La última milla , o último kilómetro , en las industrias de telecomunicaciones , televisión por cable e Internet se refiere al tramo final de una red de telecomunicaciones que brinda servicios de telecomunicaciones a usuarios finales minoristas (clientes). Más específicamente, la última milla describe la parte de la cadena de la red de telecomunicaciones que llega físicamente a las instalaciones del usuario final. Algunos ejemplos son las líneas de abonado de cable de cobre que conectan los teléfonos fijos a la central telefónica local ; las bajadas de servicio de cable coaxial que llevan señales de televisión por cable desde los postes de servicios públicos a los hogares de los abonados y las torres de telefonía celular que vinculan los teléfonos celulares locales a la red celular . La palabra "milla" se utiliza metafóricamente; la longitud del enlace de la última milla puede ser mayor o menor que una milla. Debido a que la última milla de una red hasta el usuario es, a la inversa, la primera milla desde las instalaciones del usuario hasta el mundo exterior cuando el usuario está enviando datos, el término primera milla también se utiliza alternativamente.
La última milla es típicamente el cuello de botella de velocidad en las redes de comunicación; su ancho de banda limita efectivamente la cantidad de datos que pueden ser entregados al cliente. Esto se debe a que las redes de telecomunicaciones minoristas tienen la topología de " árboles ", con relativamente pocos canales de comunicación "troncales" de alta capacidad que se ramifican para alimentar muchas "ramas" de la última milla. Los enlaces de la última milla, al ser la parte más numerosa y por lo tanto la más cara del sistema, además de tener que interactuar con una amplia variedad de equipos de usuario, son los más difíciles de actualizar a la nueva tecnología. Por ejemplo, las líneas troncales telefónicas que transportan llamadas telefónicas entre centros de conmutación están hechas de fibra óptica moderna , pero la última milla está típicamente hecha de cables de par trenzado , una tecnología que esencialmente ha permanecido inalterada durante más de un siglo desde el tendido original de cables telefónicos de cobre.
En los últimos años, el uso del término "última milla" se ha ampliado más allá de las industrias de las comunicaciones, para incluir otras redes de distribución que entregan bienes a los clientes, como las tuberías que llevan agua y gas natural a las instalaciones de los clientes, y los tramos finales de los servicios de entrega de correo y paquetes . [1] El término también se ha utilizado para describir a los proveedores de educación y capacitación que vinculan más estrechamente a las personas con las oportunidades laborales. [2] [3]
La creciente demanda mundial de comunicaciones rápidas, de baja latencia y de gran volumen de información a hogares y empresas ha hecho que la distribución y entrega económica de información sea cada vez más importante. A medida que la demanda ha aumentado, en particular impulsada por la adopción generalizada de Internet , también ha aumentado la necesidad de acceso económico de alta velocidad por parte de usuarios finales ubicados en millones de ubicaciones.
A medida que han ido cambiando las necesidades, los sistemas y redes existentes que se pusieron en funcionamiento inicialmente para este fin han demostrado ser inadecuados. Hasta la fecha, aunque se han probado diversos enfoques, no ha surgido ninguna solución clara para el "problema de la última milla".
Como se expresa en la ecuación de Shannon para la capacidad de información del canal , la omnipresencia del ruido en los sistemas de información establece un requisito mínimo de relación señal-ruido (abreviado como S/N) en un canal, incluso cuando se dispone de un ancho de banda espectral adecuado . Dado que la integral de la tasa de transferencia de información con respecto al tiempo es la cantidad de información, este requisito conduce a una energía mínima correspondiente por bit . Por lo tanto, el problema de enviar una cantidad determinada de información a través de un canal se puede ver en términos de enviar suficiente energía portadora de información (ICE). [ cita requerida ] Por esta razón, el concepto de "tubería" o "conducto" de ICE es relevante y útil para examinar los sistemas existentes.
La distribución de información a un gran número de usuarios finales que se encuentran muy alejados entre sí puede compararse con la distribución de muchos otros recursos. Algunas analogías conocidas son:
Todos ellos tienen en común los conductos que transportan una cantidad relativamente pequeña de un recurso a una corta distancia hasta una gran cantidad de puntos finales separados físicamente. También son comunes los conductos que soportan un flujo más voluminoso, que se combinan y transportan muchas porciones individuales a lo largo de distancias mucho mayores. Los conductos más cortos y de menor volumen, que sirven individualmente solo a uno o una pequeña fracción de los puntos finales, pueden tener una longitud combinada mucho mayor que los de mayor capacidad. Estos atributos comunes se muestran a la derecha.
Los conductos de alta capacidad de estos sistemas también suelen tener en común la capacidad de transferir eficazmente el recurso a larga distancia. Solo una pequeña fracción del recurso que se transfiere se desperdicia, se pierde o se desvía. No se puede decir lo mismo necesariamente de los conductos de menor capacidad.
Una de las razones tiene que ver con la eficiencia de la escala . Los conductos que se encuentran más cerca del punto final, o del usuario final, no tienen tantos usuarios que los respalden individualmente. Aunque son más pequeños, cada uno tiene la sobrecarga de una "instalación" que obtiene y mantiene una ruta adecuada por la que puede fluir el recurso. La financiación y los recursos que respaldan estos conductos más pequeños tienden a provenir de la localidad inmediata.
Esto puede tener la ventaja de un "modelo de gobierno pequeño", es decir, la gestión y los recursos para estos conductos los proporcionan las entidades locales y, por lo tanto, se pueden optimizar para lograr las mejores soluciones en el entorno inmediato y también para aprovechar al máximo los recursos locales. Sin embargo, las menores eficiencias operativas y los gastos de instalación relativamente mayores, en comparación con las capacidades de transferencia, pueden hacer que estos conductos más pequeños, en su conjunto, sean la parte más costosa y difícil de todo el sistema de distribución.
Estas características se han puesto de manifiesto en el nacimiento, el crecimiento y la financiación de Internet. Las primeras comunicaciones entre ordenadores solían realizarse mediante conexiones directas por cable entre ordenadores individuales, que luego se convirtieron en grupos de pequeñas redes de área local (LAN). El conjunto de protocolos TCP/IP nació de la necesidad de conectar varias de estas LAN entre sí, en particular en relación con proyectos comunes entre el Departamento de Defensa de los Estados Unidos , la industria y algunas instituciones académicas.
ARPANET nació para promover estos intereses. Además de proporcionar una forma de que varios ordenadores y usuarios compartieran una conexión común entre redes LAN, los protocolos TCP/IP proporcionaban una forma estandarizada para que ordenadores y sistemas operativos distintos intercambiaran información a través de esta interred. La financiación y el apoyo para las conexiones entre redes LAN podían distribuirse entre una o incluso varias redes.
A medida que se añadía cada nueva LAN o subred, los integrantes de la nueva subred disfrutaban de acceso a la red más grande. Al mismo tiempo, la nueva subred permitía el acceso a cualquier red o redes con las que ya estuviera interconectada. De este modo, el crecimiento se convirtió en un acontecimiento mutuamente incluyente o en el que todos ganaban.
En general, la economía de escala hace que el aumento de la capacidad de un conducto sea menos costoso a medida que aumenta la capacidad. Existe un costo adicional asociado con la creación de cualquier conducto. Este costo adicional no se repite a medida que se aumenta la capacidad dentro del potencial de la tecnología que se utiliza.
A medida que Internet ha ido creciendo en tamaño (según algunas estimaciones, duplicando el número de usuarios cada dieciocho meses), la economía de escala ha dado lugar a conductos de información cada vez más grandes que proporcionan conexiones troncales de mayor capacidad y distancia. En los últimos años, la capacidad de comunicación por fibra óptica , con la ayuda de una industria de apoyo, ha dado lugar a una expansión de la capacidad bruta, hasta el punto de que en los Estados Unidos una gran parte de la infraestructura de fibra instalada no se utiliza porque actualmente se trata de un exceso de capacidad ( fibra oscura ).
Esta capacidad troncal excedente existe a pesar de la tendencia al aumento de las velocidades de datos por usuario y de la cantidad total de datos. Inicialmente, sólo las conexiones entre redes LAN eran de alta velocidad. Los usuarios finales utilizaban las líneas telefónicas y los módems existentes, que eran capaces de alcanzar velocidades de datos de sólo unos pocos cientos de bits/s . Ahora casi todos los usuarios finales disfrutan de acceso a velocidades 100 o más veces superiores a las anteriores.
Antes de considerar las características de los mecanismos de entrega de información de última milla existentes, es importante examinar más a fondo qué hace que los conductos de información sean efectivos. Como muestra el teorema de Shannon-Hartley , es la combinación del ancho de banda y la relación señal-ruido lo que determina la tasa máxima de información de un canal. El producto de la tasa de información promedio y el tiempo da como resultado la transferencia total de información. En presencia de ruido , esto corresponde a cierta cantidad de energía transportadora de información (ICE) transferida. Por lo tanto, la economía de la transferencia de información puede verse en términos de la economía de la transferencia de ICE.
Los conductos de última milla eficaces deben:
Además de estos factores, una buena solución al problema de la última milla debe proporcionar a cada usuario:
Los sistemas cableados proporcionan conductos guiados para la energía portadora de información (ICE). Todos ellos tienen cierto grado de protección, lo que limita su susceptibilidad a las fuentes de ruido externas. Estas líneas de transmisión tienen pérdidas que son proporcionales a la longitud. Sin la adición de amplificación periódica, existe una longitud máxima más allá de la cual todos estos sistemas no pueden proporcionar una relación señal/ruido adecuada para soportar el flujo de información. Los sistemas de fibra óptica dieléctrica soportan un flujo más pesado a un mayor costo.
Los sistemas tradicionales de redes de área local por cable requieren que se instale un cable coaxial de cobre o un par trenzado entre dos o más nodos de la red. Los sistemas comunes funcionan a 100 Mbit/s, y los más nuevos también admiten 1000 Mbit/s o más. Si bien la longitud puede estar limitada por los requisitos de detección y prevención de colisiones, la pérdida de señal y las reflexiones en estas líneas también definen una distancia máxima. La disminución de la capacidad de información disponible para un usuario individual es aproximadamente proporcional a la cantidad de usuarios que comparten una LAN.
A finales del siglo XX, las mejoras en el uso de las líneas telefónicas de cobre existentes aumentaron sus capacidades si se controlaba la longitud máxima de la línea. Con el apoyo a un mayor ancho de banda de transmisión y una modulación mejorada, estos esquemas de línea de abonado digital han aumentado la capacidad entre 20 y 50 veces en comparación con los sistemas de banda vocal anteriores . Estos métodos no se basan en alterar las propiedades físicas fundamentales y las limitaciones del medio, que, aparte de la introducción de pares trenzados , no son diferentes hoy en día de cuando se inauguró la primera central telefónica en 1877 por la Bell Telephone Company. [4]
La historia y la larga vida de la infraestructura de comunicaciones basada en cobre es tanto un testimonio de la capacidad de derivar nuevo valor de conceptos simples a través de la innovación tecnológica, como una advertencia de que la infraestructura de comunicaciones de cobre está comenzando a ofrecer rendimientos decrecientes para la inversión continua. [4] Sin embargo, uno de los mayores costos asociados con el mantenimiento de una infraestructura de cobre envejecida es el de las visitas de técnicos [5] : enviar ingenieros para probar físicamente, reparar, reemplazar y proporcionar nuevas conexiones de cobre, y este costo es particularmente frecuente en la prestación de servicios de banda ancha rural sobre cobre. [6] Las nuevas tecnologías como G.Fast y VDSL2 ofrecen soluciones viables de alta velocidad para la provisión de banda ancha rural sobre cobre existente. En vista de esto, muchas empresas han desarrollado conexiones cruzadas automatizadas (marcos de distribución automatizados basados en gabinetes) para eliminar la incertidumbre y el costo asociados con el mantenimiento de los servicios de banda ancha sobre cobre existente; estos sistemas generalmente incorporan alguna forma de conmutación automatizada y algunos incluyen una funcionalidad de prueba que permite que un representante del ISP complete operaciones que antes requerían una visita al sitio (visita de técnicos) desde la oficina central a través de una interfaz web. [7] En muchos países, el enlace de última milla que conecta a los clientes de telefonía fija comercial con la central telefónica local es a menudo un ISDN30 que puede transportar 30 llamadas telefónicas simultáneas.
Los sistemas de televisión por antena comunitaria, también conocidos como televisión por cable , se han ampliado para proporcionar comunicación bidireccional a través de los cables físicos existentes. Sin embargo, son por naturaleza sistemas compartidos y el espectro disponible para el flujo de información inverso y la relación señal/ruido alcanzable son limitados. Como se hizo para la comunicación de TV unidireccional inicial, la pérdida de cable se mitiga mediante el uso de amplificadores periódicos dentro del sistema. Estos factores establecen un límite superior en la capacidad de información por usuario, en particular cuando muchos usuarios comparten una sección común de cable o red de acceso .
La fibra ofrece una gran capacidad de información y después del cambio de siglo XXI se convirtió en el medio de elección (" Fibra hasta x ") dada su escalabilidad frente a los crecientes requisitos de ancho de banda de las aplicaciones modernas.
En 2004, según Richard Lynch, vicepresidente ejecutivo y director de tecnología del gigante de las telecomunicaciones Verizon , la empresa vio que el mundo avanzaba hacia aplicaciones con un ancho de banda mucho mayor, ya que los consumidores adoraban todo lo que la banda ancha tenía para ofrecer y devoraban con avidez todo lo que podían conseguir, incluido el contenido bidireccional generado por el usuario. Las redes de cobre y coaxial no satisfacían (de hecho, no podían) estas demandas, lo que precipitó la agresiva decisión de Verizon de introducir la fibra hasta el hogar a través de FiOS . [8]
La fibra óptica es una tecnología a prueba de futuro que satisface las necesidades de los usuarios actuales, pero a diferencia de otros medios de última milla inalámbricos y basados en cobre, también tiene capacidad para los próximos años, al actualizar la óptica y la electrónica del punto final sin cambiar la infraestructura de fibra. La fibra en sí se instala en la infraestructura de postes o conductos existente y la mayor parte del costo es en mano de obra, lo que proporciona un buen estímulo económico regional en la fase de implementación y proporciona una base fundamental para el comercio regional futuro.
Las líneas fijas de cobre han sido objeto de robo debido al valor del cobre, pero las fibras ópticas son objetivos poco atractivos. Las fibras ópticas no se pueden convertir en ninguna otra cosa, mientras que el cobre se puede reciclar sin pérdidas .
Mobile CDN acuñó el término " milla móvil" para categorizar la conexión de última milla cuando se utiliza un sistema inalámbrico para llegar al cliente. A diferencia de los sistemas de entrega por cable, los sistemas inalámbricos utilizan ondas no guiadas para transmitir ICE. Todos ellos tienden a no estar protegidos y tienen un mayor grado de susceptibilidad a fuentes de señales y ruido no deseadas.
Como estas ondas no son guiadas sino divergentes, en el espacio libre estos sistemas se atenúan siguiendo una ley del cuadrado inverso , inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Las pérdidas aumentan así más lentamente con el aumento de la longitud que en los sistemas cableados, cuya pérdida aumenta exponencialmente . En un entorno de espacio libre, más allá de una longitud dada, las pérdidas en un sistema inalámbrico son menores que en un sistema cableado.
En la práctica, la presencia de atmósfera y, en especial, las obstrucciones causadas por el terreno, los edificios y la vegetación pueden aumentar considerablemente la pérdida por encima del valor en el espacio libre. La reflexión, la refracción y la difracción de las ondas también pueden alterar sus características de transmisión y requieren sistemas especializados para adaptarse a las distorsiones que las acompañan.
Los sistemas inalámbricos tienen la ventaja sobre los sistemas cableados en aplicaciones de última milla, ya que no requieren la instalación de líneas. Sin embargo, también tienen la desventaja de que su naturaleza no guiada los hace más susceptibles a ruidos y señales no deseados. Por lo tanto, la reutilización espectral puede ser limitada.
Las ondas de luz visible e infrarroja son mucho más cortas que las ondas de radiofrecuencia. Su uso para transmitir datos se conoce como comunicación óptica en el espacio libre . Al ser cortas, las ondas de luz se pueden enfocar o colimar con una lente o antena pequeña, y en un grado mucho mayor que las ondas de radio. De este modo, un dispositivo receptor puede recuperar una mayor parte de la señal transmitida.
Además, debido a la alta frecuencia, puede estar disponible una alta velocidad de transferencia de datos . Sin embargo, en entornos prácticos de última milla, las obstrucciones y la desviación de estos haces, y la absorción por elementos de la atmósfera, como la niebla y la lluvia, especialmente en trayectos más largos, pueden restringir en gran medida su uso para comunicaciones inalámbricas de última milla.
Las frecuencias de radio (RF), desde las bajas frecuencias hasta la región de las microondas, tienen longitudes de onda mucho más largas que la luz visible. Si bien esto significa que no es posible enfocar los haces con tanta precisión como en el caso de la luz, también significa que la apertura o "área de captura" de incluso la antena omnidireccional más simple es significativamente mayor que la de una lente en cualquier sistema óptico factible. Esta característica da como resultado una atenuación o "pérdida de trayectoria" mucho mayor para los sistemas que no son altamente direccionales.
En realidad, el término pérdida de trayectoria es un nombre poco apropiado, ya que no se pierde energía en una trayectoria en el espacio libre, sino que simplemente no es recibida por la antena receptora. La aparente reducción de la transmisión, a medida que aumenta la frecuencia, es un artefacto del cambio en la apertura de un tipo determinado de antena.
En relación con el problema de la última milla, estas longitudes de onda más largas tienen una ventaja sobre las ondas de luz cuando se consideran transmisiones omnidireccionales o sectoriales. La mayor apertura de las antenas de radio da como resultado niveles de señal mucho mayores para una longitud de trayectoria dada y, por lo tanto, una mayor capacidad de información. Por otro lado, las frecuencias portadoras más bajas no pueden soportar los altos anchos de banda de información que requiere la ecuación de Shannon cuando se han alcanzado los límites prácticos de la relación señal/ruido.
Por las razones antes mencionadas, los sistemas de radio inalámbricos son óptimos para comunicaciones de difusión con menor capacidad de información que se transmiten por trayectos más largos. Para comunicaciones punto a punto altamente direccionales con alta capacidad de información y a distancias cortas, los sistemas inalámbricos de ondas de luz son los más útiles.
Históricamente, la mayoría de las transmisiones con alta capacidad de información han utilizado frecuencias más bajas, generalmente no superiores a la región de televisión UHF, siendo la televisión misma un claro ejemplo. La televisión terrestre generalmente se ha limitado a la región por encima de los 50 MHz, donde se dispone de suficiente ancho de banda de información, y por debajo de los 1000 MHz, debido a problemas asociados con una mayor pérdida de trayectoria, como se mencionó anteriormente.
Los sistemas de comunicación bidireccional se han limitado principalmente a aplicaciones con menor capacidad de información, como audio, fax o radioteletipo . En su mayor parte, los sistemas de mayor capacidad, como las comunicaciones de vídeo bidireccionales o los troncales de datos y telefonía terrestre por microondas, se han limitado y confinado a UHF o microondas y a trayectos punto a punto.
Los sistemas de mayor capacidad, como los sistemas de telefonía celular de tercera generación, requieren una gran infraestructura de sitios celulares más cercanos entre sí para mantener las comunicaciones dentro de entornos típicos, donde las pérdidas de trayectoria son mucho mayores que en el espacio libre y que también requieren acceso omnidireccional por parte de los usuarios.
Para la entrega de información a los usuarios finales, los sistemas satelitales, por naturaleza, tienen longitudes de trayectoria relativamente largas, incluso para satélites en órbita baja. También son muy costosos de implementar y, por lo tanto, cada satélite debe dar servicio a muchos usuarios. Además, las trayectorias muy largas de los satélites geoestacionarios causan latencia de información que hace inviables muchas aplicaciones en tiempo real.
Como solución al problema de la última milla, los sistemas satelitales tienen limitaciones de aplicación y compartición. El ICE que transmiten debe estar repartido en un área geográfica relativamente grande. Esto hace que la señal recibida sea relativamente pequeña, a menos que se utilicen antenas terrestres muy grandes o direccionales. Existe un problema paralelo cuando un satélite está recibiendo.
En ese caso, el sistema satelital debe tener una capacidad de información muy grande para dar cabida a una multitud de usuarios que comparten la información, y cada usuario debe tener una antena grande, con los requisitos de directividad y orientación correspondientes, para obtener una transferencia de información incluso a una velocidad modesta. Estos requisitos hacen que los sistemas de información bidireccionales con alta capacidad de información sean antieconómicos. Esta es una de las razones por las que el sistema satelital Iridium no tuvo más éxito.
En el caso de los sistemas terrestres y satelitales, las comunicaciones económicas, de alta capacidad y de última milla requieren sistemas de transmisión punto a punto . Salvo en áreas geográficas extremadamente pequeñas, los sistemas de transmisión sólo pueden ofrecer relaciones señal/ruido elevadas en frecuencias bajas, donde no hay espectro suficiente para soportar la gran capacidad de información que necesita un gran número de usuarios. Aunque se puede lograr una "inundación" completa de una región, estos sistemas tienen la característica fundamental de que la mayor parte del ICE radiado nunca llega a un usuario y se desperdicia.
A medida que aumentan los requisitos de información, los sistemas de malla inalámbrica de transmisión (también denominados a veces microceldas o nanoceldas), que son lo suficientemente pequeños como para proporcionar una distribución de información adecuada hacia y desde un número relativamente pequeño de usuarios locales, requieren una cantidad prohibitivamente grande de ubicaciones de transmisión o puntos de presencia junto con una gran cantidad de capacidad excedente para compensar la energía desperdiciada.
Recientemente se ha descubierto un nuevo tipo de transporte de información a medio camino entre los sistemas cableados e inalámbricos. Se denomina E-Line y utiliza un único conductor central, pero no un conductor exterior ni una pantalla. La energía se transporta en una onda plana que, a diferencia de la radio, no diverge, mientras que, como la radio, no tiene una estructura de guía externa.
Este sistema exhibe una combinación de los atributos de los sistemas cableados e inalámbricos y puede soportar una gran capacidad de información utilizando líneas eléctricas existentes en un amplio rango de frecuencias, desde RF hasta microondas .
La agregación es un método de unir varias líneas para lograr una conexión más rápida y fiable. Algunas empresas [ palabras confusas ] creen que la agregación (o "unión") ADSL es la solución al problema de la última milla del Reino Unido. [9]
