 podemos
comprovar que o backhaul para este tipo de infra-estrutura irá
requerer de múltiplas redes para transportar seu tráfego devido, entre outros aspectos, a que este tipo de infra-estrutura
terá um esquema de implementação muito dinâmico onde as
fases de planejamento do transporte não poderá ir tão rápido
como seu lançamento. Assim os resultados do questionário
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Gráfico 11
balancem todo tipo de redes para transportar o tráfego 3G e
LTE desde os pontos de acesso provenientes de small cells.
Conclusão
Diferente de outros avanços tecnológicos relacionados com
a infra-estrutura de telecomunicações móveis, LTE está chegando na América Latina a maior velocidade que as tecnologias que foram ditas. Para o fim desse ano, sem ir muito
longe, Maravedis Research estima que haverá um total de 15
redes LTE comercialmente disponíveis.
GPON
Microondas
Cobre
Fibra óptica
Fonte: TeleSemana.com
O lançamento da tecnologia LTE junto com o desenvolvimento das small cells, que um grande número de operadoras da
região esperam implementar nos próximos 18 a 24 meses,
acentuam a necessidade de que as operadoras migrem a
uma rede de transporte baseada em pacotes. A migração, ou
evolução a esta nova rede de backhaul, supõe todo um desafio para as operadoras móveis pelo acúmulo de tecnologias
e protocolos que gestionam em sua rede, assim como pelo
dinamismo de sua infra-estrutura (sobre tudo com a chegada
das small cells) e de seus serviços.
Segundo a pesquisa de TeleSemana.com, não só a maioria das operadoras estão planejando seus lançamentos LTE,
como também esperam ter uma rede de transporte que possa acomodar todos os protocolos que estarão administrando
em sua rede, os novos como IP com a chegada de LTE, mas
sem esquecer o tráfego das redes 2G/TDM e 3G/ATM que
seguem sendo os maiores contribuintes em términos de ingressos por parte das operadoras.
As preferências majoritárias, segundo a pesquisa de TeleSemana.com, passam pela utilização de IP/MPLS em toda a
rede de transporte (Capa 3) utilizando o marco do MEF 22 e a
arquitetura baseada em MPLS TR-221.
Como assinalamos, um dos principais argumentos esgrimidos para impulsionar a adoção de IP/MPLS é a capacidade
de ser empregada para cursar vários tipos de tráfego sobre a
mesma rede de transporte. Ele permitiria suportar o tráfego
IP proveniente das novas redes LTE, ao mesmo tempo que
o tráfego proveniente das redes 2G/3G. Estas redes não só
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durarão por bastante tempo no mundo e especialmente na
região, se não que além disso, continuarão aportando uma
grande parte dos ingressos por um período prolongado.
Por outra parte, apesar de que as operadoras reconhecem
a necessidade de utilizar fibra óptica para os acessos LTE, o
próprio questionário denota que as operadoras estarão obrigadas a utilizar outras fontes como o cobre ou os acessos microondas, já que lançará a médio e largo prazo LTE nas zonas
onde não tenha acesso a fibra. Ainda incluído com acesso a
este tipo de infra-estrutura, os custos de transporte alentarão
algumas operadoras a utilizar redes de cobre ainda quando a
fibra seja uma opção disponível. Este aspecto, onde múltiplas
capas físicas de transporte serão utilizadas para transportar o
tráfego de dados joga a favor da utilização de IP/MPLS.
Definitivamente, as operadoras da região enfrentam um desafio importante quando se trata de lançar novas tecnologias
de banda larga móvel, pois no caso da região, as redes de
transporte deverão apoiar-se em múltiplas tecnologias de
transporte já que, se bem as operadoras preferem o uso de
fibra para LTE, no largo prazo a realidade dita que o uso de
infra-estrutura existente será empregada para estas funções
como demonstra a pesquisa apresentada nesse documento.
A necessidade de empregar múltiplas redes e protocolos, devido a que se estarão oferecendo simultaneamente serviços
2G (TDM), 3G (ATM) e LTE ((IP/Ethernet), a maioria das operadoras parece favorecer uma tecnologia de backhaul capaz
de gestionar todo tipo de tráfego desde um só ponto, permitindo separar a capa de serviços da de transporte para evitar
que uma falha de configuração provoque uma falha massiva
em algum dos serviços transportados.
Cada operadora é um mundo e a decisão tecnológica é dada
por múltiplos fatores relacionados com a posição atual da
operadora quanto a sua infra-estrutura existente e a realidade de seu mercado, pelo que não existe uma resposta geral
que seja válida para todas as operadoras. Contudo, fica claro, pelos resultados da entrevista e por outros relatórios com
resultados similares ao redor do mundo, que as operadoras
possuem necessidades e enfrentam desafios muito similares.
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Por isso, este relatório tentou oferecer uma visão sobre essas
necessidades das operadoras da região e uma das respostas que podem ajudar a enfrentar-las: a utilização de IP/MPLS
como tecnologia de transporte para as redes 2G, 3G, LTE e as
que venham a futuro.
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