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 porción 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 alambre de cobre que conectan los teléfonos fijos con la central telefónica local ; caídas de servicio de cable coaxial que transportan señales de televisión por cable desde los postes de servicios públicos hasta los hogares de los suscriptores, y torres de telefonía celular que conectan los teléfonos celulares locales con la red celular . La palabra "milla" se usa metafóricamente; la longitud del enlace de la última milla puede ser más o menos de 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 envía datos, el término primera milla también se utiliza alternativamente.
La última milla suele ser el cuello de botella de velocidad en las redes de comunicación; su ancho de banda limita efectivamente la cantidad de datos que se pueden entregar 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 "ramitas" del último tramo. Los enlaces de última milla, al ser la parte más numerosa y, por 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 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 suele ser de cables de par trenzado , una tecnología que esencialmente se ha mantenido sin cambios 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 expandido fuera de las industrias de las comunicaciones, para incluir otras redes de distribución que entregan bienes a los clientes, como las tuberías que entregan agua y gas natural a las instalaciones del cliente, y los tramos finales del correo. y servicios de entrega de paquetes . [1] El término también se ha utilizado para describir proveedores de educación y capacitación que vinculan más estrechamente a las personas con oportunidades laborales. [2] [3]
La creciente demanda mundial de comunicación de información rápida, de baja latencia y de alto volumen 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, particularmente impulsada por la adopción generalizada de Internet , también se ha disparado la necesidad de acceso económico de alta velocidad por parte de los usuarios finales ubicados en millones de ubicaciones.
A medida que las necesidades han ido cambiando, los sistemas y redes existentes que inicialmente se pusieron en servicio para este fin han demostrado ser inadecuados. Hasta la fecha, aunque se han ensayado varios enfoques, no ha surgido ninguna solución clara al "problema de la última milla".
Como lo expresa la ecuación de Shannon para la capacidad de información del canal , la omnipresencia de 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 determinada cantidad de información a través de un canal puede verse en términos de enviar suficiente energía portadora de información (ICE). [ cita necesaria ] 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 muy separados se puede comparar con la distribución de muchos otros recursos. Algunas analogías familiares son:
Todos estos tienen en común conductos que transportan una cantidad relativamente pequeña de un recurso a una distancia corta hasta una gran cantidad de puntos finales físicamente separados. También son comunes los conductos que soportan un flujo más voluminoso, que combinan y transportan muchas porciones individuales a lo largo de distancias mucho mayores. Los conductos más cortos y de menor volumen, que sirven individualmente sólo 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 tienden a tener en común la capacidad de transferir eficientemente el recurso a larga distancia. Sólo una pequeña fracción del recurso que se transfiere se desperdicia, se pierde o se maldestina. No necesariamente se puede decir lo mismo de los conductos de menor capacidad.
Una razón tiene que ver con la eficiencia de escala . Los conductos que están ubicados más cerca del punto final, o del usuario final, no tienen individualmente tantos usuarios que los respalden. Aunque son más pequeños, cada uno tiene la sobrecarga de una "instalación" que obtiene y mantiene un camino adecuado por el 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 de estos conductos los proporcionan entidades locales y, por lo tanto, pueden optimizarse para lograr las mejores soluciones en el entorno inmediato y también para hacer el mejor uso de 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 del sistema de distribución completo.
Estas características se han manifestado en el nacimiento, crecimiento y financiación de Internet. Las primeras comunicaciones entre computadoras tendían a lograrse con conexiones directas por cable entre computadoras individuales. Estos crecieron hasta convertirse 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, particularmente en lo que respecta a 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 para que múltiples computadoras y usuarios compartan una conexión interLAN común, los protocolos TCP/IP proporcionaron una forma estandarizada para que computadoras y sistemas operativos diferentes intercambien información a través de esta interred. La financiación y el apoyo a las conexiones entre LAN podrían repartirse entre una o incluso varias LAN.
A medida que se agregaba cada nueva LAN o subred, los componentes de la nueva subred disfrutaban de acceso a la red mayor. Al mismo tiempo, la nueva subred permitía el acceso a cualquier red o redes con las que ya estaba conectado. De esta manera, el crecimiento se convirtió en un evento mutuamente inclusivo o en el que todos ganan.
En general, la economía de escala hace que un aumento en la capacidad de un conducto sea menos costoso a medida que aumenta la capacidad. Hay una sobrecarga asociada con la creación de cualquier conducto. Estos gastos generales no se repiten 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, duplicando según algunas estimaciones el número de usuarios cada dieciocho meses, la economía de escala ha resultado en conductos de información cada vez más grandes que proporcionan conexiones troncales de mayor distancia y mayor capacidad. En los últimos años, la capacidad de comunicación por fibra óptica , con la ayuda de una industria de apoyo, ha resultado en una expansión de la capacidad bruta, hasta el punto de que en Estados Unidos una gran cantidad de infraestructura de fibra instalada no se está utilizando porque actualmente exceso de capacidad " fibra oscura ".
Este exceso de capacidad troncal existe a pesar de la tendencia de aumentar las velocidades de datos por usuario y la cantidad general de datos. Inicialmente, sólo las conexiones entre LAN eran de alta velocidad. Los usuarios finales utilizaban líneas telefónicas y 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 100 o más veces las tarifas iniciales.
Antes de considerar las características de los mecanismos existentes de entrega de información de última milla, 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 de ancho de banda y relación señal-ruido la que determina la velocidad máxima de información de un canal. El producto de la tasa de información promedio y el tiempo produce la transferencia total de información. En presencia de ruido , esto corresponde a una cierta cantidad de energía portadora 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 eficaces de última milla 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 energía portadora de información (ICE). Todos ellos tienen algún grado de blindaje, lo que limita su susceptibilidad a 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 logran ofrecer una relación S/N adecuada para soportar el flujo de información. Los sistemas de fibra óptica dieléctrica admiten un flujo más intenso a un costo mayor.
Los sistemas de redes de área local cableados tradicionales requieren 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 los reflejos sobre estas líneas también definen una distancia máxima. La disminución de la capacidad de información puesta a disposición de un usuario individual es aproximadamente proporcional al número 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 controla la longitud máxima de la línea. Con soporte para un mayor ancho de banda de transmisión y una modulación mejorada, estos esquemas de líneas de abonado digitales han aumentado su 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 de cuando la primera central telefónica fue inaugurada en 1877 por la Bell Telephone Company. [4]
La historia y la larga vida de la infraestructura de comunicaciones basada en cobre es a la vez un testimonio de la capacidad de obtener nuevo valor a partir de conceptos simples a través de la innovación tecnológica, y una advertencia de que la infraestructura de comunicaciones de cobre está comenzando a ofrecer rendimientos decrecientes para una inversión continua. [4] Sin embargo, uno de los mayores costos asociados con el mantenimiento de una infraestructura de cobre envejecida es el del traslado de camiones [5] : enviar ingenieros para probar, reparar, reemplazar y proporcionar nuevas conexiones de cobre físicamente, y este costo es particularmente frecuente en el suministro de banda ancha rural. servicio sobre cobre. [6] Nuevas tecnologías como G.Fast y VDSL2 ofrecen soluciones viables de alta velocidad para el suministro de banda ancha rural a través del cobre existente. A la luz 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 servicios de banda ancha a través del cobre existente. Estos sistemas generalmente incorporan alguna forma de conmutación automatizada y algunos incluyen funcionalidad de prueba que permite a un ISP representante para completar operaciones que anteriormente requerían una visita al sitio (recorrido de camión) 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 empresarial con la central telefónica local suele ser un ISDN30 que puede transportar 30 llamadas telefónicas simultáneas.
Los sistemas comunitarios de televisión por antena, también conocidos como televisión por cable , se han ampliado para proporcionar comunicación bidireccional a través de cables físicos existentes. Sin embargo, son por naturaleza sistemas compartidos y el espectro disponible para el flujo de información inverso y la S/N alcanzable son limitados. Como se hizo para la comunicación de televisión unidireccional inicial, la pérdida del 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, particularmente cuando muchos usuarios comparten una sección común de cable o red de acceso .
La fibra ofrece una alta capacidad de información y, tras el cambio de siglo XXI, se convirtió en el medio desplegado preferido (" Fibra hasta la 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 compañía vio cómo el mundo avanzaba hacia aplicaciones de ancho de banda mucho mayor a medida que los consumidores amaban todo lo que la banda ancha tenía para ofrecer y devoraban con entusiasmo todo lo que podían conseguir. incluido contenido bidireccional generado por el usuario. Las redes de cobre y coaxiales no satisfacían (de hecho, no podían) satisfacer estas demandas, lo que precipitó el paso agresivo de Verizon hacia la fibra hasta el hogar a través de FiOS . [8]
La fibra es una tecnología preparada para el futuro que satisface las necesidades de los usuarios actuales, pero a diferencia de otros medios inalámbricos y basados en cobre de última milla, también tiene capacidad para los próximos años, al actualizar la óptica y la electrónica del punto final sin cambiar la fibra. infraestructura. La fibra en sí se instala en postes o infraestructuras de conductos existentes 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 futuro comercio regional.
Las líneas fijas de cobre han sido objeto de robos debido al valor del cobre, pero las fibras ópticas son objetivos poco atractivos. Las fibras ópticas no se pueden convertir en nada más, 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 estar sin blindaje y tienen un mayor grado de susceptibilidad a fuentes de ruido y señales no deseadas.
Debido a que estas ondas no están guiadas sino que divergen, en el espacio libre estos sistemas se atenúan siguiendo una ley del inverso del cuadrado , inversamente proporcional a la distancia al cuadrado. Por tanto, las pérdidas aumentan más lentamente al aumentar la longitud que en los sistemas cableados, cuyas pérdidas aumentan exponencialmente . En un entorno de espacio libre, más allá de una longitud determinada, las pérdidas en un sistema inalámbrico son menores que las de un sistema cableado.
En la práctica, la presencia de atmósfera, y especialmente las obstrucciones causadas por el terreno, los edificios y el follaje, pueden aumentar considerablemente la pérdida por encima del valor del espacio libre. La reflexión, refracción y 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 al no requerir 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 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 espacio libre . Al ser cortas, las ondas de luz se pueden enfocar o colimar con una pequeña lente/antena, y en un grado mucho mayor que las ondas de radio. Así, un dispositivo receptor puede recuperar una mayor parte de la señal transmitida.
Además, debido a la alta frecuencia, es posible que esté disponible una alta velocidad de transferencia de datos . Sin embargo, en entornos prácticos de última milla, las obstrucciones y el desvío de estos haces, y la absorción por elementos de la atmósfera, incluidas la niebla y la lluvia, particularmente en trayectorias más largas, pueden restringir en gran medida su uso para las comunicaciones inalámbricas de última milla.
Las radiofrecuencias (RF), desde las bajas frecuencias hasta la región de las microondas, tienen longitudes de onda mucho más largas que la luz visible. Aunque esto significa que no es posible enfocar los haces con tanta precisión como para la luz, también significa que la apertura o "área de captura" incluso de 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 sistemas que no son altamente direccionales.
En realidad, el término pérdida de trayectoria es un nombre poco apropiado porque no se pierde energía en una trayectoria en el espacio libre. Más bien, simplemente no es recibido 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 camino determinada y, por lo tanto, una mayor capacidad de información. Por otra parte, las frecuencias portadoras más bajas no son capaces de soportar los altos anchos de banda de información, que son requeridos por la ecuación de Shannon cuando se han alcanzado los límites prácticos de S/N.
Por las razones anteriores, los sistemas de radio inalámbricos son óptimos para comunicaciones de difusión con menor capacidad de información entregadas a través de rutas más largas. Para una alta capacidad de información, punto a punto altamente directivo en alcances cortos, 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 propia televisión un excelente ejemplo. La televisión terrestre generalmente se ha limitado a la región por encima de 50 MHz, donde se dispone de suficiente ancho de banda para información, y por debajo de 1.000 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 de menor capacidad de información, como audio, facsímil o radioteletipo . En su mayor parte, los sistemas de mayor capacidad, como las comunicaciones por vídeo bidireccionales o los teléfonos terrestres por microondas y las troncales de datos, 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 estrechamente espaciados para mantener las comunicaciones dentro de entornos típicos, donde las pérdidas de ruta 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 los satélites en órbita terrestre baja. También son muy costosos de implementar y, por lo tanto, cada satélite debe servir a muchos usuarios. Además, las largas trayectorias de los satélites geoestacionarios provocan una latencia de la 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 uso compartido. El ICE que transmiten debe estar distribuido en un área geográfica relativamente grande. Esto provoca que la señal recibida sea relativamente pequeña, a menos que se utilicen antenas terrestres muy grandes o direccionales. Un problema paralelo existe 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 y cada usuario debe tener una antena grande, con los consiguientes requisitos de directividad y puntería, para obtener incluso una velocidad de transferencia de información modesta. Estos requisitos hacen que los sistemas de información bidireccionales y de alta capacidad de información sean antieconómicos. Ésta es una de las razones por las que el sistema de satélites Iridium no tuvo más éxito.
Para los sistemas terrestres y satelitales, las comunicaciones económicas y de alta capacidad de última milla requieren sistemas de transmisión punto a punto . Excepto en áreas geográficas extremadamente pequeñas, los sistemas de radiodifusión sólo pueden ofrecer relaciones S/N altas en frecuencias bajas donde no hay suficiente espectro 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 al usuario y se desperdicia.
A medida que aumentan los requisitos de información, los sistemas de malla inalámbrica de transmisión (también denominados a veces microcélulas o nanocélulas) que son lo suficientemente pequeños como para proporcionar una distribución adecuada de información hacia y desde un número relativamente pequeño de usuarios locales requieren una cantidad prohibitiva de ubicaciones o puntos de transmisión. de presencia junto con un gran exceso de capacidad 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. Llamado E-Line , utiliza un único conductor central pero ningún conductor exterior ni blindaje. La energía se transporta en una onda plana que, a diferencia de la radio, no diverge y, al igual que la radio, no tiene una estructura guía exterior.
Este sistema exhibe una combinación de los atributos de los sistemas cableados e inalámbricos y puede admitir una alta capacidad de información utilizando líneas eléctricas existentes en una amplia gama de frecuencias, desde RF hasta microondas .
La agregación es un método para unir múltiples líneas para lograr una conexión más rápida y confiable. Algunas empresas [ palabras de comadreja ] creen que la agregación (o "unión") de ADSL es la solución al problema de la última milla del Reino Unido. [9]
