UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO FA C U LT A D D E E ST U D IO S S U P E R IO R E S
C AM P US AR AGÓ N
C ORRECCIÓN
T OLERANCIAS DE A LTA D ISPONIBILIDAD PARA LA I NFRAESTRUCTURA DE S OPORTE DE UN B ACKBONE DE D ATOS DE
DISEÑO, ARQUITECTURA
Y
DESEMPEÑO
TESIS Q U E PA R A O BT E N ER E L GR A D O A C A D E M IC O D E: IN G E N I ER O M EC A N IC O E L ÉC T R IC I ST A IN G E N I ER ÍA E LÉC T R IC A Y E L E C T R Ó N IC A PR E S E NT A :
OSCAR OLVERA IRIGOYEN D IR EC T O R D E T E SI S :
M.TEL. JOSÉ LUÍS PÉREZ BÁEZ MEXICO
Septiembre 2006
AGRADECIMIENTOS
Los principales integrantes de mi equipo y que hicieron posible esta tesis son Ma. Adelita Irigoyen Jiménez y Jorge Olvera de la Rosa, quienes me dieron la vida y el ejemplo de dedicación, integridad, fortaleza, inteligencia y entusiasmo. Por lo anterior les dedico este trabajo. Por otro lado, si no fuera por el ejemplo moral y espiritual que dejo mi hermano Eduardo en mi, muchas de las dificultades para realizar esta empresa intelectual no hubieran sido resueltas. Por eso dedico todo el contenido científico-matemático de esta tesis a su entrañable memoria. Aun que la complejidad y las verdades del Universo son inconmensurables, es probable que la palabra Dios nos permita sugerirlas. Por eso, con toda la humildad concebible, dedico esta tesis a la conciencia humana, que hace posible las ideas de lo magnánimo y la percepción objetiva de su propia
pequeñez. También dedico esta tesis a mis abuelos maternos y paternos que me amaron intensamente y dedico el capítulo nueve especialmente a la memoria de mi abuelo León Olvera quién originó en mi padre y en mí el amor hacia el conocimiento y el interés hacia la tecnología. Sin una universidad como la nuestra, esta tesis académica no tendría sentido. Por eso dedico esta tesis a mi alma máter la UNAM, a mi director de tesis y a todos y cada uno de mis sinodales. Finalmente, esta tesis se enriqueció con el aprecio y apoyo de muchos compañeros y amigos de los cuales sobresalen los ingenieros David Estopier ex profesor de la UNAM y funcionario de Pemex, los Ingenieros David Figueroa y Paolo Cricelli de Marconi Communactions, Martín Mercado, Eduardo Minchaca, y el Ingeniero Luis Corro del departamento de informática de la Suprema Corte de Justicia de la Nación quienes han sido fieles amigos y han compartido conmigo faenas intelectuales y de trabajo.
Oscar Olvera Irigoyen Septiembre 2006
II
TABLA DE CONTENIDO RESUMEN
V
ESTRUCTURA DE LA TESIS
VII
PREFACIO
IX
CAPÍTULO 1
PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS
1
PREMISAS
1
EL NICHO DE MERCADO PARA UNA SOLUCIÓN DE OPTIMIZACIÓN DE REDES DE DATOS 7 OPTIMIZACIÓN DE REDES EMPRESARIALES CORRECCIÓN
DE
TOLERANCIAS
DE
12
LA
INFRAESTRUCTURA
DE
SOPORTE
COMO
PROPUESTA TÉCNICA DE SOLUCIÓN
13
CONCLUSIÓN
14
REFERENCIAS
15
CAPÍTULO 2
VALIDACIÓN HOLÍSTICA DE LA HIPÓTESIS
17
PREMISAS
17
HERRAMIENTAS DE LA TEORÍA GENERAL DE LOS SISTEMAS
17
FORMALIZACIÓN DE LOS CONCEPTOS DE ORGANIZACIÓN Y PROCESOS EMPRESARIALES 24 FORMALIZACIÓN DEL CONCEPTO DE SISTEMA DE INFORMACIÓN
26
FORMALIZACIÓN DE LOS SISTEMAS DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y SISTEMAS DE RED
27
RELACIONES DIRECTAS DEL SISTEMA DE INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE HACIA LA RED. 30 RELACIONES INDIRECTAS DEL SISTEMA DE INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE HACIA LOS PROCESOS EMPRESARIALES.
31
CONCLUSIÓN
33
REFERENCIAS
34
I
CAPÍTULO 3
LA ARQUITECTURA DE REFERENCIA
35
PREMISAS
35
SUBSISTEMAS FUNCIONALES DE RED
37
MECANISMOS TECNOLÓGICOS
39
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS DE RED CITADOS POR MCCABE
43
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS DE RED CITADOS POR PASRICHA-JAGU 46 ARQUITECTURA DE REFERENCIA CITADA POR MCCABE
51
LA ENVOLVENTE OPERATIVA DE LA INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE PARA EL BACKBONE 52 CONCLUSIÓN
57
REFERENCIAS
58
CAPÍTULO 4
LÍNEA BASE DE OPERACIÓN
59
PREMISAS LA INGENIERÍA DE DESEMPEÑO
59
MÉTRICAS DE VULNERABILIDAD Y TOLERANCIA
61
CONTINUIDAD DE SERVICIO CONFIABILIDAD VS. DISPONIBILIDAD
67
LÍNEA BASE DE OPERACIÓN
71
CONCLUSIÓN
73
REFERENCIAS
74
CAPÍTULO 5 DE ENERGÍA 75
ENVOLVENTE OPERATIVA DEL SISTEMA DE SUMINISTRO
PREMISAS
75
INTRODUCCIÓN
76
LOS SUBSISTEMAS FUNCIONALES
77
INTERSECCIONES
DE
LOS
SISTEMAS
FUNCIONALES-TECNOLÓGICOS
Y
CRITERIOS
ARQUITECTÓNICOS EN LA ENVOLVENTE OPERATIVA
79
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS PARA LA ESTRUCTURA Y ESTÁNDARES
80
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS PARA LA SEGURIDAD Y ESTÁNDARES
93
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS PARA EL DESEMPEÑO Y ESTÁNDARES
102
CONCLUSIÓN
149
REFERENCIAS
150
II
CAPÍTULO 6
ENVOLVENTE OPERATIVA DEL SISTEMA DE SUMINISTRO
DE SINCRONÍA
151
PREMISAS
151
INTRODUCCIÓN
152
LOS SUBSISTEMAS FUNCIONALES
152
INTERSECCIONES
DE
LOS
SISTEMAS
FUNCIONALES-TECNOLÓGICOS
Y
ARQUITECTÓNICOS EN LA ENVOLVENTE OPERATIVA
CRITERIOS 155
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS PARA ENLACES DE LARGA DISTANCIA BASADOS EN ESTÁNDARES
158
DEFINICIONES, IMPACTO Y CAUSAS DE RUIDO Y PERTURBACIONES EN EL SISTEMA DE SINCRONÍA
160
CONCLUSIÓN
168
REFERENCIAS
169
CAPÍTULO 7
ENVOLVENTE OPERATIVA DEL SISTEMA DE ENLACES DE
LARGA DISTANCIA
171
PREMISAS
171
INTRODUCCIÓN
172
LOS SUBSISTEMAS FUNCIONALES
173
INTERSECCIONES
DE
LOS
SISTEMAS
FUNCIONALES-TECNOLÓGICOS
ARQUITECTÓNICOS EN LA ENVOLVENTE OPERATIVA
Y
CRITERIOS 175
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS PARA ENLACES DE LARGA DISTANCIA BASADOS EN ESTÁNDARES
178
DEFINICIONES, IMPACTO Y CAUSAS DE PERTURBACIONES EN LOS ENLACES
181
CONCLUSIÓN
186
REFERENCIAS
187
CAPÍTULO 8
PROCEDIMIENTO DE CORRECCIÓN DE TOLERANCIAS DE
ALTA DISPONIBILIDAD PARA LA INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE DEL BACKBONE
189
PREMISAS
189
EL PROCEDIMIENTO DE CORRECCIÓN DE TOLERANCIAS
190
CONCLUSIÓN
192
REFERENCIAS
193
III
CAPÍTULO 9
IMPLEMENTACIÓN
195
INTRODUCCIÓN
195
PREPARACIÓN
195
PROCEDIMIENTO DE CORRECCIÓN DE TOLERANCIAS DE LA INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE
204
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN AVANZADA
218
MEDIDAS DE CORRECIÓN DE TOLERANCIAS DE ALTA DISPONIBILIDAD
220
CONCLUSIÓN
226
REFERENCIAS
228
CAPÍTULO 10
RESULTADOS Y CONCLUSIONES FINALES
229
RESULTADO DE DISPONIBILIDAD CORREGIDA DEL SISTEMA DE INFRAESTRUCTURA
229
CONCLUSIONES FINALES
231
REFERENCIAS
234
APÉNDICE 1
OPERACIÓN DEL BACKBONE DEL CASO IMPLEMENTADO 235
OPERACIÓN DEL NÚCLEO (CORE) DEL BACKBONE
235
OPERACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE DATOS DEL BACKBONE
236
OPERACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE VOZ DEL BACKBONE
237
OPERACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE VIDEOCONFERENCIA DEL BACKBONE
238
OPERACIÓN DEL ACCESO DEL BACKBONE
239
LISTA DE FIGURAS
241
LISTA DE TABLAS
246
IV
RESUMEN Esta tesis propone corregir el rezago estructural de la infraestructura de soporte de un backbone de datos, afectar positivamente la productividad de aplicaciones, mejorar la percepción de los usuarios finales, y por ende innovar procedimientos de integración tecnológica. Por lo que este procedimiento está basado en objetivos que afectan el corto y largo plazo, y el cual debe posicionarse como procedimiento primordial para la ulterior optimización de los estratos superiores de la red. En otras palabras, esta tesis propone asegurar la óptima operación de la infraestructura de soporte físico del backbone. Se esta sugiriendo, que subrayar la optimización de la base estructural de las redes será siempre un prerrequisito para la óptima operación de los protocolos superiores de procesamiento. El primer capítulo argumenta que la hipótesis tiene un nicho corporativo importante, ya que los objetivos de corto y largo plazo de la misma se empatan con las demandas más apremiantes del mercado actual. El segundo capítulo valida la hipótesis y su solución en forma holística, ya que establece que los objetivos de corto y largo plazo de la misma también pueden traducirse en viabilidad comercial y tecnológica, lo cual se justifica gracias a la existencia de las relaciones directas e indirectas de la infraestructura de soporte hacia del backbone por un lado y hacia los procesos empresariales por el otro. El tercer capítulo desarrolla la arquitectura de referencia, la cual será la principal herramienta de corrección de tolerancias. Ésta es una jerarquía de armonía estructural para los subsistemas funcionales1, subsistemas tecnológicos2 y criterios arquitectónicos3. El cuarto capítulo define la línea base de operación como un conjunto de índices operativos, los cuales caracterizan la operación deseada de los subsistemas tecnológicos de la infraestructura de soporte y que deben mantenerse en altos valores de desempeño. Los capítulos cinco, seis y siete constituyen las envolventes operativas de los subsistemas de suministro de energía, de sincronía y de los enlaces de larga distancia, respectivamente. Las envolventes operativas representan las tolerancias finales de los subsistemas funcionales de la infraestructura de soporte, y estas se establecen con la definición de pivotes de disponibilidad determinable y de deltas de cumplimiento arquitectónico. Vale la pena resaltar que estos capítulos representan la parte más específica de la investigación, ya que muestran índices operativos extraídos de las últimas referencias nacionales e internacionales. El capítulo ocho sintetiza en tres etapas el procedimiento de corrección de tolerancias de la infraestructura de soporte: la preparación de la información del backbone en estudio, la evaluación avanzada de la infraestructura de soporte y finalmente la definición de las medidas de corrección respectivas. El capítulo nueve aplica el procedimiento para la corrección de tolerancias a un caso real en una red corporativa nacional. Aquí se muestran la preparación de la información del backbone en estudio, las tablas de evaluación avanzada de la infraestructura de soporte y las medidas de corrección propuestas. 1
representan las funciones más fundamentales que toda red debe cumplir. están estructurados sobre mecanismos de hardware y software. 3 permiten estructurar todos los mecanismos en la forma más óptima. 2
V
El capítulo diez muestra los resultados del caso práctico y las conclusiones finales de la tesis. Se logra la corrección de la infraestructura de soporte en estudio, al pasar de pivotes con disponibilidad indeterminada y elevadas deltas de desviación a una disponibilidad total del 99.83%. Con lo que es posible calcular el máximo de horas anuales improductivas de la infraestructura de soporte del backbone (14.89 hrs.) y relacionarlo con las componentes económicas de la productividad de aplicaciones y usuarios finales. Este resultado era imposible antes de la corrección. En conclusión, esta tesis establece que los problemas actuales de las redes de datos 4 deben enfocarse con soluciones holísticas que incluyan el corto plazo, donde éstas: ♦ afecten positivamente la productividad de las aplicaciones de red, ♦ mejoren la percepción de los usuarios finales y en el largo plazo: ♦ que corrijan los rezagos estructurales y ♦ permitan implementar procesos innovadores de integración tecnológica.
4
diseño, operación, optimización y mantenimiento
VI
ESTRUCTURA DE LA TESIS La estructura de la tesis es el mapa de desarrollo de la misma. Utilizando este mapa se argumentaron las secciones de cada capítulo: premisas, desarrollo y conclusiones. Esta estructura parte de tres niveles: una guía argumentativa, una estructura general de contenido y el propio capitulado. De esta manera resulta coherente el eslabonamiento de cada uno de los capítulos. La siguiente lista muestra los detalles de la estructura epistemológica de la tesis. •
Guía argumentativa – premisas • utilidad: administrativa y académica para la ingeniería • escenario: responde a las preguntas dónde y cuándo • actores: demanda, innovadores y oferta – argumentación • integradores epistemológicos: premisas, desarrollo y conclusiones
•
Estructura general de contenido – contenido general • pragmático • teórico – análisis • argumentación específica de la hipótesis • validación holística de la hipótesis • procedimiento de optimización • implementación • resultados
•
Capitulado 1. Planteamiento de la hipótesis 2. Validación holística de la hipótesis 3. Arquitectura de referencia 4. La línea base de operación 5. Envolvente operativa del sistema de suministro de energía 6. Envolvente operativa del sistema de sincronía 7. Envolvente operativa del sistema de enlaces de larga distancia 8. Procedimiento de corrección de tolerancias de alta disponibilidad para la infraestructura de soporte del backbone de una red de datos 9. Implementación 10. Resultados
La siguiente tabla muestra una visión simplificada de la guía argumentativa y su relación con la estructura general de contenido:
VII
Guía argumentativa
PREMISAS UTILIDAD
ESCENARIO
ARGUMENTACIÓN ACTORES
INTEGRADORES
ADMININSTRATIVO DONDE COMO DEMANDA INNOVADORES OFERTA PREMISAS DESARROLLO CONCLUSIONES ACADÉMICO DONDE COMO DEMANDA INNOVADORES OFERTA PREMISAS DESARROLLO CONCLUSIONES INGENIERIL DONDE COMO DEMANDA INNOVADORES OFERTA PREMISAS DESARROLLO CONCLUSIONES
Estructura general de contenido CONTENIDO PRACTICO TEÓRICO PRACTICO
ANALISIS Argumentación-hipótesis Evaluación-hipótesis procedimiento implementación resultados
Puede notarse en la tabla anterior como la argumentación de la hipótesis tiene una utilidad administrativa y un contenido práctico. Por otro lado, la evaluación holística de la hipótesis tiene una utilidad más bien académico-científica y un contenido general teórico. Finalmente, el procedimiento de optimización de la infraestructura de soporte, la implementación y los resultados tienen una utilidad para la ingeniería y un contenido general práctico. El proceso de la realización de esta tesis puede reducirse a la siguiente lista de tareas: ♦ La búsqueda de un producto actual en la industria de las redes de datos. ♦ La búsqueda de un nicho de mercado que dieran validez a la definición del problema solución. ♦ La búsqueda de los argumentos teóricos que validaran la existencia de una solución tecnológica. y económica al problema planteado: certeza teórica-practica para el producto solución. ♦ La búsqueda de un prototipo general del producto. ♦ La búsqueda de las mejores cualidades existentes en la industria para el producto. ♦ El desarrollo del producto. ♦ La implementación tecnológica del producto. Estas tareas pueden verse como una búsqueda de un procedimiento de corrección de tolerancias estructurales para el entorno de la empresa pública y privada en México En este proyecto mantuve a prueba mis conocimientos de Ingeniería en las áreas: Comunicaciones Electrónica Informática Matemáticas Física Economía En conocimientos universales: Historia, Sociología Lógica Filosofía Habilidades Trabajo en equipo Liderazgo Comunicación Segunda lengua
VIII
PREFACIO La presente tesis busca comprobar la validez de la hipótesis siguiente: “Debe existir un procedimiento de corrección de tolerancias de alta disponibilidad para la infraestructura del backbone de datos de una corporación, el cual cumpla con los siguientes objetivos: Corto plazo 1. afectar positivamente la productividad de aplicaciones de red y 2. mejorar la percepción de los usuarios finales Largo plazo 3. corregir los rezagos estructurales e 4. innovar procedimientos de integración tecnológica. La celeridad de los ciclos económicos y tecnológicos requiere de óptimos procesos tanto corporativos como de integración tecnológica. Por lo que los ingenieros relacionados con las tecnologías de información y telecomunicaciones necesitan estar al día en el diseño, la implementación, la operación, la optimización y la modernización de los sistemas de información. Sin embargo, la urgencia con la que devienen las innovaciones tecnológicas y la criticidad de los recursos en las economías emergentes reducen el tiempo disponible para el diseño de las redes de datos. Donde, el resultado de un proyecto puede convertirse en éxito o rezago desde las etapas de gestación. Una de las consecuencias del hecho anterior es que los estados posteriores a la gestación de dichas redes pueden afectar negativamente la calidad de sus servicios. Es así, que el proceso de optimización de una red resulta crucial cuando ésta empieza a operar en sus niveles de mayor estrés. Cuando la red de datos empieza a recibir su demanda máxima debido a que la operación corporativa incrementa la cantidad y la diversidad de transferencia de información, el impacto sobre la productividad de aplicaciones y la percepción de los servicios puede ser crucial. Los usuarios de aplicaciones de “core-business”, de Web en la intranet o Internet, de telefonía de paquetes, o de videoconferencia comenzarán a percibir lentitud, interrupciones, degradación de la calidad de voz y video, etc. Sumergidos en la operación y resolución de problemas de corto plazo, los ingenieros de soporte no alcanzan a vislumbrar, que la problemática se encuentra en funciones básicas del corazón de la red y la cual requiere un enfoque de largo plazo. De acuerdo con lo anterior, esta tesis propone corregir el rezago estructural de la infraestructura de soporte, afectar positivamente la productividad de aplicaciones, mejorar la percepción de los usuarios finales, y por ende innovar procedimientos de integración tecnológica. Por lo que este procedimiento está basado en objetivos que afectan el corto y largo plazo, y el cual debe posicionarse como procedimiento primordial para la ulterior optimización de los estratos superiores de la red. En otras palabras, esta tesis propone asegurar la óptima operación de la infraestructura de soporte físico del backbone. Es importante subrayar que la tolerancia operativa de los servicios de una red se decrementa jerárquicamente desde el corazón hacia la periferia. Los índices operativos para las crosconexiones internacionales y nacionales son más estrictos que para las crosconexiones locales (ITU G.821, G822, G.826, G.921, M.2100). Por otro lado, los estándares estructurales para las redes carrier de operadores públicos o privados “carrie class”5 contienen la historia de la telefonía, mientras que los estándares estructurales para las redes de datos poseen solo algunas décadas y en algunos casos son incipientes. 5
con disponibilidades mínimas de 99.99%
IX
En resumen, la corrección de la base estructural de red es una solución que además de resolver la problemática de corto plazo, propone una visión correctiva de largo plazo para el diseño, implementación, operación y mantenimiento de las redes de datos. Se esta sugiriendo, que subrayar la optimización de la base estructural de las redes será siempre un prerrequisito para la óptima operación de los protocolos superiores de procesamiento tales como TDM, X.25, ISDN, Frame relay, ATM, IP, MPLS, etc.6 La tesis esta organizada en diez capítulos. El primer capítulo argumenta que la hipótesis tiene un nicho comercial corporativo, ya que los objetivos de corto y largo plazo de la misma se empatan con las demandas más apremiantes del mercado actual. Como marco de justificación se muestra que la validez del “enfoque hacia el mercado” es aplicable en las diferentes economías de escala 7 incluyendo los ciclos tecnológicos de las redes de datos. Por lo que se concluye que las redes de datos deben trabajar sin rezagos para que la productividad de las aplicaciones corporativas y la percepción de los usuarios no sean afectadas negativamente, lo cual requerirá de la innovación de proyectos de integración tecnológica como una prioridad administrativa. El segundo capítulo valida la hipótesis y su solución en forma holística, ya que establece que los objetivos de corto y largo plazo de la misma también pueden traducirse en viabilidad comercial y tecnológica, lo cual se justifica gracias a la existencia de las relaciones directas e indirectas de la infraestructura de soporte hacia el backbone por un lado y hacia los procesos empresariales por el otro. El tercer capítulo desarrolla la arquitectura de referencia, la cual será la principal herramienta de corrección de tolerancias. Ésta es una jerarquía de armonía estructural para los subsistemas funcionales8, subsistemas tecnológicos9 y criterios arquitectónicos10. En esta tesis se desarrolla una arquitectura de referencia específica basada en las funciones, tecnologías y criterios arquitectónicos de redes, los cuales fueron respaldados con los textos de varios autores. El cuarto capítulo define la línea base de operación como un conjunto de índices, los cuales caracterizan la operación deseada de los subsistemas tecnológicos de la infraestructura de soporte y que deben mantenerse en altos valores de desempeño. Para justificar lo anterior se muestra una semblanza sobre la ingeniería de desempeño operativo y se definen los conceptos de vulnerabilidad y tolerancia con base en varios textos especializados. De esta manera, se expresa la tolerancia en términos de la disponibilidad de un sistema. Los capítulos cinco, seis y siete constituyen las envolventes operativas de los subsistemas de suministro de energía, de sincronía y de los enlaces de larga distancia, respectivamente. Las envolventes operativas representan las tolerancias finales de los subsistemas funcionales de la infraestructura de soporte, y estas se establecen con la definición de pivotes de disponibilidad determinable y de deltas de cumplimiento arquitectónico. Vale la pena resaltar que estos capítulos representan la parte más específica de la investigación, ya que muestran índices operativos extraídos de las últimas referencias nacionales e internacionales. Se muestran los índices recomendados en la industria, en términos de sus rangos comunes de variación, del impacto de sus desviaciones en la disponibilidad de los servicios, y de su contenido espectral asociado. Las normas de referencia incluyen: “La norma oficial Mexicana para instalaciones eléctricas 1999”, el “National Electrical Code of National Fire Protection Association, 2005”, las series de colores de la “IEEE, Emerald, Gray, Green y otras 1991-1999”, la norma de compatibilidad electromagnética ambiental “EMC, IEC 610002-2”, las series “G.7XX, G.8XX, G.9XX y M.2100 de la ITU, 1991-1999”, y la “ANSI T1.101”. El capítulo ocho sintetiza en tres etapas el procedimiento de corrección de tolerancias de la infraestructura de soporte: la preparación de la información del backbone en estudio, la evaluación 6
las cuales además requerirán la optimización específica de sus aplicaciones, servicios y configuraciones. a nivel global, a nivel corporativo y a nivel de recursos de red representan las funciones más fundamentales que toda red debe cumplir. 9 están estructurados sobre mecanismos de hardware y software. 10 permiten estructurar todos los mecanismos en la forma más óptima. 7 8
X
avanzada de la infraestructura de soporte y finalmente la definición de las medidas de corrección respectivas. El capítulo nueve aplica el procedimiento para la corrección de tolerancias a un caso real en una red corporativa nacional multiservicio de siete regiones y más de 250 oficinas remotas. Aquí se muestran la preparación de la información del backbone en estudio, las tablas de evaluación avanzada de la infraestructura de soporte y las medidas de corrección propuestas. De esta manera, es posible observar la coherencia de la investigación realizada en los capítulos previos. En este sentido se comprueba en forma pragmática la validez de la solución planteada. El capítulo 10 muestra los resultados del caso práctico y las conclusiones finales de la tesis. Se logra la corrección de la infraestructura de soporte en cuestión, al pasar de pivotes con disponibilidad indeterminada y elevadas deltas de desviación a una disponibilidad total del 99.83%. Con lo que es posible calcular el máximo de horas anuales improductivas de la infraestructura de soporte del backbone (14.89 hrs.) y relacionarlo con las componentes económicas de la productividad de aplicaciones y usuarios finales. Este resultado era imposible antes de la corrección. En conclusión, esta tesis establece que los problemas actuales de las redes de datos 11 deben enfocarse con soluciones holísticas que incluyan el corto plazo, donde éstas: ♦ afecten positivamente la productividad de las aplicaciones de red, ♦ mejoren la percepción de los usuarios finales y en el largo plazo: ♦ que corrijan los rezagos estructurales y ♦ permitan implementar procesos innovadores de integración tecnológica. Por lo que esta tesis es una prueba fehaciente a la argumentación de la hipótesis inicial. Como nota final, es necesario resaltar que los sistemas de red son artefactos tecnológicos multicomplejos de la modernidad, los cuales conectan sistemas blandos estocásticos12 con sistemas duros altamente predecibles13 . Por lo que la disponibilidad de los servicios de una red de datos depende de múltiples variables, las cuales solo pueden ser controladas sólidamente con procedimientos derivados de estudios de causalidad y de criterios arquitectónicos integrales.
11
diseño, operación, optimización y mantenimiento empresas, usuarios, economías, culturas, gobiernos, países, etc. 13 computadoras, maquinaria, laboratorios, transporte, satélites, ejércitos, etc. 12
XI
XII
CAPÍTULO 1
PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS
“Dado que la mayoría de nosotros hemos sido educados e impulsados para enfocarnos en el análisis de las partes, nos resulta difícil aprender a aplicar eficazmente la síntesis. Esto requiere de un gran compromiso por parte de los administradores de la empresa: fomentar la integridad del análisis y la síntesis.” Vincent P. Barabba GM General Manager
Este capítulo argumenta que la hipótesis tiene un nicho comercial corporativo, ya que los objetivos de corto y largo plazos de la misma se empatan con las demandas más apremiantes del mercado actual. Donde, dicha hipótesis y sus objetivos de corto y largo plazos pueden expresarse como sigue: “Debe existir un procedimiento de corrección de tolerancias de alta disponibilidad para la infraestructura del backbone de datos de una corporación, el cual cumpla con los siguientes objetivos: Corto plazo 5. afectar positivamente la productividad de aplicaciones de red y 6. mejorar la percepción de los usuarios finales Largo plazo 7. corregir los rezagos estructurales e 8. innovar procedimientos de integración tecnológica.
PREMISAS Definición 1.1 Para encontrar una solución que cumpla con los objetivos de corto y largo plazos de la hipótesis es necesario tomar en cuenta los principios del enfoque hacia el mercado siguientes: • • •
Ahorrar (evitar perdidas de productividad) Mejorar la percepción de los consumidores sobre el producto o servicio ofrecido Innovar procesos de integración tecnológica en la corporación
1
TENDENCIAS CORPORATIVAS GLOBALES Los ciclos de optimización económica del capitalismo global demandan a las empresas 14 una estrategia creciente de ahorro de recursos. Donde, el desempeño de las redes digitales juega un papel neurálgico en los resultados de dichas empresas. Dentro de este sistema económico, las empresas en competencia persiguen la aceleración de sus procesos. Por lo que, esta aceleración afecta las áreas administrativas, productivas, de distribución y mercadeo, y la cual se refuerza con el avance de los sistemas informáticos. Dicho de otra forma, existe una interdependencia entre el crecimiento económico y los sistemas informáticos de la corporación. Nuestro país vive el contexto internacional de competitividad, pero presenta condiciones que acentúan las áreas de ineficiencia en el interior de los sistemas informáticos. Lo anterior exige que se corrijan dichas áreas según prioridades económicas y tecnológicas. Bajo esta mirada, el procedimiento de corrección de tolerancias buscará corregir áreas de red que presenten rezagos estructurales. Donde el resultado del objetivo anterior tiene que afectar positivamente la productividad de las aplicaciones de red y por ende la percepción de los usuarios finales. Lo cual se empata con los objetivos de corto y largo plazos propuestos en la hipótesis.
Enfoque integral Para entender la importancia estratégica de la corrección estructural de las redes empresariales es indispensable considerar integralmente la naturaleza de la empresa. El siguiente fragmento es parte de una entrevista que realizó Jay Chatzkel a Vincent P. Barabba gerente general de General Motors en el año 2003. Esta entrevista es parte de una serie de artículos organizados en el libro “Understanding The Enterprise as a System”, y en el que subraya la necesidad estratégica de un enfoque integral de la empresa. “JC: ¿Cuál es la diferencia del enfoque sistémico del aprendizaje y la adaptación respecto del enfoque convencional de la administración del conocimiento? VB: Una visión sistémica requiere primeramente de la comprensión de la naturaleza de la corporación, de su propósito, de su carácter y de sus interacciones con el mercado y la sociedad. En nuestro caso, para entender el propósito de General Motors en un contexto amplio es necesario pensar en el marco de referencia de su operación. El propósito de la empresa y sus procesos asociados al entorno permiten establecer una taxonomía integral de la corporación. En contraste, también es indispensable seccionar los problemas empresariales en sus unidades más esenciales de tal manera, que sea más sencillo analizar las partes por separado que analizar el todo completo. En la era industrial por ejemplo, dominaba la metáfora de la máquina y ésta bastaba como enfoque para atacar los problemas. Sin embargo, este modelo no es suficiente para resolver los problemas actuales. El mundo de hoy puede caracterizarse de forma más fiel como una estructura molecular, donde el todo interactúa consigo mismo y con el ambiente que le circunda. Bajo esta óptica, tan rápido como se aíslan las partes, con la misma rapidez se pierde el valor completo de las mismas. Por el contrario, se requiere comprender la interacción de dichas partes... El enfoque sistémico permite que aprendamos como hacer las cosas empleando el análisis de las partes, pero en el contexto de la síntesis del todo. Esto es observar las cosas en conjunto y estar a la mira, de cómo es posible obtener más del entendimiento de las interacciones que solamente del entendimiento de las cosas por si mismas. Dado que la mayoría de nosotros hemos sido educados para enfocarnos en el análisis de las partes, nos resulta difícil aprender a aplicar eficazmente la síntesis. Esto requiere de un gran compromiso por parte de los administradores de la empresa, de realizar tanto el análisis como la síntesis en la búsqueda de soluciones.” 14 A partir de este punto el concepto de empresa/corporación pública o privada se referirá a instituciones y/o empresas con cobertura nacional que poseen redes de área extensa.
2
La revolución electrónica en las corporaciones Como es posible leer más adelante, la cara de las compañías actuales tiene un perfil que ha evolucionado a través del tiempo. En el libro de Grady Means y David Schneider, “MetaCapitalism: The e-Bussines Revolution and the Design of the 21st-Century Companies and Markets” se enlistan los cambios principales de los últimos 20 años y que marcaron la revolución electrónica de los negocios ó “Business to Business (B2B) e-business revolution”. Las raíces del la revolución (B2B) de nuestros días pueden seguirse al menos 20 años atrás desde donde pueden subrayarse los siguientes acontecimientos: •
•
•
• •
La globalización de la economía mundial y la integración de los mercados del capital mundial a través de la privatización, la disminución de barreras para la inversión del capital y el comercio, así como el desarrollo de estrategias de inversión sobre los mercados internacionales. La dramática reestructuración de compañías, y que ha instaurado la estandarización de procesos, la simplificación y enfoque de reducción de costos, la reingeniería de los negocios, la sincronización de cadenas de distribución, El “Enterprice Resource Planning (ERP)”, así como el enfoque hacia el mercado. El incremento en la utilización de tecnologías para la administración de los negocios basada en las leyes económicas de Moore y combinada con la amenaza del año 2000 (Y2K) así como el crecimiento del poder de procesamiento para aplicaciones, las cuales han ido transformando los sistemas financieros. El crecimiento de la necesidad de enfocar las capacidades de la empresa en el núcleo de los negocios “Core Business” y delegar actividades no centrales a empresas especializadas (outsourcing). El crecimiento exponencial del comercio electrónico “business to costumer” (B2C) que ha acelerado el uso y aceptación del Internet y el crecimiento del menudeo electrónico “eretail” así como las actividades financieras electrónicas “e-finance”.
El resultado de los cambios provenientes de revolución electrónica puede verse como un reacomodo eficiente del escenario y actores del mercado global, el cual subrayó el “enfoque hacia el mercado”. Este reacomodo es el resultado de la optimización de los procesos internos y externos de las empresas a partir de la utilización de tecnologías de control y comunicaciones electrónicas en todas las ramas. Por lo que dicho reacomodo es caracterizado por la presencia central de las tecnologías de la información. En este escenario pueden ser subrayados los siguientes cambios: •
• • • •
Aparece la necesidad indispensable de asociar en forma simultanea una gran cantidad de procedimientos automáticos de evaluación a las interacciones cotidianas de lo sistemas internos y externos de las empresas. Lo anterior permite encontrar y corregir en el corto plazo áreas ineficientes. Aparece la necesidad de generar procedimientos nuevos de corrección de las áreas ineficientes detectadas. Las tecnologías de la información y las redes de datos adquieren ciclos acelerados de innovación. La exactitud para medir la percepción y necesidades de los consumidores finales se Incrementa. El grado general de competencia del mercado mundial se acelera como resultado de la optimización empresarial.
Es posible dilucidar que el enfoque hacia el mercado puede expresarse como un enfoque de optimización de recursos internos de la corporación basado en el ahorro, innovación y proximidad con los clientes. Debido a la generalidad de estos procesos de optimización, este enfoque pude aplicase a las diferentes economías de escala.
3
Optimización de recursos corporativos La empresa moderna es el principal actor del desarrollo económico de los sistemas de libre mercado y uno de sus objetivos últimos es reducir las escalas de tiempo de sus procesos en las cadenas productivas, administrativas, de distribución y de consumo. Las empresas persiguen este objetivo al utilizar el conocimiento adquirido de su evolución tecnológica y de las relaciones de proximidad con sus consumidores finales. En este sentido, el empleo correcto de nueva tecnología permite acelerar dichos procesos y los extiende geográfica y demográficamente. El resultado es la difusión de la democracia del consumo en el devenir de los ciclos económicos globales. El incremento de las velocidades de producción, de administración, de distribución y de consumo está directamente asociado a la coyuntura de las revoluciones informáticas y de telecomunicaciones. Por lo que es posible observar a la industria de la información al frente de la innovación tecnológica. Esta industria parece empujar y dar ritmo a los nuevos ciclos capitalistas. La aceleración de los procesos productivos incrementa directamente la oferta del mercado de bienes y la demanda de insumos. Por lo que el aumento de la oferta en el mediano plazo tiende acrecentar y diversificar los nichos de mercado. Esta dilatación del mercado potencial, a su vez propicia la necesidad de una mayor diversidad en los precios de consumo primario y secundario. De esta forma, se mantiene el principio de libre competencia y se alimenta el ciclo económico. El incremento de las opciones de consumo puede asociarse al incremento en la velocidad procesamiento para el control de los procesos productivos y de distribución en el capitalismo contemporáneo. Es decir, la subsistencia de una empresa actuando en el libre mercado actual depende de: 1. Procesamiento inteligente, acelerado y en red de la información derivada de los procesos empresariales internos de: administración, producción y distribución. Esto deriva en la acumulación del conocimiento de los procesos primarios del ciclo. 2. Procesamiento inteligente, acelerado y en red del ambiente de consumo de los clientes finales que permite ajustar y refinar los productos y servicios actuales, así como sentar la base de la innovación para aquellos que emergerán. Esto deriva en la acumulación de conocimiento sobre las necesidades y perfiles de los consumidores, el cual seguirá alimentando al ciclo respectivo. La historia del capitalismo muestra que las empresas más robustas (transnacionales) definen el rumbo del avance económico y por lo tanto abren la espiral del ciclo económico. De esta forma, una vez que dicho ciclo ha comenzado resulta inexorable para la mayoría de las empresas en competencia (grandes o pequeñas, públicas o privadas) asimilar los esquemas de dicho ciclo. Es decir, la supervivencia de las empresas y economías que entran a un nuevo ciclo económico, dependerá de la adaptación de sus propias escalas de tiempo a la velocidad de dicho ciclo. Gary Fields explica la estructura de los ciclos económicos del capitalismo con base en el avance de las tecnologías de la información: “Territories of Profit: Communications, Capitalist Development, and the innovative Enterprises of G. F. Swift and Dell Computer”. “Los procesos económicos suscitados entre las compañías a través de los sistemas de acceso a mercados geográficamente dispersos están estructurados alrededor del espacio y el tiempo. En todos los periodos del desarrollo capitalista, el control sobre el tiempo y el espacio ha sido una estrategia de central importancia sobre los procesos de operación y organización interna. Los negocios se encuentran en constante reordenación de estrategias, rutinas, y estructura con el fin de romper las barreras temporales y territoriales cuyo resultado permita la obtención de capital. Las revoluciones de las comunicaciones crean las condiciones para que las compañías puedan controlar el tiempo y el espacio, que en los momentos históricos precedentes estaban en incapacidad de resolver. Cuando las compañías aprovechan las oportunidades generadas por los avances tecnológicos en las telecomunicaciones, dichas compañías pueden crear nuevas rutinas que permiten cambiar los ciclos temporales y territoriales en provecho de una mayor cobertura del negocio. En este sentido, los cambios efectuados en las rutinas de las compañías y los
4
cambios de tiempo y espacio en las economías se refuerzan mutuamente. Un cambio en la velocidad de una rutina modifica el tiempo y el espacio territorial de las operaciones del negocio. Los cambios en las rutinas de la compañía la preparan para enfrentar nuevas relaciones del espacio y el tiempo. En la medida en que la compañía aprende a utilizar los sistemas emergentes de comunicación para la creación de rutinas innovadoras, en la misma medida comienza a desarrollar sistemas que permiten el control sobre el tiempo y el espacio. Esta nueva cara de la compañía, creada sobre dichos procesos reconfigura el territorio para la nueva actividad económica, actividad que generará la consecuente recapitalización. Las revoluciones de las comunicaciones, en efecto, son revoluciones del control. Estas cambian el ambiente de las oportunidades para la obtención de ganancia, permiten a las compañías la disposición de mejores formas de control sobre el espacio y tiempo en la actividad económica. De esta forma, el control permite a las compañías encontrar rutas más efectivas para sus rutinas. No todas las compañías son igualmente exitosas en el aprendizaje de capacidades para identificar áreas de oportunidad en los entornos que han sido modificados por los nuevos sistemas de transporte y comunicación. Como las revoluciones de las comunicaciones modifican los mercados y mejoran los sistemas de control sobre el espacio y el tiempo en la actividad mercantil, muy pocas compañías están en la posibilidad de aprovechar dichos espacios de oportunidad… Aun que muchas estructuras de negocio se adapten a las innovaciones, solo un pequeño grupo de compañías tendrá éxito para escoger opciones efectivas, que serán lo que Shumpeter describió como respuestas creativas en la historia económica…” Fields, Gary (2004).
5
ALGUNAS INNOVACIONES INFORMÁTICAS Y SUS APLICACIONES EN RED Dos ejemplos de innovaciones informáticas que requieren aplicaciones en red son el llamado “Sistema de Conocimiento Corporativo” y el “Sistema de Inteligencia Empresarial o Data Mining”. Estas dos innovaciones informáticas permiten optimizar las arquitecturas funcionales de la empresa. Sistemas de Conocimiento Corporativo: Enterprice Resource Planning (ERP) “En la empresa actual mucha gente hace trabajo basado en conocimiento, donde en ocasiones los subordinados poseen más experiencia que el propio supervisor jerárquico... Cada empleado posee una experiencia e información que resultan especiales... Por lo tanto, es mejor observar una organización basada en la información como una red cliente servidor. El mejor “nodo” será empleado para resolver el problema suscitado... Probablemente, la contribución más importante de la tecnología de la información es la provisión de la información correcta, en el momento correcto, con la calidad correcta y el costo correcto. La información es necesaria, sin embargo no es suficiente. Estar totalmente potenciado significa estar listo para tomar decisiones y esto requiere de conocimientos. El conocimiento es escaso en las organizaciones, y normalmente solo los especialistas lo detentan. El acceso al conocimiento no es algo fácil o barato. Potenciar a los empleados significa incrementar la disponibilidad de su conocimiento. Sistemas expertos y otros sistemas inteligentes pueden tomar un rol mayor en la provisión de conocimiento, tanto como el Internet o las intranets. Al potenciar a los empleados se espera un mejor desempeño. Por lo que requerirán nuevas herramientas. La tecnología de la información puede proveer herramientas que mejoraran la creatividad y productividad de los empleados, así como la calidad de su trabajo.” Turban, E., McLean, E., Wheterbe, J. (2001). De los puntos anteriores es posible vislumbrar, que una de las más críticas ventajas competitivas de una empresa es la administración del conocimiento. Lo anterior permite tomar decisiones correctas sobre todas las actividades de la empresa. El proceso de tomar decisiones con base en el conocimiento de la compañía es parte de la familia de procesos llamados Planeación de Recursos de la Empresa ó “Enterprice Resource Planning ERP”. Steven Shepard (2002, Telecommunications Convergence: How to bridge the gap) define al ERP como: “El ERP es un plan corporativo de comunicaciones integrales que afecta totalmente los recursos de la compañía. Los sistemas de ERP están diseñados para dirigir las funciones de planeación, procesos de transacción, contabilidad, finanzas, logística, administración de inventarios, órdenes de ventas, recursos humanos, operaciones, distribución, pagos, etc. Éste funciona como una sombrilla que integra todos los procesos basados en el conocimiento de la corporación. El antecesor del ERP fue una aplicación llamada Planeación de Requerimientos Materiales “Materials Requiriments Planning (MRP)” desarrollada en 1970 para asistir a las compañías de manufacturas con problemas en sus procesos de producción y de obtención de insumos naturales. Los MRP generaban calendarios de producción que estaban basados únicamente en la lista de materiales disponibles y cuyo objetivo era retroalimentar a la gerencia en el momento en el que se requería renovar el almacén de insumos. Con el tiempo el MRP evolucionó al MRP II que permitió insertar procesos administrativos para mejorar toda la operación y anticipar eventos no planeados. En este proceso de evolución del MRP arribó el ERP que integró los elementos financieros y de recursos humanos en su base administrativa. El proceso generado por el ERP y que permite dar inteligencia a los negocios está basado en una jerarquía de convergencia. Durante un día típico, las interacciones con los usuarios generan enormes cantidades de información que son almacenados en las bases de datos de la compañía. Los datos incluyen secciones de ventas, devolución de productos, procesos de ordenes de servicio, reparaciones, citas con clientes, información sobre la competencia
6
(inteligencia competitiva), información de distribución, etc., todos los resultados de un día de actividades del negocio”. Shepard, Steven (2002). pp. 214-216. Los datos producidos por un ERP son alojados en almacenes electrónicos, cuya estructura lógica es muy compacta, de tal forma que sea fácil de procesar. En este momento la sustancia de los datos no arroja conocimiento del análisis estratégico requerido por la organización. Los datos serán convertidos en inteligencia del negocio hasta que el siguiente procesamiento electrónico se culmina en sistemas de “Inteligencia Empresarial”. Inteligencia Empresarial o Data mining Shepard hace referencia a la inteligencia empresarial de la siguiente manera: “La inteligencia empresarial es la técnica para identificar, examinar, y modelar datos corporativos de tal forma que permita identificar patrones del entorno y ganar ventajas competitivas. El grupo Gartner define el la inteligencia empresarial como el proceso para descubrir nuevas correlaciones significativas, coincidencias y tendencias encontradas en grandes almacenes de datos, al utilizar tecnologías de reconocimiento de patrones y técnicas estadísticas. Aron Zornes de META Group establece su definición como: procesos para descubrir conocimiento de la extracción de lo que no es información relevante de muy grandes bases de datos. La inteligencia empresarial cuenta con técnicas sofisticadas de análisis, tales como filtros de inteligencia artificial, redes neuronales, árboles de decisión y otras herramientas que pueden ser usadas para desarrollar modelos del entorno de la compañía. De esta forma se producen los patrones que serán usados para identificar oportunidades potenciales para el negocio. Algunas de las razones por las cuales las corporaciones utilizan la inteligencia empresarial son las siguientes: • • • •
Análisis de la actividad del mercado y sus consumidores Adquisición y retención de clientes Refuerzo de las ventas con productos relacionados y productos evolucionados (Compañías de distribución de productos: Amazon) Detección de actividades fraudulentas y de robo (compañías de crédito, y servicios telefónicos, etc.)”
Los procesos de Inteligencia empresarial son complejos y en ocasiones difíciles de aterrizar por lo cual, solo corporaciones grandes pueden acceder plenamente a sus beneficios. Sin embargo, la tendencia de la competitividad en los mercados mundiales muestra que las empresas pequeñas deben preocuparse por encontrar estrategias basadas en el conocimiento. Por otro lado las diferentes instituciones de gobierno tanto federal como local también requieren del procesamiento inteligente de los datos. Ejemplos de áreas de aplicación de la inteligencia empresarial en el gobierno son la administración y la prevención de procedimientos relacionados con los distintos grupos sociales, la ecología, la seguridad, la educación, la justicia, la natalidad, la recaudación, la salud, etc., así como la proyección del desarrollo sustentable a largo plazo.
7
EL NICHO CORPORATIVO PARA SOLUCIONES DE OPTIMIZACIÓN DE REDES “Now that network services are essential to business, predictable, reliable, high-quality performance is what customers are seeking” McCabe, James D. (2003).
Este trabajo de tesis busca captar la necesidad de optimización del backbone de redes de datos de un segmento del mercado corporativo (privado o público), y proponer la satisfacción de esta a través de una solución correctiva, la cual esté alineada con los principios internos y externos de la empresa actual. P. J. Louis, en su libro “Telecom Management Crash Course: Managing & Selling Telecom Services & Products” subraya que los ejecutivos responsables de las finanzas de las compañías fabricantes y proveedoras de servicios de telecomunicaciones deben resolver correctamente todos los aspectos necesarios de la operación, alineando sus objetivos últimos con las necesidades de sus clientes. “Crear una estrategia completa de mercado involucra más que hablar y entender a los clientes. Ésta requiere de una compañía de telecomunicaciones que pueda administrar las necesidades internas así como manejar las fuerzas externas (del mercado)... ...De esta forma, mantener el enfoque hacia el mercado es un equilibrio entre mantener los objetivos de las ventas respecto de satisfacer las necesidades de los clientes. La diferencia entre una compañía enfocada solo en las ventas y una compañía enfocada en sus consumidores es la diferencia entre quien obtiene el contrato respecto de quien lo pierde.” Louis, P. J. (2002) De la misma forma Steven Shepard en su libro “Convergence: How to bridge the gap between technologies and services”, confirma que: “La empresa actual se enfoca en la personalización y el servicio no en la venta por volumen. Los negocios pueden ser caracterizados por dos condiciones básicas. La primera condición es el grado en que estos puedan crear valor sobre productos que los distingan de los competidores. La segunda es la naturaleza de los recursos que utiliza para crear y vender sus productos. Si la corporación analiza correctamente su mercado y convierte sus recursos en nuevos productos, estos tendrán éxito y prosperaran.” Shepard, Steven (2002).
El fabricante y el proveedor de servicios P. J. Lewis expone dos perspectivas del mercado de las telecomunicaciones basadas en la oferta: la del fabricante y la del proveedor de servicios. Por un lado, el fabricante cubre el rango de las compañías dedicadas a la producción de software, hardware y servicios relacionados con estos insumos. Por otro lado, el proveedor de servicios cubre el rango de aquellas compañías dedicadas a brindar servicios desde su propia infraestructura; tales como los tradicionales operadores de telefonía residencial, empresarial o celular, televisión por cable, servicios WAN, hasta los proveedores de servicios emergentes basados en protocolos de Internet. El nicho de mercado del fabricante está ubicado en otras compañías de la misma industria o de alguna rama relacionada. Mientras que el nicho de mercado del proveedor de servicios se sitúa en los usuarios corporativos y usuarios personales de servicios de telecomunicaciones, tales como telefonía corporativa, residencial o celular, de acceso a Internet, de mensajería electrónica, de enlaces de banda ancha y larga distancia, etc. El procedimiento de optimización que será desarrollado en este trabajo de tesis tiene como nicho el que coincide con un segmento operado por los proveedores de servicios: el mercado corporativo. Cabe aclarar que será utilizado el terminó “mercado corporativo” cuando se haga referencia tanto a las empresas privadas como públicas. El análisis de Shephard acerca de la convergencia de tecnologías de servicios y compañías prevé un reacomodo incipiente del mercado. Uno de los resultados novedosos de este reacomodo es la creación de convenios entre fabricantes y proveedores de servicios los cuales generan sinergias para
8
mejorar la calidad de los servicios ofrecidos. Cuado esto se consolida, la perspectiva de fabricantes y proveedores de servicios tiende a emparejarse, ambos: fabricantes y proveedores se unifican en el ofrecimiento de servicios y productos. Un ejemplo de estos convenios es la relación de los grandes operadores telefónicos en México con fabricantes de equipos y dispositivos presentes en el mercado global. La necesidad de ofrecer soluciones de optimización para el mercado empresarial en México puede ser compartida directa o indirectamente por proveedores de servicios telefónicos y productores de software, y hardware. El siguiente capítulo expone la clasificación de P. J. Lewis para el mercado de telecomunicaciones, el cual considera el monto de la venta al consumidor final como parámetro de clasificación. De esta manera, aparece una división entre el mercado del menudeo y el mercado del mayoreo.
El menudeo El mercado corporativo es atendido por los proveedores de servicios y puede clasificarse dentro de las ventas de menudeo. Lo anterior se justifica, ya que los montos de venta no tienen las proporciones industriales que pueden observarse en las ventas entre fabricantes. Por lo anterior, es importante subrayar que la aplicación de los resultados de este trabajo de tesis se inserta preferentemente en el mercado del menudeo, veamos cuales son los segmentos que Lewis identifica en el mercado del menudeo. El mercado del menudeo abarca tres grandes segmentos a saber: el mercado residencial, el mercado de la empresa privada y el mercado de la empresa pública, los cuales comparten la necesidad de contratar servicios de Voz, Video, Datos y Banda ancha. Servicios comunes del mercado residencial ofrecidos por el proveedor de servicios: ♦ Líneas de telefonía tradicional ♦ XDSL-X, tecnología de suscripción de líneas digitales (banda ancha) ♦ Televisión por cable ♦ Televisión satelital ♦ ISDN, acceso a servicios digitales integrados ♦ FTTH-Fiber, (Fiber to the Home), distribuido en complejos habitacionales modernos, este es más extendido en las economías del primer mundo Servicios comunes del mercado empresarial privado ofrecidos por el proveedor de servicios: ♦ ♦ ♦
Empresas pequeñas hasta 500 líneas Empresas medianas de 501 hasta 2500 líneas Empresas grandes más de 2501 líneas
De esta forma, el mercado empresarial usualmente demanda los siguientes servicios: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
Líneas tradicionales telefónicas E-mail Almacenaje de bases de datos (Storage Access Network: SAN) Creación de sitios Web Acceso al World Wide Web (WWW) Acceso a portales de Internet en forma segura Voz sobre IP Videoconferencia sobre ISDN, IP Enlaces WAN TDM, Frame relay, ATM, o IP/MPLS
9
En palabras de Lewis: “El gobierno siempre es un gran consumidor”. En México, el gobierno está integrado por un conjunto muy amplio de instituciones estatales, regionales, o federales. Servicios comunes ofrecidos para el mercado de gobierno por el proveedor de servicios: ♦ Líneas telefónicas ♦ Troncales de transmisión para el campus, para las áreas metropolitanas y para la cobertura nacional y/o internacional ♦ Acceso a Internet ♦ Publicación de portales electrónicos ♦ Videoconferencia El gobierno de EU es considerado el cliente corporativo más grande de Norteamérica y muchos proveedores de servicio y fabricantes ofrecen una gama muy grande de servicios. En algunas agencias del gobierno de EU se han gestado las nuevas tecnologías que incluyen los modernos protocolos de comunicación en red y estándares internacionales tecnológicos y administrativos tales como el Internet IP, ATM, etc., Keshav, S. AT&T Labs-Research (1997). En México, el incipiente ambiente de cambios democráticos y la interdependencia e influencia internacional para la apertura de la información gubernamental, etc. han propiciado la creación de los nuevos programas para la automatización de procesos. Estos programas incluyen el acercamiento del gobierno a los ciudadanos, y la transparencia en la rendición de cuentas, entre otros. La mayoría de estos programas de gobierno están basados en herramientas de Web tanto al interior de las dependencias como hacia el exterior de ellas. De esta forma, podemos encontrar grandes intranets en muchas dependencias estatales y federales, así como portales de Internet, tales como el “emexico”, el portal de la tesorería del DF, el portal de Hacienda, etc. Dos de los requisitos de la democracia moderna son la apertura de la información y la reducción de los lentos procesos burocráticos al interior del gobierno. Estos requisitos permiten controlar mejor los procesos administrativos y aclarar el uso de los recursos de las instituciones, por lo que se puede aspirar a disminuir los focos de corrupción. Por lo anterior, el gobierno en México resulta un cliente de un gran potencial en el mercado de las telecomunicaciones, el cual demanda productos, servicios y especialmente consultoría tecnológica y soporte para aprovechar óptimamente sus recursos. La sociedad civil y los socios internacionales están presionando para que el gobierno trabaje de forma más eficiente.
El mayoreo Como se ha definido arriba, este trabajo de tesis está dirigido al mercado corporativo privado y de gobierno, es decir al menudeo. En el caso de estudio tratado en el capítulo nueve, la red analizada será una red gubernamental, sin embargo para completar el contexto del mercado de las telecomunicaciones, mencionaremos la clasificación de Lewis para el mercado del mayorista. En el mercado del mayorista, tanto fabricantes como proveedores de servicios brindan sus productos y servicios al mercado del menudeo a través de un intermediario o revendedor con capacidad de distribución a menor escala. Por otro lado, tanto fabricantes como proveedores consumen y ofrecen insumos de otros fabricantes y proveedores. En México, existe un proveedor de productos y servicios de telecomunicaciones que tiene presencia en todo el país y que es el resultado de la privatización de la industria telefónica de los años 80. Este proveedor vende sus servicios en la modalidad mayorista a los proveedores secundarios que tienen menor cobertura y penetración. Sin embargo también cubre el nicho del menudeo de servicios residenciales de Internet y telefonía además de tener convenios con compañías celulares para el servicio personal.
10
Dentro de la diversidad de productos y servicios que el fabricante ofrece al mayoreo se encuentran: ♦ Switches ♦ Enrutadores ♦ Servidores ♦ Antenas ♦ Torres y accesorios ♦ Infraestructura para bases de datos ♦ Soporte de operaciones de redes, entre otros el soporte técnico para la operación de las redes ♦ Administración de redes y consultoría ♦ Administración de la verificación Infraestructura de soporte ♦ Suministro de energía eléctrica ♦ Agua ♦ Sistemas de enfriamiento ♦ Adecuación de instalaciones ♦ Almacenaje de bases de datos ♦ Soporte de servicios de agencias de seguros ♦ Mantenimiento y reparación ♦ Instalación
Segmentación del mercado Esta breve semblanza del mercado de las telecomunicaciones muestra que las áreas del mercado del mayoreo y menudeo son solo áreas generales y que para explotar las fracciones de este océano de posibilidades es necesario hacer un ejercicio estratégico de segmentación. “El proceso de segmentación del mercado de las telecomunicaciones es en parte ciencia y en parte arte. La parte de ciencia en la segmentación puede describirse como un proceso con reglas claras mientras que la parte del arte involucrada para segmentación es la experiencia, que debe ser adquirida”.
Pasos de la segmentación del mercado Lewis establece los siguientes criterios para la segmentación del mercado: Identificar segmentos potenciales Muchos mercadólogos en las telecomunicaciones utilizan criterios demográficos para la segmentación, sin embargo la industria y el mercado del detallista son tan grandes que para encontrar segmentos de interés es necesario utilizar otro tipo de criterios, tales como: • •
Buscar servicios con ciertas tecnologías, tomando en cuenta el tipo de backbone (infraestructura central de transporte), el tipo de señalización, etc. Buscar servicios con cierta cobertura y penetración
11
•
•
•
Identificar el mercado personalizado o Demografía o Estilo de vida o Profesión o Cultura o Idioma (s) o Hábitos de entretenimiento Identificar el mercado industrial o Tipo de industria o Patrones de compra o Distribuidores o Tipos de servicio Identificar el ambiente de consumo o Usuarios pesados o Usuarios ligeros o Reacciones al cambio en la economía o servicios o Uso de negocios personales
Seleccionar grupos dentro de los segmentos El objetivo de seleccionar grupos de segmentos de consumidores es asociar motivadores de compra tales como: • • • •
La aplicación: que el producto o servicio sea realmente útil para el cliente Los beneficios: ¿qué beneficios son reportados por el consumo del producto o servicio? La sensibilidad de los mercados: se refiere a los efectos de los cambios de precios, calidad, lealtad, percepción de la marca, y desempeño. Los costos: los costos deben estar en concordancia con el equilibrio de los precios en el mercado.
Además es necesario: •
Probar estrategias o Las estrategias deben traer buenos resultados, cuando se han obtenido los perfiles de los clientes y los respectivos productos y servicios. La medición de la estrategia será puesta en práctica con el nivel de ventas, una estrategia bien planeada dará resultados positivos.
•
Medir los resultados o La única forma de medir la eficacia de la estrategia de segmentación es la confirmación del éxito en las ventas.
12
EL NICHO DE MERCADO PARA LA SOLUCIÓN DE LA HIPÓTESIS Parece una ironía que los problemas incubados en la capa física del backbone puedan resultar invisibles para los grupos de soporte, quienes se preocupan por la operación lógica pero muchas veces soslayan la solidez estructural de dicho backbone.
Esta tesis busca explotar un área de oportunidad ubicada en la infraestructura de soporte del backbone de las redes corporativas de datos. Dicha infraestructura puede rezagarse administrativa y técnicamente debido a su posición indeterminada entre las incumbencias de la corporación, de los fabricantes de los equipos, y de los proveedores de servicios. Es natural el hecho de que sean diferentes provisores los que diseñan, implementan, operan y mantienen cada uno de los subsistemas del backbone. Sobre todo cuando las redes tienen cobertura nacional y su diversidad tecnológica es amplia. Por lo que el soporte del servicio de la corporación tendrá una relación compleja con los diferentes actores. Así, la calidad del servicio final tanto de sistemas tecnológicos como del soporte humano puede no ser siempre la óptima. En este conjunto de subsistemas y actores, el conocimiento y control de las envolventes operativas de la infraestructura de soporte resulta clave para establecer su tolerancia operativa, pero dichas envolventes pueden resultar invisibles, pues normalmente el operador final dedica su atención a los estratos directamente gestionables de la arquitectura del backbone. Algunos de los estratos que encubren los posibles rezagos de la infraestructura de soporte están: • • • • •
señalizaciones configuraciones de capa 2 tales como: puentes, v-lans, PVC’s, SPVC’s, VPN’s, PNNI, MPLS configuraciones de capa 3 tales como: direccionamiento IP, Protocolos de enrutamiento, VPN’s sobre IP, seguridad, etc. configuraciones de capa 4 tales como: políticas de control de flujo, congestión, seguridad, acceso, etc. configuraciones de capa de aplicación tales como; bases de datos, autorización, permisos, aplicaciones web, Voz conmutada sobre IP sobre ATM o sobre TDM, video conferencia, etc.
Por lo anteriores es vital mantener los sistemas corporativos sin rezagos y con envolventes operativas visibles. En otras palabras es posible corroborar, que la salud corporativa es el motivo principal para la optimización del backbone y la correspondiente corrección de los posibles rezagos en sus tolerancias estructurales.
13
CONCLUSIÓN Este capítulo argumentó que la hipótesis tiene un nicho comercial corporativo, ya que los objetivos de corto y largo plazos de la misma se empatan con las demandas más apremiantes del mercado actual. Como marco de justificación se muestra que la validez del “enfoque hacia el mercado” es aplicable en las diferentes economías de escala incluyendo los ciclos tecnológicos de las redes de datos. Por lo que se concluye que las redes de datos deben trabajar sin rezagos para que la productividad de las aplicaciones corporativas y la percepción de los usuarios no sean afectadas negativamente, lo cual requerirá de la innovación de proyectos de integración tecnológica como una prioridad administrativa.
14
REFERENCIAS Dyson, Paul & Longshaw, Andy (2004). Architecting Enterprise Solutions: Patterns for High-Capabilty Internet-Based Systems. EU: John Willey & Sons. Fields, Gary (2004). Territories of Profit: Communications, Capitalist Development, and the innovative Enterprises of G. F. Swift and Dell Computer. UK: Stanford University Press. Chatzkel, Jay L. (2003). Knowledge Capital: How Knowledge-Based Enterprises Really Get Built. Oxford University Press. Keshav, S. AT&T Labs-Research (1997). An engineering approach to computer networking: ATM networks, the internet, and the telephone network. Hew Jersey: AddisonWesley. Louis, P. J. (2002). Telecom Management Crash Course: Managing & Selling Telecom Services & Products. New York: McGraw-Hill. Liotine, M. (2003). Mission-Critical Network Planning. Norwood, MA: Artech House. McCabe, James D. (2003). Network Analysis, Architecture & Design, Second Edition. Kaufmann Publishers.
Morgan
Means G., Schneider D. (2000). “MetaCapitalism: The e-Business Revolution and the Design of the 21st-Century Companies and Markets” John Willey & Soons. Pasricha, Harpreet y Jagu, Dattakiran (2004). Designing Networks with Cisco. Hingham, Massachusetts: Hingham, Massachusetts. Shepard, Steven (2002). Telecommunications Convergence: How to bridge the gap between technologies and services (2nd Ed.). New York: McGraw-Hill. Wilder, Floyd (1998). A guide to TCP/IP Protocol Suite. 2nd –Ed. Norwood MA: Artech House Inc.
15
16
CAPÍTULO 2
VALIDACIÓN HOLÍSTICA DE LA HIPÓTESIS
“el correcto desempeño del todo no depende solo del correcto desempeño de las partes por separado, si no de la armonía de la interdependencia de estas. La optimización del desempeño de las partes no conduce a una optimización del desempeño del todo” Una optimización holística funcional corregirá la consonancia de los sistemas en cuestión… Por el contrario, una solución parcial mantendrá en el atraso la optimización de los sistemas, pues nunca se liberará la potencia de la complejidad en armonía.
El segundo capítulo valida la hipótesis y su solución en forma holística, ya que establece que los objetivos de corto y largo plazos de la misma también pueden traducirse en viabilidad comercial y tecnológica. Se utiliza un modelo de relaciones de causalidad basado en la teoría general de sistemas para describir la estructura funcional interna y externa de las redes de datos. Este capítulo tiene una utilidad teórica que permitirá afianzar la metodología de análisis. Para muchos actores pragmáticos esta validación puede resultar no indispensable. Sin embargo para fines argumentativos, estratégicos y de investigación dicha validación resulta de trascendental importancia. De este análisis puede subrayarse el enfoque integral para la búsqueda de soluciones a problemas con sistemas complejos.
PREMISAS Definición 2.2 Condiciones de viabilidad de la solución La solución de optimización debe ser atractiva en su nicho de mercado y cumplir con dos condiciones: ♦ ser comerciablemente viable ♦ ser tecnológicamente viable Definición 2.3 Una solución comercialmente viable debe: ♦ afectar positivamente la productividad de las aplicaciones de red, ♦ corregir los rezagos estructurales Definición 2.4 Una solución tecnológicamente viable debe permitir: ♦ mejorar la percepción de los usuarios finales ♦ permitir implementar procesos innovadores de integración tecnológica En los sistemas corporativos subyacen relaciones jerárquicas. Estas relaciones requieren de una formalización causal que permita evidenciar funcionalmente la necesidad de observar el problema de la optimización de las redes como un proceso holístico. De esta manera, será posible prever la efectividad de las soluciones correctivas y por lo tanto validar la viabilidad comercial y tecnológica de su implementación práctica.
17
HERRAMIENTAS DE LA TEORÍA GENERAL DE LOS SISTEMAS “Systems Approach has received complaints (Alter, 2001, p. 14) due to the general scope of its concepts. Our position is that it is not a methodological weakness but a strength that enables researches and practitioners to acquire an integrated perspective of a complex phenomenon of Information Systems. However the right concepts of Systems Approach must be used in the research and praxis activities.” Cano J. Jeimy (2003).
Los siguientes son conceptos que fueron extraidos del texto “Critical Reflections on information Systems: A Systemic Approach” Jeimy Cano y publicado en el año 2003. 1) Propiedades fundamentales de los sistemas: a. La complejidad es definible como el grupo de propiedades unitarias y de conjunto (hacia fuera y hacia adentro) de un sistema. Dichas propiedades pueden asociarse a procesos lógicos o espacio temporales. La complejidad define y estructura todas las entidades fenomenológicas cognoscibles de un sistema. Por consecuencia, la complejidad determina a su vez los marcos de referencia conceptual. b. Sistema es aquella entidad con capacidad de interacción externa como unidad y capacidad de interacción interna como conjunto de elementos. Un sistema como conjunto sujeta a la complejidad al estructurarla sobre sus elementos. Donde, las propiedades únicas de cada elemento determinan las condiciones de interacción interna. c. Marco de referencia es un campo conceptual que tiene sentido, siempre y cuando este basado sobre una definición consistente de las propiedades complejas. d. Cuatro propiedades unitarias ó de interacción externa de los sistemas son: completes, jerarquía, emergencia y propósito. Donde, las tres primeras son propiedades que muestran una relación inmanente a un suprasistema. Así: i. La propiedad de completes se origina del hecho de que cada sistema puede considerarse como un todo con propiedades unitarias (todo unitario) de interacción externa, distintas a sus propiedades plurales del conjunto entre sus elementos. ii. La jerarquía es la estructura organizativa o de parentesco dentro y fuera de los sistemas. iii. La emergencia es la capacidad constante de la complejidad para generar estadios o niveles jerárquicos, por lo que cada nivel jerárquico proviene de la capacidad emergente de la complejidad. Donde, las propiedades y propósito de cada sistema (cada nivel jerárquico) no podrían ser discernibles a través de la disgregación de sus elementos. iv. La propiedad de propósito cobra relevancia central cuando la referencia sistémica es empleada en el contexto de sistemas tales como organizaciones de negocios (empresas), debido a que su ambiente no es gobernado por relaciones lineales de causalidad. Vea Checkland, Peter (1999), ó Cano J. Jeimy (2003). e. Dos propiedades de conjunto o de interacción externa de los sistemas son el control y la comunicación, donde: i. el control es el elemento rector protocolario, indispensable en los procesos de interacción entre los elementos de un sistema. ii. la comunicación es la función integradora del control, al ser el medio de transferencia de la información de los estadios particulares de cada elemento que conforman un sistema. Vea Checkland, Peter (1999), ó Cano J. Jeimy (2003). f. El correcto desempeño del todo no depende solo del correcto desempeño de las partes por separado, si no de la armonía de la interdependencia de estas. La
18
optimización del desempeño de las partes no conduce a una optimización del desempeño del todo, Cano J. Jeimy (2003). COMPLEJIDAD ≈ PROPIEDADES DE UN SISTEMA ≈ MARCO DE REFERENCIA 2) Este inciso es una cita directa del desarrollo formal del concepto de sistema expuesto por Cano, “esta definición tiene cuatro objetivos: a. incluir la mayoría de las definiciones reportadas en la literatura, b. establecer una referencia conceptual para identificar las definiciones previas, c. tomar ventaja de la notación lógico-simbólica, d. ofrecer un lenguaje útil para los sistemas suaves (soft systems). Donde la principal motivación de constituir esta definición será ayudar a profesionales y académicos en el área general de sistemas y tecnologías de información para establecer formalmente sus fenómenos u objetos de estudio” Cano J. Jeimy (2003). La definición siguiente de Sistema, Sistema General, Sistema-I 15 y Sistema-II 16 serán desarrollados a través de los siguientes ocho postulados.
Postulados generales Postulado 1. El mundo está compuesto de un campo real llamado realidad y de un campo conceptual llamado conocimiento de la realidad. Postulado 2. La realidad está compuesta por objetos 17 X, Y, Z, que tienen propiedades ρ1, ρ2, ...,ρk, denotados por sustantivos y con la potencialidad para desarrollar acciones α1, α2, ..., αm denotadas por verbos. Postulado 3. El conocimiento de la realidad esta integrado por conceptos. Postulado 4. Existe un campo T llamado tiempo el cual puede expresarse con la relación “menor que”. Postulado 5. En la realidad, existen objetos llamados observadores θ1, θ2, ..., θk, donde algunas de sus acciones α1, α2, ..., αm, permiten la percepción de la supuesta existencia de otros objetos. Estos postulados básicos distinguen la realidad objetiva del plano del conocimiento conceptual. Alguna cosa animada o inanimada es conceptualizada como objeto, y algunos objetos especiales son considerados observadores con la capacidad de percibir o suponer y asignar significado a otros objetos considerados. Para completar los elementos básicos, también el espacio-tiempo debe ser considerado. La siguiente figura muestra el núcleo de estos postulados.
15 El concepto de sistema-I es definido por Cano, según su referencia a “Gelman y Garcia (1989)”, en términos de sistema como unidad. 16 El concepto de sistema-II es definido por Cano, según su referencia a “Gelman y Garcia (1989)”, en términos de sistema como un grupo de partes relacionadas. 17 En la edición de Jeimy Cano la palabra usada de aquí en adelante es “thing”, que es comúnmente traducida como cosa, sin embargo en esta tesis se utilizará el sinónimo en español “objeto”. 19
Mundo Conocimiento de la realidad
λ
φ
φ
ψ
Conceptos
β Objetos
Realidad
Observadores
Tiempo Figura 2.1
Campos conceptual y real del mundo
Postulados esenciales para las definiciones de sistema Definición 1. Un objeto es una parte de la realidad que puede ser representada por un concepto en el campo del conocimiento de la realidad. La unión entre objetos resulta un objeto y sus partes también son objetos. Definición 2. Si la existencia de X en el tiempo t0
20
Postulado 6. Para cada atributo xβ de un objeto X, existe un conjunto infinito de valores posibles para el atributo xβ denominados por xv i. Este conjunto es nombrado como el rango del atributo xβ y es denominado por el conjunto Rβ(X). Definición 8. Dados los conjuntos B(X) = {xβ1, xβ2, ..., xβk}, E(X) = {xε1, xε2, ..., xεm}, y RB(X) = {Rβj(X) para j= 1,2, …,k} respectivamente, como el conjunto de atributos, el conjunto de eventos y rango de atributos de un objeto X, entonces la expresión §(X) = B(X) U E(X) U RB(X) es nombrada estructura conceptual del objeto X.
Sistema-I Definición 9. Un objeto X es un sistema-I, y es denominado como SI(X) si dada su estructura conceptual §(X) = B(X) U E(X) U RB(X), y substituyendo un subconjunto B’(X) de atributos en lugar de B(X), la estructura final no está en capacidad para co-producir todo el conjunto de eventos E(X). Systema-I
ε
ε
x 1
β
x 1
β
x 5
x 1
β
x 1
ε
x 2
β
β
x 2
β
x 4
x 3
ε
x 3
ε
x 4
β j = Rβ j J=1, 2, …,5 Figura 2.2
β
x 4
ε
x 4
Objeto X x
ε
x 2
β
x 2
β
x 3
ε
x 3
Una parte del objeto X x
β j = Rβ j J=1, 2, 3,4
Diagrama de sistema-I
La figura anterior muestra un sistema-I como un todo de atributos y eventos y un subconjunto de atributos que no tienen la capacidad de co-producir el mismo conjunto de eventos. Esta figura también muestra las reacciones: xε1, xε2, xε3 y las acciones propias xε4. Debemos notar que las acciones propias deben ser desempeñadas sobre si mismo o sobre otro objeto. Definición 10. El conjunto W(X) = {SI(W 1), SI(W 2), …SI(W k)} que tiene una reacción o respuesta jαm de algún SI (W j) ∈ W(X) a al menos alguna acción xα de un SI(X), se define como el ambiente de SI(X). Definición 11. Dado un conjunto §(X) = B(X) U E(X) U RB(X), para un SI(X), donde B(X) = {xβ1, xβ2, …,xβk}, E(X) = {xε1, xε2..., xεm} y RB(X) = {Rβj(X) para j = 1, 2, …k}, entonces el k + 1 Ω(X,T) = donde t ∈ T, y cada xv j∈ Rβj(X) para j = 1, 2…, k, es llamado el estado de SI(X). Definición 12. El conjunto de todas las posibles acciones wα del ambiente W(X) de un SI(X) es llamado entrada de los componentes de SI(X), y se denota como I(X) = {xλ1, xλ2, …xλn). Donde, cada elemento xλj de este conjunto es una entrada de SI(X). Definición 13. El conjunto de todas las posible acciones propias, reacciones y respuestas xα de un SI(X) sobre su ambiente W(X) es llamado salida componente de SI(X), y es definida por O(X) = {xφ1, xφ2, …xφp}. Donde, cada elemento xφj de este conjunto es una salida de SI(X). Definición 14. Dado un SI(X), un subconjunto de entradas componentes I(X) = {xλ1, xλ2, …xλn} y un subconjunto de salidas componentes O(X) = {xφ1, xφ2, …xφp}, entonces el conjunto de
21
IOR(X) de todas las relaciones productor-producto que existen entre la entrada y la salida de elementos de I(X) y O(X) respectivamente es llamado relación entrada-salida de SI(X). Definición 15. Dado un SI(X), un conjunto de entradas componentes I(X) = {xλ1, xλ2, …xλn} y un conjunto de salidas componentes O(X) = {xφ1, xφ2, …xφp}, entonces los conjuntos IC(X) = {x ∇ 1, x ∇ 2, …x ∇ n} y OC(X) = {x∆1, x∆2, …x∆p) son definidos respectivamente como el conjunto de canales de entrada y el conjunto de canales de salida. Un canal de entrada x ∇ j es un medio para transmitir las acciones externas a través del sistema X. Un canal de salida x∆i es un medio para transmitir las acciones propias, reacciones o respuestas a través de su ambiente W(X). La siguiente figura muestra las relaciones de un sistema-I y su ambiente, a través de sus canales de entrada salida. También se muestra que el canal general de entrada para el sistema SI(X) corresponde al canal general de salida de su ambiente W(X) y viceversa. Una característica muy importante del Sistema-I SI(X) y su ambiente W(X) es que ambos son sistemas y tienen un estado de sistemas: W(X,T) y W(W(X),T) respectivamente.
Mundo W(X)
x∆
x∇
x∆
x∇
Ω (W,T)
Ambiente Figura 2.3
S I(X) I(X)= {x λ1, x λ2, …xλ n} O(X)= { x φ1, x φ2, …x φp}
Ω(X,T)
Componentes de entrada Componentes de salida
Sistema I Sistema-I y su ambiente
Sistema-II Definición 16. Dados dos sistemas-I, SI(X) y SI(Y), y sus conjuntos de salida O(X) = {xφ1, xφ2, …xφp} y entrada I(X) = {xλ1, xλ2, …xλn}, si al menos una componente de salida xφj existe y es igual a xλk, entonces SI(X) está relacionado con SI(Y), y esta relación se puede expresar como ℜ (X, α, Y) en forma larga, donde xφj = xλk o como ℜ (X,Y) en forma corta. Estos tipos de relaciones son llamados relaciones entre elementos o relaciones elementales. Debemos notar que si SI(X) está relacionado con SI(Y) no necesariamente implica que SI(Y) esté relacionado con SI(X). Definición 17. Dado un conjunto de objetos C = {SI(X1), SI(X2), …, SI(Xk)}, y un subconjunto C’ de C, donde cada elemento de C’ está relacionado con otro elemento de C u otro elemento de si mismo, esto es denominado conjunto de relaciones y es expresado como ℜ S(C)={ ℜ 1, ℜ 2,…}. Definición 18. Dado un conjunto de objetos C = {SI(X1), SI(X2), …, SI(Xk)}, un conjunto de relaciones ℜ S(C)={ ℜ 1, ℜ 2,…} dentro de C’ y dos elementos SI(Xi) y SI(Xj) de C’,donde la secuencia de relaciones de elementos ℜ 1, ℜ 2, … ℜ n, cumple con: (i) Xi ∈ ℜ , (ii) Xi ∈ ℜ , (iii) para cada ℜ m y ℜ 1m+1, y para m = 1, 2, …, n – 1, entonces la salida o entrada componente en ℜ m será la salida o entrada componente de ℜ m+1. Lo anterior se denomina ruta no directa entre SI(Xi) y SI(Xj).
22
Debe notarse que una ruta no directa entre dos elementos SI(Xi) y SI(Xj) de una relación de conjunto implica que no existen elementos completamente aislados. Definición 19. Un objeto X es un sistema-II y puede expresarse como SII(X), si (i) X es un conjunto de objetos X1, X2, …, Xk, donde sus elementos son SI(Xi) o SII(Xj) para i = 1, 2, …, k, (ii) existe un conjunto no vacío de relaciones elementales ℜ s1(X), ℜ s2(X), …, ℜ Sm(X) en C, y (iii) existe al menos una ruta no directa entre dos cualesquiera Xi y Xj en el conjunto ( ℜ s1(X) U ℜ s2(X), …, ℜ Sm(X)). Debe notarse que esta es una definición recursiva para establecer que un sistema tiene subsistemas. Mundo
ℜS 2 ( X )
ℜ1
SI(X2)
ℜ3
SI(X1)
ℜ2
ℜ5 ℜ4
ℜ6
S I(X4)
ℜ7
SI(X3)
ℜS1 ( X )
SI(X5)
ℜS 3 ( X )
SII(X)
Figura 2.4
Diagrama de Sistema-II
La figura anterior muestra las ideas principales de un SII(X). Por ejemplo, este Sistema-II tiene cinco subsistemas SI(X1), SI(X2), …, SI(X5). En esta figura aparecen tres conjuntos de relaciones ℜ S1(X), …, ℜ S3(X). Debe notarse que ℜ S2(X) es necesario para poder contabilizar la relación elemental ℜ 5. También debe notarse que la condición (iii) de la definición 19 es satisfecha para alguno de los dos subsitemas SI(Xi) y SI(Xj), existe una ruta no directa, o expresado en forma sencilla, ambos subsistemas están conectados. Definición 20. Un objeto X es un sistema general y esta expresado como SG(X), si (i) X es un SI(X) que pueda ser trasladado a un sistema SII(X) ó (ii) X es un SII(X) que puede ser trasladado a un SI(X). Definición 21. Dados al menos dos sistemas generales SG(X) y SG(Y), donde ambos son elementos o subsistemas de SG(Z), entonces SG(Z) es llamado el Suprasistema de SG(X) y es expresado como SSG(X). Definición 22. El sistema-general SG(R) que contiene a los suprasistemas SSG(X) de un sistema general SG(X) es llamado la envolvente del sistema SG(X) y puede expresarse como ESG(X). Debe notarse que el ambiente W(X) de un SG(X), es un suprasistema de SSG(X), y por lo tanto la envolvente ESG(X). Postulado 7. En todo sistema general SG(X) = SII(X) = {SI(X1), SI(X2),…,SI(Xk)} existe al menos un elemento SI(Xj) relacionado con su ambiente W(X) y al menos un elemento de su ambiente relacionado con este. Los Sistema-I y Sistema-II pueden visualizarse en forma simple como sistemas generales, por medio del diagrama siguiente.
23
Mundo
β
β
x 5
x 1
ε
x 2
xβ2
β
β
x 4
ε
x 3
ε
x 4
S I(X)
ℜS 2 ( X )
ℜ1 SI(X1)
x 3
SI(X2)
ℜ3 ℜ2
ℜ5 ℜ4
ℜ6
SI(X4)
ℜ7
SI (X3)
SI(X5)
ℜS 3 ( X )
ℜ S1 ( X )
S II(X)
Figura 2.5
Diagrama general de sistema
Las regla para transformar dos sistemas SI(X) y SII(X) en ambos sentidos consiste en establecer la correspondencia de atributos y eventos. Por lo que es necesario trasladar el sistema SI(X) en cuestión, hacia los subsistemas y relaciones de elementos presentes en el SII(X).
FORMALIZACIÓN DE LOS CONCEPTOS DE ORGANIZACIÓN Y PROCESOS EMPRESARIALES La propiedad de jerarquía es inmanente a todos los sistemas formalizados antes. Por lo anterior, podemos observar que los Sistemas de Información (SI) son subsistemas de otros sistemas: primeramente del sistema que conforma los Procesos Empresariales, en segundo lugar de la Organización de Negocios y finalmente del ambiente que les rodea. Cano establece las siguientes definiciones: Definición O-1.1. Una organización X es un sistema general y puede expresarse como SG(X). Por lo tanto una organización puede ser conceptualizada como un sistema-I SI(X) o como un sistema-II SII(X). Definición O-1.2. Una organización X, conceptualizada como un sistema-II SII(X) debe cumplir con las siguientes condiciones: (i) que sea un conjunto X de al menos dos subsistemas de procesos empresariales SII(X1) y SII(X2), llamados subsistemas de administración y subsistemas de producción respectivamente; (ii) que sea un conjunto X con al menos un conjunto de relaciones: 0 ℜ S1(X) = {0 ℜ 1, 0 ℜ 2, 0 ℜ 3, 0 ℜ 4, 0 ℜ 5, 0 ℜ 6, …}, donde 0 ℜ 1 = ℜ (administración, α-control, producción) 0 ℜ 2 = ℜ (producción, α-información. administración), 0 ℜ 3 = ℜ (administración, α-M-salidas, W(X)) y 0 ℜ 4 = ℜ (W(X), α-M-entradas, administración) 0 ℜ 5 = ℜ (producción, α-P-salidas, W(X)) y 0 ℜ 6 ℜ = ℜ (X(W), α-P-entradas, producción).
24
(iii) que la definición general de sistema-II también se cumpla. Definición Auxiliar O-1.2.1. Un sistema de procesos empresariales es un sistema-II SII(PE) que contiene tres sistemas generales SG(PE.1), SG(PE.2) y SG(BP.3) llamados respectivamente: • Subsistema de Control de los Procesos Empresariales SSC(PE), • Subsistema de Operaciones de los Procesos Empresariales SSO(PE) y • Subsistema Informático de los Procesos Empresariales SSI(PE). Los cuales comparten el siguiente conjunto de relaciones ℜ S1(PE) = { ℜ 1, ℜ 2, …, ℜ 11} , donde ℜ 1 = ℜ (SSC(PE), α-control, SSO(PE)), ℜ 2 = ℜ (SSC(PE), α-C-salidas, W(PE)), ℜ 3 = ℜ (W(PE) α-C-entradas, SSC(PE)), ℜ 4 = ℜ (SSI(PE), α-información, SSC(PE)), ℜ 5 = ℜ (SSC(PE), α-soporte, SSI(PE)), ℜ 6 = ℜ (SSI(PE), α-I-salidas, W(PE)), ℜ 7 = ℜ (W(PE), α-I-entradas, SSI(PE)), ℜ 8 = ℜ (SSO(PE), α-datos, SSI(PE)), ℜ 9 = ℜ (SSI(PE)), α-soporte, SSO(PE)), ℜ 10 = ℜ (W(BP), α-O-entradas, SSO(PE)) y ℜ 11= ℜ (OSS(PE), α-O-trabajo, W(PE)). Además la condición de la definición general de sistema-II debe cumplirse. Definición Auxiliar O-1.2.2. El subsistema de administración X1 de una organización X, es un sistema-II SII(X1), que contiene al menos un sistema general de procesos empresariales SG(X1.1). Definición Auxiliar = O-1.2.2. El sistema productivo X2 de una organización X, es un sistema-II SII(X2), que contiene al menos un sistema general de procesos empresariales SG(X2.2). En la siguiente figura se observan dos subsistemas llamados subsistemas de administración y producción respectivamente. Ambos subsistemas desempeñan funciones caracterizadas por la teoría cibernética. Los sistemas de administración tienen la responsabilidad de planear las metas del sistema de trabajo: un diseño, un producto, un servicio, etc. Donde el conjunto de relaciones ℜ S1(X) entre ambos subsistemas permiten establecer el control de las acciones desempeñadas por los subsistemas de administración y producción, por ejemplo 0 ℜ 1, y las acciones en el sentido inverso 0 ℜ 2. El resto de las relaciones elementales 0 ℜ 3, 0 ℜ 4, 0 ℜ 5, 0 ℜ 6, permiten establecer las acciones desempeñadas por ambos subsistemas respecto del ambiente W(X) y de este respecto del sistema.
25
Mundo (Referencial) W(X)
SII(X) = Organización 0
ℜ3
0
ℜ4
S II(X1) = Subsistema de Administración
ℜ2
S G ( X 1.1) = PE.1.1 ℜ3
ℜ4 SG (SSC )
ℜ5 ℜ6
S G (SSI)
ℜ9
ℜ7 0
ℜ8
ℜ1
ℜ11
SG (SSO )
ℜ10
ℜ2
0
ℜ1
SII(X2) = Subsistema de Producción
ℜ2 0
ℜ5
0
ℜ6
ℜ3
ℜ4 SG (SSC)
ℜ5 ℜ6
S G (SSI )
ℜ7
Figura 2.6
S G ( X 2.1) = PE.2.1
ℜ8 ℜ9
ℜ1 SG (SSO )
ℜ11 ℜ10
Diagrama de la organización de negocios utilizando los procesos empresariales como subsistemas
En la figura anterior se muestra que tanto el subsistema de administración como el de producción tienen a su vez al menos otro subsistema. Por ejemplo el subsistema de administración SII(X1), contiene el sistema general SG(X1.1). Entonces puede establecerse, que una organización de negocios está organizada sobre un conjunto de procesos empresariales, los cuales operan tanto en el dominio de la administración como en el dominio de la producción.
FORMALIZACIÓN DEL CONCEPTO DE SISTEMA DE INFORMACIÓN Definición I-1-A. Un sistema de información SI es un sistema general expresado como SG(SI), el cual cumple con la condiciones de: (i) ser parte de un sistema de procesos empresariales SII(PE) y corresponder al Subsistema de Información SSI(PE), (ii) poseer cuatro subsistemas de tipo general: • SG(Tecnología) SG(T) • SG(Procedimientos) SG(P) • SG(Trabajadores de la información) SG(TI) • SG(Recursos de Información) SG(RI) Con al menos el siguiente conjunto de relaciones: ℜ SI(IS) = {I ℜ 1, I ℜ 2, …, I ℜ 10} , donde: I ℜ 1 = ℜ (SG(P), α-procedimientos, SG(TI)), I ℜ 2 = ℜ (SG(T), α-aplicaciones, SG(TI)), I ℜ 3 = ℜ (SG(TI) α-usuarios-acciones, SG(T)), I ℜ 4 = ℜ (SG(TI), α-información, SG(SSC)), 26
ℜ 5 = ℜ (SG(T), α-soporte, SSO(PE)), I ℜ 5a = ℜ (SG(SCC), α- información, SG(TI)), I ℜ 6 = ℜ (SG(T), α-T-salidas, W(SI)), I ℜ 7 = ℜ (W(SI), α-T-entradas, SG(T)), I ℜ 8 = ℜ (SG(SSO), α-datos, SG(T)), I ℜ 9 = ℜ (SG(T)), α-acceso, SG(RI)) y I ℜ 10 = ℜ (SG(RI), α-info-enviada, SG(T)). I
Debido a que un SI es considerado un sistema general que puede ser conceptualizado como sistema-II, debe notarse que (iii) la condición de la definición general de sistema se cumple. El Sistema de Información SI debe observarse como parte del sistema que abarca todos los Procesos Empresariales, y viene a ser el suprasistema SS(SI). Por lo que, las relaciones elementales son expresadas como B ℜ 1, B ℜ 2, …, B ℜ 11, las cuales provienen de las acciones de salida. Las metas del sistema SI pueden ser definidas con la definición de sistema-I, a través de sus atributos. Mundo (Referencial) SII(EP) = Procesos Empresariales = SS(SI)
W(PE)
B
ó
ℜ2 SG (SSC)
ESG(SI) B
ℜ3 B
B
ℜ5
ℜ4
SG (Sistemas de Información) = SSI(PE) 1 1 B ℜ6
1
ℜ 5a
ℜ2
ℜ6
1
ℜ3
1 1
S G(T) 1ℜ7 1 B ℜ7
B
ℜ10
B
ℜ4
ℜ1 SG (P)
SG(RI) 1
ℜ8
1
ℜ10
ℜ9 ℜ5
ℜ8
B
ℜ9
B
ℜ1
SG (SSO)
B
Figura 2.7
1
SG (TI)
ℜ9
Diagrama de un sistema de información, suprasistema y ambiente
FORMALIZACIÓN DE LOS SISTEMAS DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y SISTEMAS DE RED Definición T-1-A. Un sistema de tecnologías de la información es un sistema general denominado SG(T), el cual cumple con la condiciones de: (i) ser parte de un sistema de Información SII(SI) (ii) poseer dos subsistemas de tipo general: • SG(Servidores-Aplicaciones-Clientes) = SG(SAC),
27
• SG(Sistemas-Red) SG(SR), Este sistema fue estructurado al integrar el modelo de Canno con el sistema funcional de sistema de información de McCabe. McCabe, James D. (2003) El sistema de tecnologías de la información posee al menos las siguientes relaciones:
ℜ SII(T) = {II ℜ 1, II ℜ 2, …, II ℜ 10} , donde: II ℜ 1 = ℜ (SG(S), α-recursos-red-servidores-clientes, SG(SAC)), II ℜ 2 = ℜ (SG(SAC), α-aplicaciones, SG(TI)), II ℜ 3 = ℜ (SG(TI) α-usuarios-acciones, SG(SAC)), II ℜ 4 = ℜ (SG(SAC), α-servidores-clientes-recursos-red, SG(S)), II ℜ 5 = ℜ (SG(SAC), α-soporte, SSO(PE)), II ℜ 6 = ℜ (SG(S), α-T-salidas, W(SI)), II ℜ 7 = ℜ (W(SI), α-T-entradas, SG(S)), II ℜ 8 = ℜ (SG(SSO), α-datos, SG(SAC)), II ℜ 9 = ℜ (SG(S)), α-acceso, SG(RI)) y II ℜ 10 = ℜ (SG(RI), α-información-enviada, SG(S)), Debido a que un SG(T) es considerado un sistema general que puede ser conceptualizado como sistema-II, debemos notar que (iii) la condición de la definición general de sistema se cumple. Definición R-1-A. Un sistema de red SR es un sistema general denominado: SG(SR), el cual cumple con la condiciones de: (i) ser parte de un sistema de Información SII(T) y corresponde al Subsistema de Red SSR(T), (ii) poseer cinco subsistemas de tipo general: • SG(Direccionamiento y Enrutamiento) SG(DE), • SG(Desempeño) SG(D), • SG(Administración de Red) SG(AR), • SG(Seguridad) SG(S) y • SG(Infraestructura de Soporte) SG(IS) Este sistema fue estructurado al integrar el modelo de Canno con el sistema funcional de sistemas de red de McCabe. McCabe, James D. (2003) El sistema de red posee al menos las siguientes relaciones:
ℜ SIII(SR) = {III ℜ 1, III ℜ 2, …, III ℜ 24} , donde: III ℜ 1 = ℜ (SG(S), α-recursos-red-servidores-clientes, SG(SAC)), III ℜ 2 = ℜ (SG(D) α-control-envolvente-operativa-acciones, SG(IS)), III ℜ 3 = ℜ (SG(AR), α-monitoreo-mantenimiento-infraestructura-soporte, SG(IS)), III ℜ 4 = ℜ (SG(SAC), α-servidores-clientes-recursos-red, SG(S)), III ℜ 5 = ℜ (SG(D), α- desempeño-gestión-electrónica, SG(AR)), III ℜ 6 = ℜ (SG(S), α-T-salidas, W(SI)), III ℜ 7 = ℜ (W(SI), α-T-entradas, SG(S)), III ℜ 8 = ℜ (SG(AR), α-administración-desempeño, SG(D)), III ℜ 9 = ℜ (SG(S)), α-acceso, SG(RI)) y III ℜ 10 = ℜ (SG(RI), α-informacion-enviada, SG(S)), III ℜ 11 = ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(D)),
28
ℜ 12 = III ℜ 13 = III ℜ 14 = III ℜ 15 = III ℜ 16 = III ℜ 17 = III ℜ 18 = III ℜ 19 = III ℜ 20 = III ℜ 21 = III ℜ 22 = III ℜ 23 = III ℜ 24 = III
ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(S)), ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(ED)), ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(AR)), ℜ (SG(D), α-desempeño-seguridad, SG(S)), ℜ (SG(S), α-seguridad-desempeño, SG(D)), ℜ (SG(DE), α-direccionamiento-enrutamiento-desempeño, SG(D)), ℜ (SG(D), α-desempeño-direccionamiento-enrutamiento, SG(DE)), ℜ (SG(DE), α-direccionamiento-enrutamiento-seguridad, SG(S)), ℜ (SG(S), α-seguridad-direccionamiento-enrutamiento, SG(DE)), ℜ (SG(DE), α-direccionamiento-enrutamiento-administración, SG(AR)), ℜ (SG(AR), α-administración-direccionamiento-enrutamiento, SG(DE)), ℜ (SG(S), α-seguridad-administración, SG(AR)), ℜ (SG(AR), α-administración-seguridad, SG(S)),
Debido a que un SR es considerado un sistema general que puede ser conceptualizado como sistema-II, bebe notarse que (iii) la condición de la definición general de sistema se cumple. La siguiente figura representa el sistema de red dentro de: i) el suprasistema Empresarial SII(SE) = SS(SI) relacionado con su ambiente o sistema envolvente W(PE) = SEG(SI) (que incluye a la organización de negocios y el mundo), ii) el suprasistema de información SII(SI) = SS(T) y iii) el suprasistema de tecnologías de la información SII(T) = SS(SR) que finalmente contiene los subsistemas de red y de Servidores, Aplicaciones y Clientes. Por otro lado, también son mostrados los subsistemas del sistema general de red SG(R) = SSR(SI).
29
Mundo (Referencial) SII(SE) = Sistemas Empresariales = SS(SI) W(PE)
SII(SI) = Sistemas de Información = SS(T)
ó
I
I
ℜ1
ℜ1
SG(P)
ES G(SE) B
ℜ3
B
ℜ2
B
B
B
B
ℜ10
B
ℜ 11
ℜ4
I
ℜ4
I
ℜ5a
SG (TI)
S G (SSC ) ℜ5
ℜ1 B ℜ9
ℜ8
I
ℜ2
I
ℜ3
II
ℜ2
II
ℜ3
ℜ1
II
ℜ4
ℜ1
III
ℜ4
II ℜ 5
I ℜ5
S G (SSO) B
I
ℜ8
II
SG (SAC)
ℜ8
II
III
I
ℜ7 I
ℜ6
III II
III
ℜ6 III
B
ℜ7
B
II
ℜ7
ℜ10
ℜ10
SG(S)
ℜ6
III
ℜ 15
III
ℜ16
III
SG (D) III
ℜ8
SG(SR) = Sistemas de Red= SSR (SI )
ℜ7
ℜ7
II
S II (T) = Tecnologías = SS(SR)
III
III
ℜ17
III
ℜ2
ℜ19
III
ℜ 20
III
ℜ11 III
ℜ12
III
ℜ13
ℜ24 III
ℜ21 III
III
III
ℜ 23
III
SG (DE)
ℜ18
III
ℜ5
III
SG(AR)
ℜ 22
ℜ9
II
ℜ9
ℜ14 III
ℜ3
SG(IS)
B ℜ6 B
ℜ6
I
Figura 2.8
ℜ10
SG (RI)
I
ℜ9
Diagrama del sistema de red
El modelo anterior muestra la línea de causalidad utilizando las relaciones generales de una red respecto de los sistemas que le circundan. De esta manera, se encadenan un conjunto de relaciones hasta llegar a una relación de dependencia del sistema de red SG(SR) con su subsistema de Infraestructura de soporte. Donde dicho subsistema de infraestructura cumple la función de permitir la transferencia de señales digitales y la de la alimentación de los sistemas de red.
RELACIONES DIRECTAS DEL SISTEMA DE INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE HACIA LA RED Las siguientes relaciones muestran la dependencia directa de la red respecto de la infraestructura de soporte: ℜ S2α(IS) = {III ℜ 2, III ℜ 3, III ℜ 11, III ℜ 12 , III ℜ 13, III ℜ 14} III ℜ 2 = ℜ (SG(D) α-control-envolvente-operativa-acciones, SG(IS)), III ℜ 3 = ℜ (SG(AR), α-monitoreo-mantenimiento-infraestructura-soporte, SG(IS)), III ℜ 11 = ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(D)), III ℜ 12 = ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(S)), III ℜ 13 = ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(ED)), y III ℜ 14 = ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(AR)).
30
La siguiente figura muestra estas relaciones directas de la red hacia la infraestructura de soporte. Mundo (Referencial) SII(SE) = Sistemas Empresariales = SS(SI) W(PE)
SII(SI) = Sistemas de Información = SS(T)
ó
I
I
ℜ1
ℜ1
SG(P)
ES G(SE) B
ℜ3
B
ℜ2
B
ℜ4
I
ℜ4
I
ℜ5a
SG (TI)
S G(SSC ) B
B
B
ℜ10
B
ℜ11
ℜ5
ℜ1 B ℜ9
I ℜ5
II
S G(SSO) B
ℜ8
I
ℜ8
II
I
ℜ2
I
ℜ3
II
ℜ2
II
ℜ3
ℜ1
II
ℜ4
III ℜ 1
III
ℜ4
ℜ5
SG (SAC)
ℜ8
II
I
ℜ7 I
ℜ6
ℜ7
II
III
ℜ6 III
B
ℜ7
B
II
ℜ7
ℜ10
ℜ10
SG(S)
ℜ6
III
ℜ 15
III
SG (D) ℜ8
III
III
B
III
ℜ 19
III
ℜ 20
III
ℜ 23
III
ℜ21
SG (DE)
ℜ18
ℜ11
III
ℜ12
III
ℜ13
III
III
III
ℜ24 III
SG(AR)
ℜ 22
ℜ9
II
ℜ9
ℜ14
ℜ2
III
ℜ3
SG (IS)
ℜ6
I
Figura 2.9
ℜ17
III
ℜ5 III
B ℜ6
ℜ16
III
III
SG (SR) = Sistemas de Red= SSR (SI)
ℜ7
III II
S II (T) = Tecnologías = SS(SR)
ℜ10
SG (RI)
I
ℜ9
Diagrama de relaciones directas de la infraestructura de soporte IS hacia el backbone
Al analizar el esquema anterior es posible establecer que existe un área potencial de vulnerabilidad en los subsistemas de infraestructura de soporte de red. Está área vulnerable aparece si las relaciones de dependencia (líneas en rojo) como canales de flujo sufren alguna degradación o rezago en su naturaleza de control y comunicación. Donde, esta degradación será dependiente de las tolerancias de diseño.
RELACIONES INDIRECTAS DEL SISTEMA DE INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE HACIA LOS PROCESOS EMPRESARIALES También es posible darse cuenta que existe una relación de dependencia jerárquica-funcional18 entre el suprasistema Organización de Negocios SII(O) hacia sus subsistemas empresariales SS(SI), hacia el subsistema de Información SSI(SE), hacia el subsistema de tecnologías de la información SST(SI), y hacia el subsistema de red SSR(T). Lo anterior deriva en el surgimiento de relaciones indirectas de la red hacia el suprasistema de procesos empresariales: 18 Vea McCabe, James D. (2003) t. 5.4.
31
ℜ S1β(IS) = {I ℜ 2, I ℜ 3, I ℜ 5, I ℜ 6 , I ℜ 7, I ℜ 8, I ℜ 9, I ℜ 10} I ℜ 2 = ℜ (SG(T), α-aplicaciones, SG(TI)), I ℜ 3 = ℜ (SG(TI) α-usuarios-acciones, SG(T)), I ℜ 5 = ℜ (SG(T), α-soporte, SSO(PE)), I ℜ 6 = ℜ (SG(T), α-T-salidas, W(SI)), I ℜ 7 = ℜ (W(SI), α-T-entradas, SG(T)), I ℜ 8 = ℜ (SG(SSO), α-datos, SG(T)), I ℜ 9 = ℜ (SG(T)), α-acceso, SG(RI)) y I ℜ 10 = ℜ (SG(RI), α-info-enviada, SG(T)). En el diagrama siguiente, es posible observar las relaciones indirectas del sistema de red de hacia los procesos empresariales y por consecuencia establecer una dependencia indirecta de dichos procesos empresariales sobre la infraestructura de soporte. Mundo (Referencial) SII(SE) = Sistemas Empresariales = SS(SI) W(PE)
SII(SI) = Sistemas de Información = SS(T)
ó
I
I
ℜ1
ℜ1
SG(P)
ES G(SE) B
I
ℜ4
ℜ5
I
ℜ 5a
SG (TI)
S G (SSC )
B ℜ2
B
B
B
ℜ4
B
ℜ3
ℜ1 B
ℜ 10
ℜ9
I
ℜ5
II
S G (SSO)
B ℜ 11
B
ℜ8
I
ℜ8
II
I
ℜ2
I
ℜ3
II
ℜ2
II
ℜ3
ℜ1
II
ℜ4
ℜ1
III
ℜ4
ℜ5
SG (SAC)
ℜ8
II
III
I
ℜ7 I
ℜ6
II ℜ 7
III
ℜ6 III
B
ℜ7
B
ℜ7
II
ℜ10
ℜ10
SG(S)
ℜ6
III
ℜ15
III
ℜ8
III
III
ℜ17
ℜ2
III
ℜ19
III
ℜ 20
III
III
SG (DE)
ℜ18
III
ℜ5 III
ℜ11 III
ℜ12
III
ℜ13
ℜ24 III
ℜ 21 III
III
III
ℜ23
SG(AR)
ℜ22
ℜ9
II
ℜ9
ℜ14 III
ℜ3
SG(IS)
ℜ6 B
ℜ6
I
Figura 2.10
ℜ16
III
SG (D) III
B
SG (SR) = Sistemas de Red= SSR (SI)
III ℜ 7
II
S II (T) = Tecnologías = SS(SR)
ℜ10
SG (RI)
I
ℜ9
Relaciones indirectas de la red hacia el suprasistema de procesos empresariales
32
CONCLUSIÓN Este capítulo validó la hipótesis y su solución en forma holística, ya que establece que los objetivos de corto y largo plazos de la misma también pueden traducirse en viabilidad comercial y tecnológica, lo cual se justifica gracias a la existencia de las relaciones directas e indirectas del la infraestructura de soporte hacia el backbone por un lado y hacia los procesos empresariales por el otro. Donde el análisis causal de los sistemas de red dio como resultado una arquitectura de referencia, la cual está conformada por cinco subsistemas funcionales de red propuestos por McCabe y que fueron insertados en los modelos de Cano-Checkland. Así, del desarrollo de las relaciones de interdependencia funcional de los sistemas de red se establece que: 1. La infraestructura de soporte del backbone de una red está estructurada sobre una cadena de relaciones de interdependencia externas e internas. Cuando dichas relaciones de interdependencia sufren alguna degradación en su naturaleza de control y comunicación, los eslabones se debilitan, y se pone en riesgo la integridad de los servicios del backbone. 2. El correcto desempeño del todo no depende solo del correcto desempeño de las partes por separado, si no de la armonía de la interdependencia de estas. La optimización del desempeño de las partes no conduce a una optimización del desempeño del todo. 3. Cuando la corrección de la infraestructura de soporte es holística, entonces ésta permitirá resultados mensurables y exitosos en términos presupuestales, productivos y de certidumbre. Por el contrario, una solución parcial mantendrá en el atraso la tolerancia de los sistemas, pues nunca liberará la potencia de la complejidad en armonía. Las anteriores son razones suficientes para concluir que la ruta de causalidad expuesta en este análisis confiere certeza teórica y previsibilidad pragmáticas al producto solución de la hipótesis.
33
REFERENCIAS Cano J. Jeimy (2003). Critical Reflections on information Systems: A Systemic Approach. USA: Idea Group Publishing. Checkland, Peter (1999). Systems Thinking, Systems Practice. United Kingdom: John Wiley & Sons. McCabe, James D. (2003). Network Analysis, Architecture & Design, Second Edition. Morgan Kaufmann Publishers. Pasricha, Harpreet y Jagu, Dattakiran (2004). Designing Networks with Cisco. Hingham, Massachusetts: Hingham, Massachusetts.
34
CAPÍTULO 3
LA ARQUITECTURA DE REFERENCIA
Este capítulo 19 desarrolla la arquitectura de referencia, la cual será la principal herramienta de corrección de tolerancias. De esta manera, se buscará traducir armoniosamente los sistemas funcionales de red y sus relaciones de interdependencia interna y externa en entidades tecnológicoarquitectónicas con jerarquías espaciales y de flujo. La arquitectura de referencia es un esquema que va de lo más general a lo más particular. Éste puede ser trasladado a todos los sistemas tecnológicos de red. El mismo esquema que sirve para observar a la red como suprasistema será empleado para la definición de la envolvente operativa de la infraestructura de soporte. Los subsistemas funcionales evitan perder de vista las funciones más fundamentales que una red debe cumplir, mientras que los subsistemas tecnológicos20 son los medios de hardware y software que definen las tecnologías para la operación de dichas funciones. Y por último, los criterios arquitectónicos para el diseño de red permiten estructurar todos los mecanismos en la forma más óptima. Al final del capítulo se desarrolla una arquitectura de referencia basada en las funciones, tecnologías y criterios citados por McCabe, Pasricha-Jagu. Entonces se muestra que el backbone tiene una prioridad central en el corazón de la red y que debe ser una referencia de disponibilidad. En el contexto del análisis del backbone reaparecen las relaciones directas e indirectas de la infraestructura soporte (mostradas en el capítulo dos) hacia el mismo y hacia los procesos empresariales. Esto permite enmarcar el papel de la infraestructura de soporte como la base de disponibilidad para el backbone y por ende para la red entera.
PREMISAS Los conceptos de la teoría general de sistemas de Cano y Checkland fueron empleados en el capítulo anterior para analizar los sistemas involucrados en las redes corporativas. El análisis del modelo sistémico de Canno permitió establecer una cadena de relaciones de interdependencia que comienza internamente con los sistemas de red21, prosigue hacia el exterior con los subsistemas tecnológicos informáticos y finaliza con los sistemas empresariales y la organización de negocios (de las tecnologías a los usuarios). En este sentido, las propiedades de “sistema-II” fueron utilizadas para subrayar dichas relaciones de interdependencia sobre los subsistemas involucrados. Ahora, será estructurado el análisis de una red corporativa con las definiciones de arquitectura de McCabe, Pasricha-Jagu y con la construcción de una arquitectura específica para enmarcar el papel de la infraestructura de soporte para el backbone de red. La arquitectura de referencia será construida sobre la base de los componentes funcionales del sistema de red y subsistemas tecnológicos serán relacionados con criterios arquitectónicos de diseño para topologías, para el flujo de tráfico y criterios que toman en cuenta el usuario final. El enfoque estará orientado hacia las funciones de los subsistemas y hacia los principios de diseño propio de la red. De esta manera, los sistemas de de red y sus relaciones de interdependencia interna y externa serán mostrados como entidades tecnológico arquitectónicas con relaciones espaciales y de flujo, y como entidades lógico funcionales.
19
inaugura propiamente la búsqueda del procedimiento práctico para la corrección de tolerancias de la infraestructura de soporte del backbone 20 Cabe mencionar que los subsistemas tecnológicos serán subdivididos en mecanismos y componentes. 21 En este punto empleamos la definición funcional general de los componentes de la arquitectura de las redes y los sistemas informáticos de McCabe: Desempeño, Direccionamiento-Enrutamiento, Administración, Seguridad, Otros.
35
La arquitectura Las siguientes ideas, alrededor del concepto de arquitectura están basadas en el texto de Norris, Davis-Pengelly editado en el año 2000 “Component-Based Network System Engineering”: “El concepto de arquitectura de software ha estado con nosotros muchos años, pueden encontrarse referencia antes de los 80’s. Mucho del trabajo en arquitecturas ha sido realizado en el mundo académico y a pesar de su predominancia en el mercado militar, el uso formal del término arquitectura ha encontrado aceptación en toda la industria. Sin embargo, el interés por arquitecturas de gran escala ha sido sustituido por el interés del desarrollo de los componentes. En este sentido, ha existido una tendencia a nombrar “DCOM” y “CORBA” a las arquitecturas y asociar el término con estas estructuras de software. Sin embargo, la misma gente que desarrolla los detalles de los componentes de esas arquitecturas es la misma gente que se pregunta si es posible considerar el término de arquitectura como algo conceptual de un nivel mayor (tal vez lógico): la representación de cómo los sistemas de software son integrados... Una vez más, no estamos planteando un debate acerca de la naturaleza de las arquitecturas lo cual sería de gran valor. En este momento es más importante identificar algunas características clave. Nuestra definición de trabajo puede componerse de la siguiente manera: una arquitectura es un conjunto de criterios dentro de un contexto específico que muestra como los elementos de un todo pueden ser ordenados para formar un sistema funcional. Donde el término sistema tiene el sentido amplio del termino: “un todo complejo; un conjunto de objetos o partes conectadas; un conjunto de dispositivos que funcionan en conjunto” y más allá del sentido limitado utilizado por la ingeniería de software. Las características de una arquitectura que consideramos importantes incluyen las siguientes: 1. Una arquitectura describe la interrelación funcional entre los componentes, lo que implica que un conjunto de componentes no puede trabajar integrado a menos que la arquitectura exista. Este es un punto clave que se pierde de vista en un enfoque basado solo en los componentes (vea el punto tres de las conclusiones del capítulo anterior). 2. Una arquitectura describe, en detalle las interfaces entre componentes, el desempeño, sus restricciones y limites. 3. No existe una arquitectura única para un sistema si no un conjunto de ellas tomando diferentes puntos de vista (ej. Eléctrica, mecánica, funcional, implementación, etc.). Existen una gran variedad de ellas. No existe posibilidad de completar todas las posibles arquitecturas de un sistema. 4. Una arquitectura muestra como son estructurados entre si el conjunto de sus elementos. 5. Una arquitectura no es una visión parcial de alto nivel, si no más bien una abstracción suficientemente detallada para proveer flexibilidad sin ambigüedad. Cada tipo diferente de arquitecturas puede ser muy detallada. 6. Una arquitectura no es una descripción completa de una implementación específica pues esto sería el diseño. 7. Las arquitecturas variaran en tamaño y forma dependiendo del proyecto, organización, y propósito por los cuales fueron definidas. Esencialmente una arquitectura es un conjunto de patrones de diseño que muestran como las cosas pueden organizarse para construir una variedad de sistemas. Un diseño, por otro lado, es un conjunto completo de planes mostrando exactamente como un sistema particular será manufacturado (implementado). El diseño es un conjunto de información necesaria y suficiente para asegurar que los elementos del sistema serán organizados correctamente bajo las especificaciones.” En las secciones subsiguientes de este capítulo, el concepto de arquitecturas será empleado con el sentido expuesto por Norris, Davis-Pengelly. Por lo que se supondrá que una arquitectura proviene de un enfoque descendente en generalidad. La arquitectura para las redes estará definida en términos de un conjunto de subsistemas funcionales, de un conjunto de subsistemas tecnológicos formados por mecanismos y de un conjunto de criterios arquitectónicos para el diseño.
36
En las referencias para la arquitectura de red citadas en este capítulo se pasa de los subsistemas funcionales o simplemente funciones a mecanismos tecnológicos. Para el desarrollo de la arquitectura de referencia de esta tesis se añadirá el concepto de subsistemas tecnológicos. Este concepto es intermedio entre los sistemas funcionales y los mecanismos tecnológicos. Esto último facilitará la conceptualización de la envolvente operativa de la infraestructura de soporte propia de la solución de la tesis.
SUBSISTEMAS FUNCIONALES DE RED En el capítulo dos aparecen cinco subsistemas funcionales de red, los cuales McCabe utiliza como componentes arquitectónicos para desarrollar lo que él llama arquitectura de referencia: • • • • •
Direccionamiento y Enrutamiento Desempeño Administración de red Seguridad Otros22 (infraestructura de soporte)
Cada uno de estos subsistemas contiene relaciones internas y externas con otros subsistemas. En el siguiente punto serán mostrados los constituyentes de estos subsistemas o lo que McCabe llama “mecanismos componentes”.
Direccionamiento y enrutamiento El direccionamiento cumple la función de identificación jerárquica (jerarquía: propiedad unitaria de los sistemas complejos) de dispositivos físicos o lógicos que pueden estar inmersos en la estructura de un protocolo de procesamiento lógico-digital de comunicaciones (tales como: la capa de enlace o la capa de red del protocolo IP, ATM, ARP, etc.). El componente de direccionamiento-enrutamiento muestra como el flujo de información del usuario y el flujo de la administración de tráfico son enviados a través de la red y como es soportada la jerarquía, separación y agrupamiento de dispositivos y usuarios. Este componente determina así, el grado de jerarquía lógica, interconectividad y la subdivisión de áreas de red.
Administración de red El componente de administración de red provee funciones de control, (control-comunicación: propiedad plural o de conjunto de los sistemas complejos) planeación, desarrollo, coordinación, y monitoreo de recursos de red. La administración de red es parte de casi todos los dispositivos de ella. Éste componente determina como y cuando es necesario aplicar un mecanismo de administración en la red.
Desempeño El componente de desempeño (asociado al propósito: propiedad unitaria de los sistemas complejos) consiste en el conjunto de mecanismos usados para configurar, operar, administrar, proveer y contabilizar los recursos de red y que además permitan establecer ligas de desempeño para usuarios, aplicaciones, y dispositivos. Esto incluye la capacidad de planeación e ingeniería de tráfico, así como mecanismos de servicio. Los principios de desempeño también pueden ser aplicados a cualquier protocolo de procesamiento lógico-digital de comunicaciones. En esta tesis se emplearán procedimientos de análisis desempeño para los sistemas de infraestructura de soporte. Es importante resaltar que la línea base de operación de los mecanismos tecnológicos que conforman la infraestructura de soporte será expresada como un conjunto detallado de índices de confiabilidad para el desempeño. Por esta razón la línea base de operación se separará de la propia arquitectura de referencia. Al final del capítulo se observará como la arquitectura de 22 Por conveniencia, en esta tesis el componente funcional descrito por McCabe como Otros lo especificamos como sistemas de Infraestructura de Soporte.
37
referencia y la línea base de operación conformaran “la envolvente operativa” para la infraestructura de soporte.
Seguridad Este componente es un requerimiento que garantiza la confidencialidad, integridad, y disponibilidad, (completez: propiedad unitaria de los sistemas complejos) para la información de usuarios, aplicaciones y dispositivos. Éste normalmente está asociado a la privacidad, el cual es un requerimiento para proteger la actividad de usuarios, aplicaciones, dispositivos e información de red. El componente de seguridad permite describir como deben ser protegidos los recursos de la red en contra de robo, daño, negación de servicio, ó accesos no autorizados.
Infraestructura de Soporte McCabe no incluye los sistemas de infraestructura de soporte en la definición de los subsistemas funcionales de la arquitectura de red, en cambio establece el hecho de que existen otros subsistemas “others”, aparte de los definidos arriba. Estos otros subsistemas pueden afectar en mayor o menor medida el soporte y crecimiento (emergencia: propiedad unitaria de los sistemas complejos) de la arquitectura de la red, dependiendo del contexto y de los modelos elegidos en su diseño.
Equivalencia los subsistemas funcionales de la arquitectura de referencia de McCabe respecto de las propiedades complejas de los sistemas Aun que la relación de la siguiente tabla es arbitraria, ésta establece una equivalencia nemotécnica para relacionar los sistemas funcionales más básicos de una red de datos con las propiedades unitarias y plurales de un sistema complejo de Cano-Checkland la cuales fueron citadas en el capítulo dos. Cuando se relacionan los sistemas funcionales con las propiedades complejas no parece descabellado encontrar correspondencia entre cada par de conceptos: columnas de la izquierda. Sistema funcional
Propiedades complejas de los sistemas
Propiedad Unitaria
Propiedad Plural
Seguridad Desempeño Direccionamiento enrutamiento Administración Infraestructura de soporte
Completez Propósito Jerarquía Control-comunicación Emergencia
SI SI SI SI
SI -
Tabla 3.1
Sistemas funcionales y propiedades de complejidad
Generaciones de redes Cabe mencionar que estaos funcionales de red han surgido a lo largo de la evolución tecnológica de las subsecuentes generaciones de redes:
Figura 3.1
Generaciones de redes: McCabe, James D. (2003) t. 1.4.2.
MECANISMOS TECNOLÓGICOS Las funciones generales de la arquitectura de red son resueltas a través de mecanismos tecnológicos que han evolucionado en el tiempo. Como se ve en la figura anterior, las redes empezaron
38
permitiendo la conectividad básica entre terminales lo que dio como resultado la liberación de servicios electrónicos emergentes. Después dichas redes se convirtieron en herramientas altamente administrables. Las tecnologías, la velocidad y cobertura de las redes han cambiado interrelacionándose con el paso del tiempo. McCabe relaciona las funciones de red con los mecanismos tecnológicos que conforman la arquitectura de red: Función
Descripción de capacidad
Mecanismos empleados
Direccionamiento/Enrutamiento
Permite la robusta entre dispositivos
Administración de Red
Permite el monitoreo, configuración, y búsqueda de fallas para la red
Desempeño
Provee recursos de red para soportar los requerimientos de capacidad, retrazo y RMA
Seguridad
Restringir accesos no autorizados, utilización de recursos, y la visibilidad dentro de la red para reducir las amenazas y efectos de ataques.
Direccionamiento: direcciones lógicas numéricas Enrutamiento: enrutadores, switches, protocolos de enrutamiento, procedimientos para manipular flujos de enrutamiento Protocolos de administración de red Dispositivos de administración de red Procedimientos de administración de red Calidad de servicio (Quality of Service: QoS). Acuerdos de Nivel de Servicio (Service Level Agreements Policies: SLAs) Firewalls Procedimientos y políticas de seguridad Filtros y listas de control de acceso
Tabla 3.2
conectividad
Subsistemas funcionales, capacidad y mecanismos tecnológicos
Mecanismos tecnológicos del subsistema de direccionamiento-enrutamiento La siguiente es una lista de algunos esquemas y tecnologías que se utilizan en las redes de datos para cumplir con las funciones de direccionamiento y enrutamiento de paquetes de información. • El direccionamiento debe incluir esquemas para la definición de subredes con longitud variable o “subnetting”, o “variable-length-subnetting”, o “supernetting”, o direccionamiento dinámico, o redes virtuales (VLAN’s), o IPV4 e IPV6, • El enrutamiento debe incluir o conmutación y enrutamiento de paquetes, o propagación de rutas por defecto, o políticas de enrutamiento, o protocolos de puerta a Internet (Internet Gateway Protocols: IGP) y protocolos de puerta externa (External Gateway Protocols: EGP). o Dependiendo del modelo de direccionamiento y enrutamiento utilizado, los mecanismos pueden variar. Por ejemplo, un proveedor de servicios de red puede enfocarse en los mecanismos de super-redes CIDR, transmisión a múltiples grupos “multicast”, tolerancia a fallos y balanceo de cargas “peering”, políticas de enrutamiento. Mientras que una empresa grande o mediana puede enfocarse en direccionamiento privado de clase completa “classful”, NAT, VLANs, switching, y la selección de protocolos de enrutamiento interno IGP. • El direccionamiento IP para clases completas “calssfull” es aplicado para mascaras de longitud predeterminada con la finalidad de soportar un rango específico de direcciones de red estandarizadas, mientras que el esquema de mascaras discrecionales “subnetting” usa parte del espacio de direcciones “host” para establecer redes adicionales. • CIDR es tipo de enrutamiento basado en mascaras de direcciones discrecionales “classless”.
39
• • •
•
• • • • •
Las súper redes “supernetting” son desarrolladas incrementando las direcciones de red, cambiando las mascaras de dirección al disminuir el número de bits utilizados para la el espacio de red. El direccionamiento dinámico permite la asignación de direcciones por demanda (DHCP). Las redes locales virtuales (VLANs) son entidades lógicas para agrupar usuarios de red con protocolos de acceso al medio. Estas VLANs pueden ser modificadas en forma discrecional incrementando o disminuyendo el número de puertos lógicos y físicos para usuarios. Una VLAN tiene la capacidad de alojar una dirección IP que la distinga de otras VLANs en redes contiguas. NAT permite el mapeo de direcciones IP desde un rango “X” a otro rango “Y” de direcciones. Este protocolo permite rehusar rangos de direcciones privadas utilizadas constantemente por defecto en diferentes ambientes. NAT asocia a un rango de direcciones un alias de borde para que este rango pueda ser reconocido en Internet unívocamente. Para el reenvió de paquetes “forwarding” el “switching” y el “routing” son mecanismos que se emplean comunmente. La propagación de rutas por defecto es una técnica para informar a la red de la ruta por defecto ó ruta de última resolución. El “multicast” permite enviar paquetes a grupos de destinos específicos. El filtrado de rutas es una técnica para aplicar filtros y esconder redes del resto de un sistema autónomo, añadir, borrar, o modificar trayectorias en una tabla de enrutamiento, esto permite simplificar la administración de direcciones. El “peering” es un arreglo entre redes o sistemas autónomos pares “peers” para transferir tráfico en forma mutua por la definición de políticas de enrutamiento, las cuales son reglas de alto nivel acerca de relaciones entre redes o sistemas autónomos “IGP” y “EGP”.
Mecanismos tecnológicos del subsistema de administración de red Los mecanismos de administración de red incluyen la colección, procesamiento, desplegado y almacenamiento de datos, monitoreo del estado de sistema, evaluación basada en instrumentación así como configuración de dispositivos y servicios. Los mecanismos de administración de red incluyen: • Monitoreo de elementos y componentes de red. • Instrumentación: mientras que el monitoreo obtiene valores de puntos finales “end-to-end”, por enlace o por elemento de red, la instrumentación permite evaluar una trayectoria completa a través de herramientas y utilerías especializadas. • Configuración, ésta define parámetros en un dispositivo de red para preestablecer su operación y una línea lógica de control hacia el mismo. • FCAPS es el conjunto de elementos de administración, el cual incluye: fallas “Fault”, configuraciones “Configuration”, contabilidad “Accounting”, desempeño “Performance” y seguridad “Security”. • Administración dentro y fuera de banda “In-band, out-band”. Este concepto se refiere a la gestión lógica de elementos de red a través del mismo o diferente canal de comunicación que es utilizado para la transferencia de tráfico efectivo. • Administración centralizada y distribuida. La administración centralizada se refiere a que el sistema de administración se encuentra en una única plataforma de hardware, mientras que la administración distribuida se encuentra diseminada en distintas plataformas. • La administración del tráfico de gestión permite establecer correctamente los recursos que serán asignados a las tareas de gestión sin reducir el troughput para el tráfico efectivo de aplicaciones. • La verificación y balanceo son mecanismos múltiples para revisar que los datos de monitoreo estén íntegros y sean confiables. • Selección “Management Information Base” (MIB). Los MIBs son pequeñas rutinas de software que permiten representar los índices de desempeño de los elementos de red y que envían dichos datos a las plataformas de administración.
40
•
Integración dentro del sistema de soporte a operaciones “Operations Support System” (OSS). La administración de la red puede relacionarse con las operaciones de toda la organización para medir el desempeño de los recursos de dicha red.
Mecanismos tecnológicos del subsistema de desempeño Los mecanismos tecnológicos orientados al desempeño deben cumplir la priorización, calendarización, y acondicionamiento del flujo de tráfico dentro de la red, tanto para puntos finales como para elementos ubicados por saltos. El subsistema de desempeño también esta constituido por mecanismos que correlacionan usuarios, aplicaciones, y requerimientos de dispositivos sobre flujos de tráfico, así como ingeniería de tráfico, control de acceso, QoS, políticas y SLAs. El QoS está determinado por la definición de niveles de prioridad para flujos de tráfico. El control de recursos se refiere a mecanismos que permiten la definición del control y administración de recursos de red para tráfico. Los SLAs son contratos formales o informales entre proveedores y usuarios que definen las responsabilidades del proveedor respecto del usuario y el tipo de sanciones a las que se someterá de no cumplir con los términos pactados. Las políticas son un conjunto de condiciones formales ó informales de alto nivel de cómo serán provistos los recursos para los usuarios. El QoS provee los mecanismos de control para el suministro de recursos de red, los cuales serán establecidos para usuarios, aplicaciones, y dispositivos. Este puede ser tan simple como la determinación del monto de la capacidad disponible en varias regiones de la red, o tan complejo como determinar la capacidad, retrazo, confiabilidad y disponibilidad caracterizados por nivel de flujo. La operación de estos mecanismos puede realizarse en dispositivos de software, hardware y procedimientos de recuperación adecuados que incluyen la intervención humana.
Mecanismos tecnológicos del subsistema de seguridad Este subsistema arquitectónico describe como serán protegidos los recursos del sistema en contra del robo, daño, negación de servicios o de accesos no autorizados. Por ende dicho subsistema contiene mecanismos que incluyen hardware y software, tales como redes privadas virtuales “Virtual Private Networks” (VPNs), cifrado, “firewalls”, filtros de enrutamiento y NAT. Cada uno de estos mecanismos puede ser ubicado en áreas específicas de la red, tales como interfaces externas o puntos de agregación para flujos de tráfico. En muchas instancias de red los mecanismos de seguridad son desarrollados en regiones, comúnmente llamadas celdas o zonas de seguridad, donde cada celda o zona de seguridad representa un particular nivel de sensibilidad y control de acceso. Las zonas de seguridad pueden estar unas dentro de otras, superponiéndose, o completamente separadas, dependiendo de los requerimientos de seguridad y las metas para cada red. Este subsistema determina el grado de seguridad y privacidad que será implementado en un red, dónde se ubicaran las áreas críticas, y cómo interactuarán dichas áreas con el resto subsistemas arquitectónicos. Algunos mecanismos de seguridad incluyen: • Análisis de amenazas a la seguridad, donde la cultura de seguridad esta constituida por usuarios involucrados con aspectos de seguridad del día con día, lo que les ayuda a entender los riesgos potenciales de violar políticas y procedimientos de seguridad. • Las políticas y procedimientos de seguridad son por lo general definiciones formales sobre reglas del sistema, de la red y del acceso a la información para que los usuarios minimicen su exposición con amenazas de seguridad. • La seguridad física y cultura de seguridad es la protección de dispositivos desde el acceso físico, daño y robo (incluyendo aislar todas las partes de la red hacia el acceso externo). La seguridad física, los protocolos y aplicaciones de seguridad permiten el uso seguro de recursos de red. • El cifrado es un mecanismo de seguridad en el cual son empleados algoritmos de encripción, en conjunto con una llave secreta para proteger los datos y hacerlos irreconocibles en caso de que sean interceptados. • Los perímetros de seguridad de red son una protección para las interfaces externas, entre la red propia y redes externas.
41
•
La seguridad de acceso remoto es un acceso a la red seguro, basado en el tradicional dial-in y sesiones con conexiones de VPNs.
Mecanismos tecnológicos de los subsistemas de infraestructura de soporte Los subsistemas constituyentes de la infraestructura de soporte incluyen: • los sistemas de suministro de energía eléctrica, • los sistemas de sincronía y • los enlaces de larga distancia. Los capítulos cuatro a siete expondrán con todo detalle la arquitectura y línea base de desempeño de estos sistemas.
42
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS DE RED CITADOS POR MCCABE En los dos capítulos anteriores, se dibujó la arquitectura funcional de una red empresarial en términos de la evolución de los requerimientos del mercado y de la tecnología, para después establecer los mecanismos tecnológicos físicos y lógicos (equipos y protocolos generales) que estructuran los subsistemas funcionales de la red. Esta tesis no profundizará en los detalles de dichos mecanismos con excepción a los pertenecientes a la Infraestructura de soporte, sin embargo el paso siguiente es la definición de criterios de diseño estructural de red, los cuales permitan la implementación óptima de proyectos de redes. Conocer los sistemas funcionales y los mecanismos tecnológicos de las redes actuales no es suficiente para diseñar una red que pueda implementarse en la realidad. Es necesario tomar en cuenta, entre otros los siguientes criterios de diseño arquitectónico ♦ distribución geográfica ♦ flujo jerárquico de tráfico ♦ flujo específico de tráfico La tesis ha hecho énfasis en el análisis funcional y ha definido patrones generales (enfoque holístico), en adelante será subrayado un enfoque técnico-pragmático para administrar dichos requerimientos de diseño. Arquitectura funcional general Mecanismos componentes Criterios arquitectónicos Figura 3.2
Referencia Arquitectónica Arquitectura de referencia
Criterio de distribución geográfica y de flujo jerárquico El criterio de distribución geográfica define tres niveles básicos LAN/MAN/WAN23: ♦ El nivel LAN es la expansión de la red a lo largo de un campus, a lo largo y ancho de un edificio o en la extensión de oficinas. ♦ El nivel MAN es la expansión de la red sobre un área metropolitana. ♦ El nivel WAN es la expansión de la red a lo largo de varias ciudades países o continentes.
WAN
MAN
LAN
Figura 3.3
MAN
LAN
LAN
Criterio arquitectónico de distribución geográfica LAN/MAN/WAN
23 McCabe asume que el lector conoce conceptos básicos de las técnicas empleadas en las redes y más que una descripción detallada de estos modelos se enfoca en la estructura arquitectónica. (LAN: Local Area Network, MAN: Metropolitan Area Network, WAN: Wide Area Network)
43
El criterio de flujo jerárquico tiene tres niveles básicos de flujo núcleo/distribución/acceso donde: o o
o
El núcleo o corazón de la red permite el transporte del tráfico sobre el nivel más amplio. Este nivel debe ser el que posea el mayor grado de disponibilidad. El nivel de distribución también genera tráfico pero a partir de dispositivos multiusuario como servidores o dispositivos especiales. Pocos usuarios están directamente conectados en este nivel, el cual permite la consolidación de los flujos de tráfico utilizando mecanismos de desempeño y enrutamiento. El nivel de acceso es el nivel más cercano al usuario y sus aplicaciones, este es el nivel a partir del cual surge la mayoría de todo el tráfico de la red. Nucleo
distribución
acceso
Figura 3.4
distribución
acceso
acceso
Criterio de jerarquía funcional de flujo de tráfico núcleo/distribución/acceso
Criterios de flujo específico El criterio arquitectónico cliente-a-cliente permite compartir recursos de cómputo entre dos clientes homólogos y no existe una arquitectura de distribución intermedia. En este sentido el flujo de la información circula directamente de un cliente a otro. Este criterio es empleado en redes locales con pocos usuarios y servicios o en el núcleo de una red. Las aplicaciones son distribuidas en el borde de la red cerca de los ususarios
Aplicaciones
Red No hay una arquitectura intermedia
Figura 3.5
El criterio arquitectónico cliente a cliente
44
El criterio arquitectónico cliente-servidor coloca los puntos distribución de los servicios en locaciones donde el flujo de tráfico es distribuido por una computadora central. Estas computadoras centrales son llamadas servidores. Con esto puede conformarse una estructura arquitectónica más sólida para redes pequeñas y medianas o como base de distribución en una red grande basada en operaciones de acceso/distribución/núcleo. Servidores (granja) Características arquitectónicas que establecen puntos de distribución
Red No hay una arquitectura intermedia
Figura 3.6
El criterio arquitectónico cliente-servidor
El criterio arquitectónico cliente-servidor jerárquico además de incluir el modelo cliente-servidor establece una separación de tráfico entre servidores como un nivel de jerarquía con una criticidad mayor que la criticidad del tráfico directo entre servidores y clientes, lo que permite una administración más eficiente para niveles de tráfico grandes. Características arquitectónicas que permiten la separación de tráfico entre servidores como un nivel de jerarquía con una criticidad mayor que la criticidad del tráfico directo entre servidores y clientes Servidores (granja )
Servidores (granja)
Red
Red
Red
No hay una arquitectura intermedia
Figura 3.7
No hay una arquitectura intermedia
El criterio arquitectónico cliente-servidor jerárquico
El criterio arquitectónico de cómputo distribuido hace énfasis en la localización estratégica de los puntos de distribución de servicios para una administración eficiente del tráfico cuando este es muy grande, diverso y exhaustivo. Por supuesto que, este criterio cuenta con una riqueza arquitectónica mayor y puede ajustarse más fácilmente a redes grandes o muy grandes tal como la Internet. Task Manager
Dispositivos de computo
Dispositivos de computo
Red No hay una arquitectura intermedia
Figura 3.8
El criterio arquitectónico de cómputo distribuido
El criterio de proveedor servicio está enfocado en brindar privacidad, seguridad y tarificación a los clientes de servicios de comunicaciones. Este esquema fue revisado en términos del mercado en el primer capítulo.
45
Proveedor de Servicios Privacidad
Subscriptores
Interoper
Servicio tarificación
Subscriptores Internet Subscriptores Privacidad Interoper
Figura 3.9
Servicio tarificación
El criterio arquitectónico proveedor servicios
El criterio intranet/extranet está enfocado en seguridad y privacidad, incluyendo la separación de usuarios, dispositivos y aplicaciones basadas en el acceso seguro. Debe notarse que en este modelo pueden existir varios niveles de jerarquía de seguridad. Seguridad Nivel 2 Seguridad Nivel 1
Redes Internas Dispositivos de de seguridad (encripción )
Redes Externas
Redes Internas Dispositivos de de seguridad (firewalls, detección de intrusos )
No hay una arquitectura intermedia
Redes Internas Seguridad Nivel 3
Figura 3.10
El criterio arquitectónico intranet/extranet
El criterio arquitectónico punto a punto esta enfocado para componentes homólogos cuya trayectoria de flujo resulta relevante, tales como terminales de videoconferencia. Este modelo está más alineado a la perspectiva de flujo de “networking”. Flujo de Tráfico
Red
Todos los componentes de la trayectoria “end-to-end” son considerados Figura 3.11
El criterio arquitectónico punto a punto
46
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS DE FLUJO JERÁRQUICO CITADOS POR PASRICHA-JAGU En la sección anterior, apareció la interpretación de McCabe para los criterios arquitectónicos de red. En esa sección se definieron dos criterios arquitectónicos basados en jerarquías espaciales y de flujo (LAN/MAN/WAN y núcleo/distribución/acceso) además de cuatro criterios basados en el flujo de tráfico específico (proveedor de servicio, intranet-extranet, de escalones de desempeño y “end-toend”). Ahora se citarán los criterios expuestos por Pasricha-Jagu en su texto “Designing Networks with Cisco”. Estos criterios están basados en el flujo jerárquico de tráficos y son los siguientes: ♦ núcleo/distribución/acceso ♦ el de tolerancia a fallas ♦ el de seguridad Cada uno de estos criterios permite optimizar el diseño de red para lograr: ♦ Escalabilidad ♦ Eficiencia ♦ Adaptabilidad ♦ Seguridad
El criterio núcleo/distribución/acceso “Cuando se diseña e implementa una red en forma jerárquica, se asegura que las capas de la misma permitan transferir eficientemente el tráfico entre ellas. Lo anterior se logra discriminando el tráfico según las jerarquías de procesamiento en red.” Pasricha, Harpreet y Jagu, Dattakiran (2004). El núcleo o corazón es el nivel superior en la jerarquía de flujo y forma una inflexión central en la continuidad de la red. Este nivel es el centro de conmutación de alta velocidad y permite transportar grandes volúmenes de tráfico en forma confiable. El tráfico a través del núcleo de la red transporta los servicios empresariales hacia los usuarios espacialmente dispersos y cumple con las funciones que aparecen en la siguiente tabla: Operaciones del núcleo de red (Pasricha-Jagu)
Subsistemas Funcionales 24 (McCabe)
Conmutación de alta velocidad para grandes volúmenes de tráfico (grandes cargas de datos sobre grandes extensiones geográficas, enlaces punto a punto, diámetro consistente con saltos estables). Redundancia y tolerancia a fallos (QoS) Alta disponibilidad y confiabilidad de red Alta disponibilidad de ancho de banda Convergencia rápida Baja latencia Balanceo de cargas
Desempeño
Tabla 3.3
Desempeño Desempeño Desempeño Desempeño Desempeño EnrutamientoDesempeño
Operaciones vs. subsistemas funcionales en el núcleo
24
A esta tabla se añadió la columna de la derecha para asociar los criterios de Pasricha & Jagu con los subsistemas funcionales citados por McCabe
47
El nivel de distribución aparece entre el nivel de acceso y el nivel del núcleo de la red además de implementar políticas de red y control de tráfico. Además, éste realiza complejos cálculos de enrutamiento, de filtrado de direcciones, de agregación de áreas, de funciones de seguridad y reenvió de paquetes. Este nivel también determina la mejor ruta posible para transferir el tráfico de usuarios finales hacia el núcleo de la red. Algunos de los elementos incluidos en este estrato son servidores, enrutadores y switches de paquetes. Las características asociadas al nivel de distribución pueden observarse en la siguiente tabla: Operaciones del nivel de distribución de red (PasrichaJagu)
Sistemas (McCabe)
Redistribución de protocolos de enrutamiento Enrutamiento Inter-Vlan Definición de dominios de “Broadcast” y “Multicast” Agregación de áreas o direcciones Redistribución entre protocolos de enrutamiento Balanceo de cargas Agregación de enrutadores y protocolos de enrutamiento Filtrado de paquetes y encolamiento Transición de medios Firewalls y traslación de direcciones
Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento, Seguridad Seguridad y Desempeño Administración y Seguridad Administración y Seguridad Administración y Seguridad
Listas de acceso y calidad de servicio Seguridad y políticas de red Acceso a grupos de trabajo o departamentales Control de acceso a los recursos del núcleo de la red
Tabla 3.4
Funcionales
Operaciones vs. subsistemas funcionales en la distribución
El nivel de acceso es la periferia de la jerarquía funcional de flujo de la red. En este nivel todos los usuarios finales están conectados a través de una red LAN. Las terminales y recursos locales como las impresoras están ubicadas en este nivel. Algunos enrutadores sirven de puertas de salida con el fin de asegurar que el tráfico local no sea transferido a los otros niveles en forma indiscriminada. El nivel de acceso controla la entrada de usuarios y de grupos a los recursos de red. Otras funciones desempeñadas por este nivel incluyen el compartir ancho de banda, el filtrado de MACs entre otros. Las características asociadas al nivel de acceso pueden observarse en la siguiente tabla: Operaciones del nivel de acceso de red (Pasricha-Jagu)
Sistemas (McCabe)
Dosificación de ancho de banda Segmentación Creación de dominios separados de colisiones
Desempeño Desempeño, Administración Direccionamiento y Enrutamiento, Desempeño Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Administración, Seguridad
Conectividad de grupos de trabajo con la capa de distribución Enrutamiento estático Filtrado de MACs Filtrado de tráfico Enrutamiento con conexiones por demanda y conmutación Ethernet Listas de control de acceso
Tabla 3.5
Funcionales
Operaciones vs. subsistemas funcionales en el acceso
48
El siguiente cuadro de Pasricha & Jagu muestra las operaciones de los niveles de flujo jerárquico para las redes corporativas. La columna de la derecha muestra los subsistemas funcionales de red citados por McCabe. Nivel
Operaciones Jagu)
Núcleo
Alta velocidad de conmutación Tolerancia a fallos Mantener diámetro consistente Conectividad basada en políticas Agregación de áreas Balanceo de cargas Acceso de grupos de trabajo Segmentación Filtrado de MACs
Distribución
Acceso
Tabla 3.6
jerárquicas
(Pasricha-
Subsistemas (McCabe)
Funcionales
de
red
Desempeño, Direccionamiento- Enrutamiento Desempeño Administración Administración Direccionamiento y Enrutamiento Direccionamiento y Enrutamiento Administración, Seguridad Desempeño, Administración Direccionamiento y Enrutamiento
Flujo jerárquico vs. operaciones y sistemas funcionales
Alta velocidad de conmutación
Distribución Acceso
Núcleo
Conectividad basada en políticas Acceso de grupos de trabajo
Figura 3.12
Los tres niveles de flujo jerárquico de tráfico
El criterio de tolerancia a fallas Estos criterios permiten administrar correctamente las interrupciones de servicio. Al emplear estos criterios, la red debe operar ininterrumpidamente incluso cuando una falla ocurre. Una organización que tiene como prioridad el recobro de fallos utiliza estos criterios arquitectónicos. Algunas redes desarrolladas para aplicaciones de misión crítica como programas espaciales o telemedicina utilizan normalmente estos criterios. Las operaciones de un sistema tolerante a fallas pueden dividirse en tres etapas: • • •
detección de errores en la sección de la red donde la falla ha ocurrido conmutación al sistema de respaldo, asegurando que los sistemas de red se desempeñen de manera normal y se obtenga un resultado aceptable después de la falla creación de reportes “log”: reportar los errores al sistema operativo
Para asegurar que la red se desempeña adecuadamente en casos de fallas es necesario incorporar elementos de redundancia. Es posible incorporar diferentes tipos de redundancia en el diseño de la red para crear un sistema totalmente tolerante.
49
Elementos de redundancia: • Estación de trabajo a enrutador • Servidor • Enrutador • Medios (incluyendo switches) Sistema operativo
Switches redundantes
Servidor
Figura 3.13
Redundancia en switches como mecanismo de tolerancia a fallas
El criterio de seguridad Las recomendaciones de un modelo de red segura son los siguientes: • Implementar mecanismos simples para conservar la integridad de recursos • Aislar los sistemas de seguridad de los sistemas restantes de red • Crear conciencia en los usuarios sobre los mecanismos de seguridad implementados y evitar malos manejos • Restringir el acceso a áreas sensibles de la red. Por ejemplo, es posible implementar permisos explícitos para el acceso a servidores • Implementar mecanismos especiales para detectar intrusos en la red • Evitar obstaculizar el desempeño de la red con la implementación del modelo seguro • Diseñar el modelo seguro con las opciones de revisiones regulares a las modificaciones Mecanismos para una red segura: • Dispositivos básicos de políticas de acceso implícitos en equipos de red (enrutadores, switches, dispositivos inalámbricos) • Firewalls • Sistemas de detección intrusos • Zonas militarizadas
50
Servidor Web
DNS
Telnet
DMZ -1
Enrutador externo
Enrutador Firewall
Red Externa
DMZ -2
Figura 3.14
Mecanismos de seguridad: zonas militarizadas en una red DMZ I y DMZ II
ARQUITECTURA DE REFERENCIA CITADA POR MCCABE Una arquitectura de referencia es la base del diseño de una red y está constituida por los subsistemas funcionales, los subsistemas tecnológicos y los criterios arquitectónicos de diseño. Es decir, una arquitectura de referencia determina los mecanismos y criterios que permiten cumplir las funciones básicas de la red. Ésta considera las restricciones de los modelos tecnológicos actuales. McCabe define la arquitectura de referencia como “el resultado de la combinación de criterios y el desarrollo de las relaciones entre los componentes arquitectónicos”. En esta forma, cada criterio arquitectónico permite cumplir con un grupo de restricciones originadas en los posibles requerimientos de una red para integrar alguno o varios de los componentes arquitectónicos. Los criterios basados en jerarquías permiten establecer un punto de partida centrado en la distribución geográfica o de flujo de datos. Por ejemplo, en una red de área local LAN (un edificio) puede existir una sección de acceso con switches de muchos puertos de entrada y salida ubicada en cada piso. También puede existir un corazón de red formado por switches de alta capacidad de tráfico que concentre todo el flujo de los pisos. Además puede existir un nivel de distribución que permita controlar el flujo de tráfico hacia los servidores o la conexión hacia la Intranet y al Internet. Con estos criterios se busca cumplir con las funciones básicas de la arquitectura de una red: direccionamiento-enrutamiento, desempeño, administración, seguridad, e infraestructura de soporte. Criterios de Flujo
Subsistemas Tecnológicos
Criterios Geográficos
Arquitectura de Referencia Infraestructura de Soporte
Administración de red
Desempeño
Seguridad
Enrutamiento
Subsistemas funcionales , Subsistemas tecnológicos y Criterios arquitectónicos de diseño
Figura 3.15
Arquitectura de referencia de McCabe
Los requerimientos y el análisis del flujo de tráfico permiten desarrollar la arquitectura de referencia y definir el diseño de la red. La arquitectura de red y el diseño son problemas que no pueden resolverse con procedimientos de solución lineal, es necesario emplear la experiencia y el criterio del ingeniero.
51
LA ENVOLVENTE OPERATIVA DE LA INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE PARA EL BACKBONE Definición 3.1 El backbone de una red corporativa es el nivel mayor de una jerarquía de flujo-espacial. Este nivel interconecta todos los sistemas periféricos de una red y realiza operaciones de conmutación con la más alta disponibilidad y cobertura para integrar el tráfico de la toda la red. Definición 3.2 El backbone de una red corporativa debe estar constituido por una serie de subsistemas tecnológicos que puedan cubrir correctamente las funciones de todos los subsistemas funcionales. Las funciones del backbone deben estar en armonía con los criterios arquitectónicos de diseño. En esta tesis no se profundizará en los subsistemas tecnológicos específicos del backbone, a acepción de los correspondientes a la infraestructura de soporte. Definición 3.3 El diseño de un backbone nacional de datos puede coincidir con varios criterios arquitectónicos de flujo jerárquico y de flujo específico. Para el caso de esta tesis, el backbone coincide con los siguientes criterios: ♦
flujo jerárquico de Pasricha-Jagu o núcleo/distribución/acceso o tolerancia a fallas o seguridad
♦
flujo específico de McCabe correspondientes a: o cómputo distribuido o Intranet-extranet
Definición 3.4 La infraestructura de soporte contiene Relaciones Directas Bidireccionales hacia el backbone de de la red corporativa, y éstas pueden expresarse mediante el siguiente conjunto y el cual fue desarrollado en el capítulo 2:
ℜ S2α(IS) = {III ℜ 2, III ℜ 3, III ℜ 11, III ℜ 12 , III ℜ 13, III ℜ 14} III ℜ 2 = ℜ (SG(D) α-control-envolvente-operativa-acciones, SG(IS)), III ℜ 3 = ℜ (SG(AR), α-monitoreo-mantenimiento-infraestructura-soporte, SG(IS)), III ℜ 11 = ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(D)), III ℜ 12 = ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(S)), III ℜ 13 = ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(ED)), y III ℜ 14 = ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(AR)). Donde, estas relaciones pueden clasificarse como canales de flujo, y cumplen las siguientes funciones: • de alimentación en (III ℜ 11, III ℜ 12 , III ℜ 13, III ℜ 14) • de control en (III ℜ 2,) • de monitoreo en (III ℜ 3)
52
Definición 3.5 La infraestructura de soporte contiene Relaciones Indirectas bidireccionales hacia el suprasistema de procesos empresariales y por consiguiente al suprasistema de la organización de negocios de la corporación y pueden expresarse según el conjunto del capítulo 2 como: ℜ S1β(IS) = {I ℜ 2, I ℜ 3, I ℜ 5, I ℜ 6 , I ℜ 7, I ℜ 8, I ℜ 9, I ℜ 10} I ℜ 2 = ℜ (SG(T), α-aplicaciones, SG(TI)), I ℜ 3 = ℜ (SG(TI) α-usuarios-acciones, SG(T)), I ℜ 5 = ℜ (SG(T), α-soporte, SSO(PE)), I ℜ 6 = ℜ (SG(T), α-T-salidas, W(SI)), I ℜ 7 = ℜ (W(SI), α-T-entradas, SG(T)), I ℜ 8 = ℜ (SG(SSO), α-datos, SG(T)), I ℜ 9 = ℜ (SG(T)), α-acceso, SG(RI)) y I ℜ 10 = ℜ (SG(RI), α-info-enviada, SG(T)). Postulado 3.1 Cada una de las seis relaciones funcionales directas de la infraestructura del backbone ℜ S2α(IS) = {III ℜ 2, III ℜ 3, III ℜ 11, III ℜ 12 , III ℜ 13, III ℜ 14} se ve afectada por una probabilidad de falla PIn en los subsistemas tecnológicos que las originan donde: 0 ≤ PI n ≤ 1 , n = 1, 2, 3, …, 6 Cuando la probabilidad de falla PIn en los subsistemas tecnológicos tiende a cero, entonces la disponibilidad de servicio AI (disponibilidad de la infraestructura de soporte) de estas relaciones tiende al 100%. Si PIn → 0, entonces AI → 100% Lo cual implica que existe una dependencia directa aun que no necesariamente lineal de los equipos de red respecto de la continuidad las relaciones directas de la infraestructura de soporte del backbone. El diagrama siguiente contiene la expresión de estas relaciones.
53
Mundo (Referencial) SII(SE) = Sistemas Empresariales = SS(SI) W(PE)
SII(SI) = Sistemas de Información = SS(T)
ó
I
I
ℜ1
ℜ1
SG(P)
ES G(SE) B
ℜ3
B
ℜ2
B
B
B
ℜ10
B
ℜ11
ℜ4
I
ℜ4
ℜ5
I
ℜ5a
B
SG (TI)
S G (SSC )
ℜ1 B
ℜ9
I
ℜ8
I
ℜ2
I
ℜ3
II
ℜ2
II
ℜ3
ℜ1
II
ℜ4
ℜ1
III
ℜ4
II ℜ 5
ℜ5
S G (SSO) B
I
ℜ8
II
SG (SAC)
ℜ8
II
III
I
I
II
ℜ6
ℜ7
II
III
ℜ6 III
B
ℜ7
B
ℜ7
II
ℜ10
1
ℜ6 B
III
SG (D) III
B
ℜ15
ℜ8
III ℜ 11}
III
III
ℜ18
III
ℜ19
III
ℜ 20
SG (DE)
III
III
ℜ2 3
III
III ℜ21 III
ℜ24
ℜ9
SG(AR)
ℜ 22
II
ℜ9
ℜ5
(1 − P ){ 1
III
ℜ2 }
(1 − P ){ 1
III
(1 − P ){ 2
SG (IS)
ℜ6
I ℜ10
Figura 3.16
ℜ16
III ℜ17
ℜ10
(1 − P ){
SG(S)
ℜ6
III
SG(SR) = Sistemas de Red= SSR (SI)
ℜ7
III
ℜ7
S II (T) = Tecnologías = SS(SR)
ℜ12 }
(1 − P ){ 1
SG (RI)
III
III
ℜ3 }
(1 − P ){ 1
III
ℜ 14 }
ℜ 13 } I
ℜ9
Relaciones funcionales directas de la infraestructura de soporte hacia el backbone
ℜ 2 = (1-P1){ ℜ (SG(D) α-control-envolvente-operativa-acciones, SG(IS))} ℜ 3 = (1-P2){ ℜ (SG(AR), α-monitoreo-mantenimiento-infraestructura-soporte, SG(IS))} III ℜ 11 = (1-P3){ ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(D))} III ℜ 12 = (1-P4){ ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(S))} III ℜ 13 = (1-P5){ ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(ED))} III ℜ 14 = (1-P6){ ℜ (SG(SI), α-alimentación-energía-transferencia-señales-digitales, SG(AR))} III III
Postulado 3.2 Cada una de las ocho relaciones funcionales indirectas de la infraestructura del backbone hacia el suprasistema de procesos empresariales: ℜS1β(IS) = {III ℜ 2, III ℜ 3, III ℜ 5, III ℜ 6 , III ℜ 7, III ℜ 8, III ℜ 9, III ℜ 10} se ve afectada por una probabilidad de falla PBk donde: 0 ≤ PBk ≤ 1 , k = 1, 2, 3, …, 8. Cuando la probabilidad de falla tiende a cero la disponibilidad de servicio AB (disponibilidad del backbone) de estas relaciones tiende al 100%. Si PBk → 0, entonces AB → 100%
54
Lo anterior quiere decir que existe una dependencia indirecta de los procesos empresariales respecto de la infraestructura de soporte del backbone. El diagrama siguiente contiene la expresión de estas relaciones. Mundo (Referencial) SII(SE) = Sistemas Empresariales = SS(SI) W(PE)
SII(SI) = Sistemas de Información = SS(T)
ó
I
I
ℜ1
ℜ1
SG(P)
ES G(SE) B
ℜ3
B
ℜ2
ℜ4
I
ℜ4
ℜ5
I
ℜ 5a
B
SG (TI)
S G (SSC ) B
(1 − P ){ ℜ } 1
B
B
ℜ 10
B
ℜ11
ℜ1 B ℜ9
(1 − P ){ ℜ } 3
II
5
I
II
S G (SSO ) B
ℜ8
II
(1− P ){ ℜ } 6
I
(1 − P ){ ℜ } 2
2
I
ℜ2
ℜ5
ℜ3
ℜ1
II
ℜ4
III ℜ1
III
ℜ4
SG (SAC)
ℜ8
8
(1 − P ){ ℜ } I
7
III II
(1 − P ){ ℜ } 4
I
II
III
ℜ6 III
B
ℜ7
B
ℜ7
II
ℜ10
ℜ10
SG(S)
ℜ6
III
ℜ15
III
SG (D) ℜ8
III
III
ℜ17
ℜ2
III
ℜ19
III
ℜ 20
III
ℜ11 III
ℜ12 III ℜ13
ℜ 24 III
ℜ 21
III
III
III
ℜ 23
III
SG (DE)
ℜ18
III
ℜ5 III
ℜ9
SG(AR)
ℜ22
II
ℜ9
ℜ14 III
ℜ3
SG(IS)
B ℜ6 B
ℜ6
(1 − P ){ 8
Figura 3.17
ℜ16
III
III
SG(SR) = Sistemas de Red= SSR (SI)
ℜ7
ℜ7
6
S II (T) = Tecnologías = SS(SR)
II
II
5
3
I
I
ℜ10 }
SG (RI)
(1 − P ){ 7
I
ℜ9 }
Relaciones funcionales indirectas de la infraestructura de soporte hacia el backbone
ℜ 2 = (1-P1){ ℜ (SG(T), α-aplicaciones, SG(TI))} I ℜ 3 = (1-P2){(S G(TI) α-usuarios-acciones, SG(T))} I ℜ 5 = (1-P3){(S G(T), α-soporte, SSO(PE))} I ℜ 6 = (1-P4){(S G(T), α-T-salidas, W(SI))} I ℜ 7 = (1-P5){(W(SI), α-T-entradas, SG(T))} I ℜ 8 = (1-P6){(S G(SSO), α-datos, SG(T))} I ℜ 9 = (1-P7){(S G(T)), α-acceso, S G(RI))} I ℜ 10 = (1-P8){ ℜ (SG(RI), α-info-enviada, SG(T))} I
55
Definición 3.6 Los subsistemas funcionales de la arquitectura de referencia de la infraestructura de soporte deben cumplir con sus relaciones funcionales directas de la Definición 3.4 y proveerán al backbone de: • Suministro de energía eléctrica • Suministro de sincronía • Suministro de enlaces de larga distancia para el transporte datos Postulado 3.3 Los subsistemas tecnológicos de la infraestructura de soporte del backbone deben cumplir con • Reducir al mínimo la probabilidad PIn de falla en las relaciones directas ℜ S2α(IS); por lo tanto será necesario constituir la envolvente operativa en términos de: o Emplear una arquitectura de referencia que esté constituida por: Subsistemas Funcionales Subsistemas Tecnológicos Criterios Arquitectónicos de Diseño o Emplear una línea base de operación que esté constituida por: Índices operativos Definición 3.7 Nuestra referencia arquitectónica no incluye la minimización completa de la probabilidad de falla PBk de las relaciones funcionales indirectas ℜ S1β(IS), ya que las variables de las que depende PBk tienen componentes de todos los mecanismos tecnológicos que constituyen los subsistemas funcionales del backbone.
Relaciones Funcionales Indirectas hacia los procesos empresariales Arquitectura de Referencia
Si PI n → 0, entonces AI → 100 %
Subsistemas Tecnológicos
El Backbone Criterios Arquitectónicos de diseño
Subsistemas Funcionales
Pasrisha & Jagu ,
La más alta disponibilidad y cobertura Direccionamiento – Enrutamiento Desempeño Seguridad Administración
Hardware Software
Flujo jerarquico Núcleo/distribución/acceso Tolerancia a fallas Seguridad
McCabe Flujo específico Cómputo distribuido Intranet -extranet
Si PBk → 0, entonces A → 100%
Arquitectura de Referencia
Criterios Arquitectónicos de diseño
Subsistemas Funcionales La más alta disponibilidad Suministro de Energía Sincronía Enlaces de larga distancia
La Infraestructura de Soporte
Subsistemas Tecnológicos
Serán definidos en los capítulos 5 a 7
Pn = Probabilidad de falla originda en los mecanismos de Infraestructura de Soporte
Índices de Confiabilidad : Línea Base de Operación Figura 3.18
Envolvente operativa de la infraestructura de soporte del backbone
56
CONCLUSIÓN Este capítulo desarrolló la arquitectura de referencia, la cual será la principal herramienta de corrección de tolerancias. Además se establecieron siete definiciones y tres postulados que explican como constituir una envolvente operativa para la infraestructura de soporte. Esta envolvente operativa está basada en mantener la más alta disponibilidad en las relaciones directas de la infraestructura de soporte hacia el backbone. El backbone de red debe ser el nivel de más alta disponibilidad y cobertura, cuyo diseño contempla criterios de flujo jerárquico: núcleo/distribución/acceso, seguridad y tolerancia a fallos (Pasricha-Jagu), así como criterios de flujo específico: cómputo distribuido e intranet-extranet (McCabe). Por lo que la disponibilidad de los subsistemas tecnológicos de la infraestructura de soporte afectará directamente la disponibilidad del backbone. Las anteriores son razones suficientes para concluir que la arquitectura de referencia se puede definir como una jerarquía de armonía estructural para los subsistemas funcionales 25 , subsistemas tecnológicos26 y criterios arquitectónicos de red.
25 26
representan las funciones más fundamentales que toda red debe cumplir están estructurados sobre mecanismos de hardware y software
57
REFERENCIAS Cano J. Jeimy (2003). Critical Reflections on information Systems: A Systemic Approach. USA: Idea Group Publishing. Checkland, Peter (1999). Systems Thinking, Systems Practice. United Kingdom: John Wiley & Sons. Lammle T., Barkl A. (2003). Cisco Certified Design Associate Study Guide, Second Edition. California: Sybex Inc. Liotine, M. (2003). Mission-Critical Network Planning. Norwood, MA: Artech House. McCabe, James D. (2003). Network Analysis, Arquitecture & Design, Second Edition. Kaufmann Publishers. Norris M., Davis R., Pengelly A., (2000). Component-Based Network System Norwood, MA: Artech House, Inc.
Morgan
Engineering.
Pasricha, Harpreet & Jagu, Dattakiran (2004). Designing Networks with Cisco. Hingham, Massachusetts: Hingham, Massachusetts. Wilder, Floyd (1998). A guide to TCP/IP Protocol Suite. 2nd –Ed. Norwood MA: Artech House Inc.
58
CAPÍTULO 4
LÍNEA BASE DE OPERACIÓN
“Un enfoque integral debe cubrir no solo el total de las plataformas de hardware y software en la industria de las telecomunicaciones. También, esta conciencia debe estar en la base de soluciones para los problemas relacionados con la percepción de los consumidores. De esta manera, dicho enfoque se está convirtiendo en un gran número de posibilidades para el trabajo de la ingeniería de desempeño. Lo anterior es un suceso inédito lleno de diversidad y vitalidad en nuestro campo”, Ackerley, Roger (2004).
En este capítulo se definirá el concepto de línea base de operación como un conjunto de índices propios de los mecanismos tecnológicos, los cuales caracterizan la operación deseada de los subsistemas tecnológicos de la infraestructura de soporte. Este objetivo será una base para que los subsistemas restantes del backbone ofrezcan alta disponibilidad. En este sentido, el capítulo se abrirá con una breve semblanza de la Ingeniería del desempeño citando el texto de Roger Ackerley “Telecommunications Performance Engineering”, Ackerley, Roger (2004). El capítulo prosigue citando el texto Matthew Liotine “Mission-Critical Network Planning”, Liotine, M. (2003) para la definición de los conceptos de vulnerabilidad y tolerancia, los cuales serán relacionados con las condiciones generales de falla y recuperación de los sistemas. De esta manera se expresará la “tolerancia” en términos de la disponibilidad de un sistema. Después se desarrollarán los conceptos de confiabilidad y disponibilidad en términos matemáticos. Al comparar la relación entre la confiabilidad y disponibilidad se planteará el Teorema 1 que define que la confiabilidad y disponibilidad de un sistema convergen solo en el corto plazo. Finalmente, con base en el Teorema 1 y cuatro definiciones adicionales se constituirá el concepto de la “línea base de operación para la infraestructura de soporte”.
PREMISAS: LA INGENIERÍA DE DESEMPEÑO Las áreas de optimización y de análisis de desempeño cubren toda la gama de mecanismos tecnológicos que integran los subsistemas de red. Aunque esta tesis únicamente se referirá a la correción de la infraestructura de soporte para el backbone27, este punto enmarcará brevemente la evolución de la ingeniería de desempeño a través de una cita del texto de Roger Ackerley “Telecommunications Performance Engineering”, Ackerley, Roger (2004). “...la optimización y diseño de redes,... Incluye una variedad de técnicas y enfoques, desde las aplicables a redes globales multiservicio de proveedores internacionales hasta las aplicables a redes empresariales. La ingeniería de desempeño no solo asiste el diseño de una red de menor costo, o la obtención de niveles específicos de tráfico. Si no que, ésta cubre una gama más grande de requerimientos, desde la identificación de las mejores tecnologías de datos28, la obtención de confiabilidad operativa y de enrutamiento, hasta una variedad de criterios para establecer cesiones granulares con QoS. Asociada a dicha gama de requerimientos está la espinosa área de la predicción operativa. Ninguna predicción es suficientemente precisa, sin embargo esto no debe desalentar la generación de propuestas serias. Un racimo esporádico de metodologías de predicción ha emergido a través de los años, pero pocas de ellas se han conservado e implementado prácticamente. Aun así, los análisis de desempeño actuales incorporan estudios complementarios de los posibles efectos de la variabilidad de carga en los servicios... Algunas herramientas matemáticas para la predicción operativa han sido substituidas por “La teoría de catástrofes”. Existen bastantes escenarios donde una red podría comportarse en forma inestable, por ejemplo cuando dicha red pasa de un estado de mínima congestión a un estado de máxima congestión. Obviamente, esto es indeseable y el estudio de un sistema biestable, como tal no es de interés académico. A pesar de esto, la solución práctica de dichos 27 28
Definiciones 3 y 7 de la envolvente operativa Tales como Frame-Relay”, X.25, ATM, IP o SMDS
problemas es fundamental en nuestros días. Algunos ejemplos adicionales de esta problemática son los siguientes: •
Encolamiento distribuido para tecnologías como Ethernet, o tecnologías móviles de radio y telefonía. • Algunos escenarios de redes TCP-IP donde los tiempos de transferencia bidireccional son críticos para servicios sensibles al retrazo. • Colapso de enrutamiento en redes de conmutación de circuitos que experimentan alta congestión. La evolución de la ingeniería del desempeño ha seguido una trayectoria aparejada con los cambios tecnológicos y de paradigmas en la industria de las telecomunicaciones. La siguiente tabla es otra cita a Ackerley, que contiene un recuento cronológico hasta la fecha de la evolución de la ingeniería del desempeño. Referencia cronológica
Características de la ingeniería de desempeño
Antes de 1970’s
Existían métodos basados en el análisis telegráfico, por ejemplo métodos de optimización para conmutadores electromecánicos de cruzamiento de barras “crossbar”. Los problemas eran exhaustivamente estudiados hasta obtener soluciones definitivas. Comienza la plena substitución de conmutadores “crossbar” por sistemas de enlace multiestado. Aparecen métodos como los de Jacobaeus, “Teoría de redes no bloqueables y reconfigurables”, y las “Gráficas de Takagi”. Empieza el desarrollo de programas complejos de simulación para estudiar la capacidad de conmutación-transmisión de los sistemas de telecomunicación. Todavía no estaba formalizado el concepto de “Calidad de servicio”. Aparece el término de “Grado general de servicio”, el cual hace evidente las diferencias de desempeño a través de la red, por lo que muchas variables significativas para los sistemas de comunicación comenzaron a modificarse. Los ingenieros de desempeño comenzaron a dar mayor importancia a los objetivos de la evolución tecnológica. Se aceleró la interdependencia entre el desarrollo teórico científico y el desarrollo de la ingeniería. Por lo que se pudo lograr la instrumentación necesaria para realizar mediciones extensivas en volumen. Aparece el “Switch” con capacidad de procesamiento digital y configurable por software. El mismo Software se convierte en un punto de vulnerabilidad para los sistemas de conmutación. Los estudios de desempeño son enfocados hacia el procesamiento en memoria. Aparecen los modelos basados en la “Teoría de colas”. Surgen requerimientos de servicios basados en tiempo, de procesos de arribo y nuevas disciplinas de tráfico. Se subraya el análisis del desempeño por estrato en redes X.25 (entre otros el desempeño relacionado con medios de transmisión y el LAPD). Se refuerza el análisis multi-estrato de sistemas jerárquicos tales como SDH, ATM, IP, TCP, FTP en contextos de tasas de transferencia, y tipos de tráfico múltiples. Se desarrollan categorías de servicio “QoS” para ATM a través nuevas metodologías de control de ancho de banda. Aparecen las clases de servicio CBR, VBR, UBR ABR, etc. Surgen mecanismos de análisis distribuido y asignación dinámica de canal para optimizar el espectro de radio. La señalización emerge como el mayor problema de análisis. Se desarrollan métodos para caracterizar el tráfico en ambientes de transferencia específicos con el fin de prever la operación de los sistemas emergentes de conmutación. Se busca el control pleno de red para prevenir congestiones y degradaciones de servicio en ambientes de paquetes con aplicaciones múltiples. Donde los mecanismos en estudio realizan funciones de señalización y control de conexiones. Se afinan las facilidades de control e interacciones de tráfico de IP sobre ATM. Esto busca ajustar las tecnologías basadas en IP (MPLS) a las demandas de operadores y clientes empresariales enfocados en lograr redes de datos seguras con QoS. Se buscan sistemas de administración y técnicas de análisis para la vigilancia del QoS, las cuales permiten el monitoreo de red, reporte de fallas y tarificación.
los
1970’s
1980’s (privatización de la industria telefónica en diferentes países)
1990’s
Actualidad
Tabla 4.1
Cronología de la ingeniería de desempeño
60
“Donde una vez las fallas de líneas telegráficas estaban entre los conmutadores mecánicos y las redes alámbricas, la conmutación de circuitos, la conmutación de paquetes, o sobre la vieja y nueva tecnología, ahora los problemas de desempeño recaen entre redes y sistemas, entre la predicción y el reporteo... “Un enfoque integral debe cubrir no solo el total de las plataformas de hardware y software en la industria de las telecomunicaciones. También, esta conciencia debe estar en la base de soluciones para los problemas relacionados con la percepción de los consumidores. De esta manera, dicho enfoque se está convirtiendo en un gran número de posibilidades para el trabajo de la ingeniería de desempeño. Lo anterior es un suceso inédito lleno de diversidad y vitalidad en nuestro campo”, Ackerley, Roger (2004). En la exposición de Ackerley no se menciona el análisis del desempeño de los sistemas de infraestructura de soporte y su impacto sobre los subsistemas de red, esto es precisamente lo que esta tesis busca. Ahora serán revisados los principios de desempeño que permiten cuantificar la probabilidad de falla PIn de los mecanismos tecnológicos de redes.
MÉTRICAS DE VULNERABILIDAD Y TOLERANCIA El postulado 3.1 de la arquitectura de referencia 29 establece que existen relaciones directas de dependencia entre los sistemas de Infraestructura de soporte y los subsistemas de red, las cuales están afectadas por una probabilidad PIn de falla. Por lo que en postulado 3.3 de la misma se establece que los subsistemas tecnológicos de la infraestructura de soporte del backbone deben cumplir con los índices de confiabilidad necesarios para soportar el subconjunto de relaciones directas ℜ S2α(IS), esto permitirá reducir al mínimo la probabilidad de falla PIn y contribuir en la disponibilidad de toda la infraestructura de soporte. Lo anterior debe convertir a la infraestructura de soporte del backbone en un sistema de alta disponibilidad. Ahora se citará el texto de Matthew Liotine “Mission-Critical Network Planning”, Liotine, M. (2003) para detallar los conceptos de vulnerabilidad y tolerancia de un sistema en red altamente disponible.
Mecánica de fallas Las leyes de la entropía demuestran que todos los sistemas tarde o temprano tienden a fallar y a poner en riesgo la disponibilidad de su actividad. En el contexto de los sistemas de red es común considerar las siguientes fallas generales: • • • • • •
Fallas de hardware y software Variaciones en los servicios provistos por diferentes compañías Desconexiones causadas por algún problema administrativo de recursos Fallas provocadas por Virus Informáticos Daños provocados por fines maliciosos Errores humanos
Vulnerabilidad La probabilidad de falla de un sistema se incrementa en relación con el grado de vulnerabilidad asociada al sistema. Por lo que este grado de vulnerabilidad es una condición inversa a un diseño tolerante. Por lo anterior, podemos establecer que una vulnerabilidad de red es aquella situación que incuba incertidumbre de operación en un subsistema de red, y que puede provocar perdida total o parcial en sus servicios. De esta manera, podemos clasificar cuatro tipos generales de vulnerabilidades en red:
29
Capítulo 3
61
• • • •
vulnerabilidades de hardware vulnerabilidades de software vulnerabilidades de infraestructura de soporte vulnerabilidades de administración de recursos
Métricas de vulnerabilidad Las fallas en una red tienen una componente temporal que afecta de forma negativa la productividad de la corporación. Esto se ve reflejado en el mediano y largo plazos en la disminución de la velocidad del crecimiento de la corporación. Para medir la magnitud de la falla en términos de productividad es necesario caracterizar los periodos en los que las fallas suceden. Por otro lado es necesario definir cuales son las posibles causas de dichos periodos. Los periodos de falla pueden caracterizarse como: Tiempo fuera Es el periodo en el que la componente de tiempo de falla es 100% negativa sobre la productividad. Tiempo lento Es el periodo en el que la componente de tiempo de falla es negativa, pero el porcentaje de afectación sobre la productividad es menor al 100%. De tal forma que el servicio puede ser afectado parcialmente: en forma imperceptible pero constante y/o en forma perceptible sin llegar al 100%, u oscilante y gradual. Las causas posibles de estos periodos pueden ser: Tiempo fuera Fallas en aplicaciones Errores de operación Fallas de hardware Fallas de sistemas operativos Oscilaciones de energía Actualizaciones de los mecanismos componentes Intrusión sobre los sistemas Virus Catástrofes Tiempo lento, este periodo pude incubarse como degradación del desempeño en Servidores Dispositivos e interfaces de red (mecanismos) Aplicaciones El mantenimiento de la probabilidad de falla o interrupción de servicio en niveles mínimos (PIn→0) debe considerar las actividades de mantenimiento asociadas al subsistema de administración de la red. En las labores de mantenimiento que pueden consumir tiempo de operación se encuentran: Reparaciones Actualizaciones Respaldos Estas interrupciones planeadas deben estar basadas en diseños redundantes (pivotes de disponibilidad) y en planes administrativos integrales.
62
El complemento al tiempo fuera es el “Tiempo arriba” o “Tiempo productivo” Éste es el periodo de tiempo en el que la red funciona en plena producción. Esta variable se traduce como disponibilidad. Con base en los conceptos anteriores se deriva que la causa de que el tiempo productivo de una red tienda al 100% es una consecuencia de la implementación de una envolvente operativa basada en el control o eliminación de áreas de vulnerabilidad y/o rezago estructural.
Control sobre las causas de falla Como se ha mencionado, la definición de una envolvente operativa está en función del control de las áreas de vulnerabilidad o falla, lo cual permite minimizar o eliminar los efectos sobre los servicios finales de los sistemas. Para lograr lo anterior es necesario entender el marco general de los sistemas en la que aparecen las fallas y los criterios de diseño para su control.
Taxonomía de los errores Los errores en los mecanismos de red pueden presentarse bajo la siguiente taxonomía: Errores auto controlables Son aquellos que están dentro del auto control de los mecanismos de red y son corregidos inmediatamente, sin embargo es necesario almacenarlos e interpretarlos ya que pueden ser indicadores preventivos de errores mayores. Errores intermitentes Son errores crónicos que requieren de intervención correctiva. Errores simples Aparecen de forma aislada en localidades, componentes, interfaces u otro tipo de elemento estructural. Errores en cascada Son aquellos que afectan subsistemas en cadena. Ventana de cascada Es el tiempo entre la aparición de un error simple y la consecuente interrupción del servicio, este valor es usualmente un indicador de la magnitud del esfuerzo requerido para realizar el recobro del servicio.
Reacción a falla (Failover) La reacción a falla es el proceso de conmutación hacia un componente, elemento u operación de respaldo cuando una interrupción de servicio ocurre. Los procesos de reacción a falla determinan la continuidad de la red Existen tres modelos de reacción a falla: Modelo de reacción inmediata o en caliente • Requiere un sistema de duplicación de recursos. • Es el más costoso y complejo. • El recurso de respaldo debe actualizar el estado de actividad del recurso primario para que la respuesta sea lo más veloz posible. • También recibe el nombre de modelo de respuesta de estado completo. • Los recursos de respaldo, usualmente son idénticos a los recursos primarios. • Comúnmente el recurso de respaldo comparte cargas de trabajo con el recurso primario.
63
Modelo de reacción en tibio • Se utiliza un elemento de respaldo que no contiene información del estado del recurso primario si no hasta que este falla. • Este sistema agrega tiempo de recobro al proceso, debido a que el sistema de respaldo normalmente actualiza su estado lógico después de que la falla ocurre. • Es menos caro que el sistema de reacción a falla inmediato. Reacción a falla de respuesta en frío • Es el que presenta menor complejidad para ser implementado. • El recurso de respaldo no requiere el estado de su recurso primario. • El recurso de respaldo debe ser activado manualmente en el momento de la interrupción, por lo que resulta más económico. • Es el que puede consumir más tiempo de recobro.
Contingencia Contingencia es el conjunto de procesos requeridos para poner a funcionar un o más recursos de respaldo en el momento de una falla.
Reparación La reparación recobra la operatividad de un subsistema que ha fallado. Este procedimiento puede incluir diagnósticos automáticos, reinicio de procesos componentes, restauración de bases de datos, o intervención manual.
Recuperación Cuando un subsistema ha sido reparado, el proceso de recuperación permite el regreso del elemento reparado a la operación. Este proceso puede ser gradual o instantáneo.
Principios de redundancia La redundancia es una característica arquitectónica que permite eliminar vulnerabilidad de red a diferentes niveles y esta basada en el respaldo de múltiples recursos que trabajan en paralelo. Los recursos redundantes pueden ser implementados en cualquiera de los mecanismos o procesos de los sistemas corporativos considerados como críticos. Debido a que la redundancia puede inflar los costos de operación y capital, ésta debe ser empleada más allá de los procesos correctivos. La redundancia es más efectiva en la planeación de costos, cuando está intrínseca en el diseño de la red. De esta manera, la redundancia será aceptada más fácilmente en la gestación de la red como un valor agregado del diseño y el cual reduce el riesgo operativo. Encontraste, introducir redundancia como medida de contingencia puede rebasar el presupuesto asignado para la operación de la red. Los sistemas redundantes bien planeados pueden aprovecharse para otros propósitos durante la operación normal de la red, en vez de mantenerse en espera. Éstos pueden ser usados para ayudar a balancear el tráfico de los elementos primarios durante periodos de ocupación o en ventanas de mantenimiento.
Puntos unitarios de falla Un punto unitario de falla es aquel elemento de red que queda aislado en el momento de una falla y que rompe la continuidad de los servicios de toda la red. Cada punto unitario de falla representa un canal vulnerable en la operación. Entre mayor sea la responsabilidad de un elemento en la red, en esa proporción crece el impacto de una falla o degradación. Algunas de las características de los puntos unitarios de falla son las siguientes:
64
• • • •
Un punto unitario de falla es crítico en una trayectoria serial de múltiples elementos, procesos, o tareas donde la falla o degradación de un punto unitario puede causar la interrupción en todo el sistema. Las trayectorias seriales aparecen en procedimientos operacionales de la misma forma en que aparecen en implementaciones físicas y lógicas. Un elemento que no pueda ser recobrado en periodos de operación requiere de un recurso redundante. El principal objetivo en el diseño de redes o subsistemas de red de misión crítica es la minimización de puntos unitarios de falla, lo cual se puede lograr utilizando redundancia.
Una mala interpretación del concepto de redundancia es que la redundancia es suficiente para mantener la tolerancia Una falsa redundancia debe ser evitada aplicando los siguientes criterios: • • • •
La redundancia debe eliminar puntos unitarios de falla. Siempre será requerido un procedimiento adecuado de reacción a falla para el recurso redundante. El recurso redundante debe proveer un nivel equivalente de servicio que el que brinda elemento primario. La replicación de recursos no debe ser colocada en localidades de infraestructura comunes.
Tipos de redundancia La redundancia esta basada en la utilización de elementos que realicen la misma función. Debido a que la redundancia está relacionada con el costo de implementación es necesario escoger el esquema más conveniente. Si N es el número de número de recursos necesarios para proveer un nivel de servicio adecuado, entonces los niveles de redundancia estarán en función a este parámetro N. Redundancia kN Esta redundancia replica N recursos k veces (ej. “2N, 3N, 5N, etc.) lo que resulta en una redundancia 1 a 1 (1:1). Una redundancia kN puede ser empleada a nivel de componente, de subsistema o de red, usando un conjunto idéntico de recursos de redundancia. Los recursos en espera son actualizados constantemente respecto de los recursos primarios. En ocasiones, también el balanceo de carga puede utilizarse entre un conjunto k de componentes. N es el número mínimo de recursos requeridos para brindar el servicio, si un recurso en el conjunto falla o se degrada, entonces se asume que el conjunto no podrá mantener correctamente el servicio por lo que seria necesario utilizar otro conjunto. Aun que la redundancia kN provee alto nivel de protección, ésta puede resultar muy costosa. Redundancia N+K En el caso donde la redundancia kN resulta muy costosa los recursos de red pueden organizarse en forma N+K. Esta redundancia involucra tener K recursos en espera para un conjunto N de recursos primarios. Los recursos K en espera pueden compartir cargas de tráfico u operar en caliente, en tibio o en frío. Si alguno de los recursos N se extrae, falla o se degrada, otro de los recursos en espera K será utilizado.
65
El modelo N+K más simple y efectivo en costo es el N+1. El modelo N+2 (K>1) reduce el riesgo durante el mantenimiento. La redundancia N+K permite intercambiar recursos durante la operación, capacidad que recibe el nombre de “intercambiable” (Swapping). Este modelo de redundancia involucra una administración más compleja. La respuesta a falla en caliente requiere que el recurso en espera conozca el estado de los demás recursos. La administración de fallas para la redundancia N+K debe identificar las trayectorias críticas de estados de error de tal forma que el recobro pueda implementarse. Redundancia N+K con redundancia kN El modelo de redundancia N+K puede ser aplicado dentro del modelo kN, y ofrecer diferentes granularidades (grados) de protección. El modelo kN puede tener un conjunto K de recursos con N+K arreglos para asegurar un alto nivel de confiabilidad.
Tolerancia operativa La tolerancia operativa es la capacidad para operar aun en condiciones de falla, y esto puede aplicarse a nivel de componente, sistema, aplicación, red, o administración. La selección del nivel de tolerancia conlleva a la combinación de criterios económicos y arquitectónicos. Por un lado, una justificación económica puede ser un factor decisivo en la selección de la tolerancia ya que el nivel de tolerancia esta asociada a un costo. Por otro lado, la arquitectura permite combinar los sistemas tecnológicos para lograr los niveles de tolerancia requeridos. Los conceptos de Tolerancia a fallas; Resistencia a fallas y Alta disponibilidad son usualmente utilizados para caracterizar plataformas de cómputo y comunicaciones, también son aplicables a casi cualquier nivel de operación de la red, desde el componente hasta la red completa. La tolerancia es expresada como disponibilidad, o el porcentaje de tiempo en el que un sistema en operación provee servicio productivo. Una disponibilidad continua permite evitar la perdida de información y producción.
Tolerancia a fallas (Fault Tolerant: FT) La tolerancia a fallas (FT) es la capacidad de una red para recobrarse automáticamente de las fallas. Por esta razón un sistema FT está asociado con el rango de disponibilidad de cuatro a cinco nueves (99.99% a 99.999%). Los principios de FT deben aplicarse dentro de la red, desde la infraestructura hasta las operaciones. Una organización que implementa FT debe establecer que fallas en sus sistemas son tolerables y cuales no. Es decir, la implementación de FT debe concebirse en términos de que recursos de red y de cómputo son críticos. En general un sistema u operación tolerante a fallas debe satisfacer los siguientes criterios: • • • •
Debe permitir la identificación rápida de errores y fallas. Debe permitir la provisión de servicios aunque los problemas persistan, de tal forma que dichos problemas puedan aislarse y no afecten la operación del resto del sistema. Debe permitir reparar las partes afectadas y recuperar el sistema sin interrupción del servicio. Debe permitir la transparencia de operación en los momentos de falla.
Resistencia a fallas (Fault Resilience: FR) La resistencia a fallas es un término que algunas veces es usado como sinónimo de FT, sin embargo difiere en que: • No necesariamente garantiza que no serán perdidas algunas transacciones. • La reacción a falla involucrada usualmente es en tibio.
66
•
FR es típicamente asociada aproximadamente 99.99%.
con
una
disponibilidad
de
cuatro
nueves
Alta disponibilidad (High Availability: HA) El grado de alta disponibilidad está típicamente asociado en el rango de 99.5% y 99.9%. Los sistemas HA están usualmente diseñados bajo la definición de que existirá perdida de transacciones durante la reacción a falla. Los sistemas HA cumplen los siguientes criterios: • Utilizan reacción a falla en frió. • No buscan evitar las interrupciones pero minimizan su impacto. • Son menos costosos que los sistemas FR y FT. • Están enfocados a niveles de componentes más que a plataformas completas.
CONTINUIDAD DE SERVICIO: CONFIABILIDAD VS. DISPONIBILIDAD Liotine, Liotine, M. (2003) define las métricas de continuidad como un conjunto de medidas o parámetros que reflejan cuantitativamente las condiciones de un sistema o red y que tienen el fin de servir como referencia para el control de la operación sobre un nivel mínimo de desempeño. Buenas métricas deben ser fáciles de manejar y claras para reflejar correctamente el entorno del sistema. No existe una métrica única, estás deben ser un conjunto coherente, que representen las condiciones reales de operación de la red. Aunque existen sistemas de administración que combinan métricas de red con índices escalares y ordinales (lo cual es matemáticamente incorrecto) o modelos empíricos para la medición del desempeño de la red; Liotine recomienda que el mejor juicio de medición solo lo puede realizar el criterio humano a través del conocimiento específico de la estructura de la red. Por lo anterior es necesario utilizar una metodología propia, “como un piloto (aéreo) que debe interpretar la información de varios indicadores para decidir la siguiente maniobra”. Ninguna métrica puede ser aplicable a toda la red, más aún cada métrica debe ligarse a un objetivo de servicio. Por último, debe considerarse que la ponderación de una métrica debe ser consistente a través del tiempo (el mismo tipo, rango y método de captura de datos).
Recobro El recobro incluye todas las actividades desde que se detecta una falla hasta que se recupera por completo el sistema.
Objetivo de tiempo de recobro (Recovery Time Objetive: RTO) El RTO es la meta para cumplir con un intervalo específico desde que sucede una falla hasta la recuperación completa del sistema. Para un sistema de misión crítica esto tiene significado siempre y cuando, los estados de los sistemas funcionales de red antes de la falla y después de la recuperación sean los mismos. El RTO cumple con las siguientes características: • Es un objetivo de tiempo aceptable de recobro definido por la administración de la empresa, que se especifica en horas y minutos. Los administradores determinan cuanto tiempo puede estar fuera una entidad funcional. • El RTO es determinado según la afectación económica derivada de la perdida de servicio. • El RTO puede pertenecer a un componente de red o a un sistema completo empresarial. • El RTO de un sistema con recobro automático está inversamente relacionado con el costo de su implementación, a menor RTO mayor costo de implementación. • El RTO está directamente relacionado con las pérdidas económicas, a mayor RTO mayor perdida. • Cada subsistema de red debe tener su propia curva de RTO. • Los sistemas más críticos tienen un RTO menor que los sistemas menos críticos.
67
Componentes del tiempo de recobro Para cumplir con el RTO es necesario cumplir correctamente con cada uno de los componentes que lo conforman: • Tiempo de detección • Tiempo de reacción a falla • Tiempo de diagnóstico • Tiempo de reparación Las dos últimas componentes de tiempo pueden poner en gran riesgo el RTO. Un sistema funcionando solo con los elementos de redundancia es como un avión volando con un solo motor, por lo que su nivel de confiabilidad se reduce mientras se diagnostica y es realizada la reparación de los sistemas primarios.
Algunos tipos de recobro • • • • •
Recobro de red: recobro de voz, datos (videoconferencia) Recobro de bases de datos Recobro de aplicaciones Recobro de plataformas (instaladas en servidores) Recobro de servicios: este representa el recobro en el sentido más general, púes es el tiempo total constituido por las componentes del RTO y es el que percibirá el usuario final.
Confiabilidad La confiabilidad es definida por Liotine como la probabilidad de que un componente permanezca operando con niveles aceptables de desempeño. Aun que éste término suele intercambiarse por el de disponibilidad. La disponibilidad es la probabilidad de que un suprasistema permanezca disponible a los usuarios finales, en contraste con la confiabilidad que esta asociada a subsistemas componentes. Usualmente, el concepto de confiabilidad es útil en el contexto del componente y del corto plazo, mientras que el concepto de disponibilidad tiene una connotación hacia la totalidad de un sistema funcional en el largo plazo. Es decir ambos conceptos, el de confiabilidad y el de disponibilidad muestran cual es el tiempo promedio en que un componente o suprasistema respectivamente operan correctamente.
Tiempo medio de falla (Mean Time To Failure: MTTF) El MTTF es una métrica que mide el tiempo de operación de un sistema hasta que este falla permanentemente, o bien mide la vida de operación de un sistema y cumple con las siguientes condiciones: • El MTTF no tiene significado para componentes pasivos pues estos pueden tener largos periodos de vida de hasta 100 años como los cables de red de cobre. • El MTTF tiene utilidad para los componentes activos de red. • Algunos métodos de predicción del MTTF normalizados pueden encontrarse en los estándares militares y navales, tales como (MIL-27) y (NSWC) ó en los estándares telefónicos como Telcordia (TR-332 Versión 6) y de telecomunicaciones Francesas (RDF 2000).
Recurrencia de falla Esta métrica expresada como “F” es la frecuencia con la que un elemento falla recurrentemente (fallas por unidad de tiempo). Algunos fabricantes utilizan métodos aleatorios de prueba en sus lotes de producción para estimar el promedio de esta métrica. Entre más crece una red, la probabilidad de falla se incrementa y el significado de la confiabilidad de un componente se vuelve ambiguo respecto de la confiabilidad de toda la red.
68
Tiempo medio de recobro (Mean Time to Recovery: MTTR) El MTTR es el tiempo promedio para recobrar la operación de un sistema desde el momento en que éste falla. Este parámetro se puede obtener sumando los tiempos totales de recobro de la red cuando éste ha fallado y dividir este resultado entre el número total de fallas.
Tiempo medio entre fallas (Mean Time Between Failure: MTBF) El MTBF es el promedio de vida de un sistema, el cual está basado en la frecuencia de fallas F. El MTBF es una métrica que los fabricantes usualmente usan para comparar la calidad de sus productos respecto de la competencia y cumple con las siguientes características: • Es usualmente referenciado respecto de componentes más que de una red completa. • Está inversamente relacionado con el mantenimiento de un sistema, a mayor MTBF menor necesidad de mantenimiento. • Está directamente relacionado con el costo, calidad y confiabilidad de un sistema, a mayor MTBF mayor costo, consecuente mayor calidad y confiabilidad del sistema. • Está basado en el inverso de la recurrencia de fallas MTBF = 1/F. • Lo más recomendable es utilizar el MTBF para los componentes de los sistemas críticos de la red, sobre todo los que representan puntos de falla unitarios.
Confiabilidad La confiabilidad puede expresarse como la probabilidad de que un sistema trabaje en un periodo de tiempo “t” sin fallas sobre niveles aceptables de desempeño: R(t) = exp(-t / MTBF) Donde R(t) es la confiabilidad de un sistema y cumple con las siguientes premisas: • Esta función asume que la probabilidad de falla de un sistema sigue una distribución exponencial. • La confiabilidad está relacionada con la frecuencia de falla, mientras que la disponibilidad está relacionada con la duración de un servicio. Por lo que, la confiabilidad es una métrica más granular de la certidumbre de operación de un componente o sistema. Mientras que la disponibilidad es una métrica más extensiva en el tiempo. • Si un componente o porción de red no es confiable deberán introducirse mecanismos de redundancia • La confiabilidad resultante de componentes o plataformas conectadas en serie es el producto de las confiabilidades de cada elemento. En este caso, la falla de un solo componente generará una interrupción general en el sistema. • Si un sistema es operacional, siempre y cuando todos los elementos del sistema estén operacionales, entonces el sistema contiene relaciones de elementos en serie. Mientras que si el sistema es operacional aun que alguno de sus elementos falle, entonces dicho sistema contiene relaciones paralelas. • Incrementar la confiabilidad de alguno de los componentes de un sistema mejorará marginalmente la confiabilidad de todo el sistema, mientras que añadiendo un componente de redundancia se incrementará consistentemente la confiabilidad de todo el sistema. • Un diagrama de bloques de confiabilidad (Reliability Block Diagram: RBD) es una herramienta que sirve para establecer modelos generales y que clarifica la confiabilidad de un sistema, aun que éste puede ser impractico para redes muy complejas.
69
Disponibilidad La disponibilidad define la porción de tiempo que un sistema de red proporciona servicio efectivo. La disponibilidad “A” de un sistema o componente puede ser calculada de la siguiente manera: A = MTBF / (MTBF + MTTR) De donde, la probabilidad de falla de un sistema es simplemente 1–A La disponibilidad es numéricamente equivalente a amortizar el MTTR sobre el MTBF. Por ejemplo si un sistema crítico tiene un MTBF de 15,000 hrs. y un MTTR de 3 hrs., esto implica que su disponibilidad es del orden de 99.98% y que es un sistema altamente disponible. Si asumimos que este sistema da servicio (7X24X365) entonces completa un total de 8760 hrs. por año y estará fuera por 1.75 hrs. en un año. La disponibilidad cumple con las siguientes premisas: • La redundancia tiene un efecto significativo sobre la disponibilidad y puede representarse a bloques de la misma forma que la confiabilidad. Esta representación puede realizarse con el RDB. • Una de las leyes fundamentales de la disponibilidad es la ley del retorno amortiguado. A mayor nivel de disponibilidad, un pequeño incremento resulta en muy alto costo. Una regla general es que cada nueve después del segundo nueve en el valor de disponibilidad duplica el costo de la implementación. • Los criterios de disponibilidad presentados aquí pueden usarse para estimar la contribución de cada componente a la disponibilidad total de la red. • Aunque el resultado de la disponibilidad puede referirse a una estimación general, dicho resultado es utilizado muy frecuentemente para áreas problemáticas. • Para obtener estimaciones más precisas de la disponibilidad es posible utilizar algunos modelos estadísticos más complejos como los de cadenas de Markov. Estos consideran las probabilidades entre estados de operación y falla en una cadena de subsistemas. • Una fórmula general para estimar la disponibilidad observada, Ao de una red grande, es la siguiente: Ao = (N x MT – OT) / (N x MT) Donde N es el número total de nodos, MT es el tiempo general de misión o de servicio de la red, y OT es el total de afectaciones observadas sobre el servicio a través de todos lo nodos. Cuando la disponibilidad es utilizada como métrica para caracterizar el entorno del servicio, los siguientes son algunos criterios que deben considerarse: • La disponibilidad es una medida relativa. El usuario final determina la disponibilidad con base en su percepción del servicio. • La disponibilidad no necesariamente considera procedimientos administrativos y de operación, los cuales pueden resultar profundamente negativos. • La disponibilidad representa un valor ideal, ningún elemento de red por separado puede asegurar alta disponibilidad. • La disponibilidad como único criterio de diseño puede enmascarar la frecuencia de falla y el impacto de de las oscilaciones del servicio. La afectación del sistema por una variación en el servicio no tiene el mismo impacto durante horas no productivas que en horas pico. • Las mejoras para lograr mayor disponibilidad de los servicios pueden resultar muy costosas.
70
Confiabilidad vs. Disponibilidad En los conceptos anteriores se observó que las métricas de confiabilidad y disponibilidad provienen de los mecanismos tecnológicos y de los sistemas funcionales como índices que se contraponen al concepto de vulnerabilidad. La vulnerabilidad en los sistemas de red puede expresarse como la probabilidad de falla en las relaciones de los subsistemas de una arquitectura de referencia. Si la probabilidad de falla es una variable que expresa la vulnerabilidad de un sistema y que es provocada por la entropía del Universo; entonces la confiabilidad es su complemento, ya que esta última expresa certidumbre de operación. La confiabilidad es la probabilidad en el tiempo de que la operación de los mecanismos tecnológicos permanezca sobre niveles mínimos de desempeño deseables. Por lo que, ésta es una variable que expresa que los componentes de dichos mecanismos tecnológicos contienen componentes30 sufren un decaimiento exponencial en el largo plazo31. Por otro lado, la disponibilidad es la variable que expresa la razón del tiempo de operación sobre esos niveles mínimos de desempeño con relación inversa al tiempo medio de recobro de falla del suprasistema. Por lo que, ésta es una variable que puede aplicarse a cada uno de los sistemas funcionales de red o a la red como un todo32.
LÍNEA BASE DE OPERACIÓN Teorema 4.1 La confiabilidad R(t) de un mecanismo tecnológico converge solo en el corto y mediano plazos con su variable de disponibilidad A: R(t) = exp(-t / MTBF) A = MTBF / (MTBF + MTTR)
Disponibilidad Versus Confiabilidad 120% 100%
%
80% Confiabilidad (MTBF=10hrs)
60%
Disponibilidad (MTBF=10hrs)
40% 20% 19
17
15
13
11
9
7
5
3
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0% Horas (t ó MTTR)
Figura 4.1 Disponibilidad versus confiabilidad En el largo plazo los mecanismos tecnológicos envejecen, y para que la convergencia de dichas variables siga consistente en el tiempo debe recurrirse al mantenimiento de la envolvente operativa. Este mantenimiento durará hasta que el ciclo de vida de los sistemas pueda renovarse.
30
La confiabilidad puede ser aplicada a sistemas vistos desde el enfoque de Sistemas-II (expresado en el Capítulo 2), los cuales están estructurados por otros subsistemas. 31 La confiabilidad depende directamente de las características de calidad internas del sistema. 32 La disponibilidad puede ser aplicada a sistemas vistos desde el enfoque de Sistemas-I (expresado en el Capítulo 2), los cuales representan propiedades unitarias.
71
Definición 4.1 Todas las relaciones funcionales directas de la definición 3.4 de la envolvente operativa de la infraestructura de soporte pueden caracterizarse en forma general por métricas de vulnerabilidad y tolerancia. Definición 4.2 Las métricas de vulnerabilidad representan la probabilidad de falla y pueden expresarse en dos términos: Tiempo fuera (Down-time) Es la proporción de tiempo de falla equivalente al 100% Tiempo lento (Show-time) Es la proporción del tiempo de falla menor al 100%. La probabilidad de falla puede expresarse unitariamente como el complemento de la disponibilidad: A-1 Definición 4.3 Las métricas de tolerancia se encuentran dentro del tiempo arriba (Uptime) de operación de los sistemas y pueden expresarse en dos términos: La disponibilidad Define la porción de tiempo, que un sistema funcional (Sistema-I) proporciona servicio efectivo: A = MTBF / (MTBF + MTTR) La confiabilidad Es la probabilidad de que un sistema tecnológico (Sistema-II) opere en un periodo de tiempo “t” sin fallas (sobre niveles mínimos aceptables de desempeño) R(t) = exp(-t / MTBF) Definición 4.4 La línea base de operación de la de la infraestructura de soporte referida en el Postulado 3.3 estará constituida por los índices de confiabilidad relevantes de sus sistemas tecnológicos. • Estos Índices expresarán las magnitudes operativas de cada componente tecnológico. • Cada magnitud estará relacionada con el impacto producido sobre la disponibilidad del servicio de cada subsistema. • La línea base de operación para cada subsistema en esta tesis asume que los índices de confiabilidad que serán expuestos en los capítulos 5 a 7 permitirán mantener la infraestructura de soporte en niveles de servicio mayores al 99.5%.
72
CONCLUSIÓN Este capítulo definió la línea base de operación como un conjunto de índices operativos, los cuales caracterizan la operación deseada de los subsistemas tecnológicos de la infraestructura de soporte y que deben mantenerse en altos valores de desempeño. De esta forma, se estableció el objetivo final, el cual es obtener un rango de disponibilidad entre el (99.5→ 99.9)% para la infraestructura de soporte. Este objetivo permitirá ser una base para que los subsistemas restantes del backbone ofrezcan una disponibilidad en el rango de (43.8→ 8.76)hrs. fuera de servicio al año. El objetivo anterior de disponibilidad para la infraestructura de soporte debe tomar en cuenta las siguientes restricciones: • • • • •
La disponibilidad es una medida relativa. El usuario final determina la disponibilidad con base en su percepción del servicio. La disponibilidad no necesariamente considera procedimientos administrativos y de operación, los cuales pueden resultar profundamente negativos. La disponibilidad representa un valor ideal, ningún elemento de red por separado puede asegurar alta disponibilidad. La disponibilidad como único criterio de diseño puede enmascarar la frecuencia de falla y el impacto de las oscilaciones del servicio. La afectación del sistema por una variación en el servicio no tiene el mismo impacto durante horas no productivas que en horas pico. Una regla general es que cada nueve después del segundo nueve en el valor de disponibilidad duplica el costo de la implementación (ley del retorno amortiguado).
Por otro lado, es importante subrayar que debe evitarse una mala interpretación del concepto de redundancia. Es común pensar que comprar redundancia es suficiente para mantener tolerancia operativa. Sin embargo es necesario saber que la efectividad de la redundancia estará basada en al menos los siguientes criterios: • • • •
La redundancia debe eliminar puntos unitarios de falla. Siempre será requerido un procedimiento adecuado de reacción a falla para el recurso redundante. El recurso redundante debe proveer un nivel equivalente de servicio que el ofrecido por el elemento primario. La replicación de recursos no debe ser colocada en localidades de infraestructura comunes.
73
REFERENCIAS Ackerley, Roger (2004). Telecommunications Performance Engineering. United Kingdom: The Institution of Electrical Engineers. Dally, W. J., Poulton J. W. (1998). Digital Systems Engineering. New York: Cambridge University Press. Guizani, M., Rayes, A. (1999). Design ATM Switching Networks. New York: McGraw Hill. Higginbottom, N. G. (1998). Performance Evaluation of Communication Networks. Norwood MA.: Artech House. Keshav, S. AT&T Labs-Research (1997). An Engineering Approach to Computer Networking: ATM Networks, the Internet, and the Telephone Network. Hew Jersey: AddisonWesley. Liotine, M. (2003). Mission-Critical Network Planning. Norwood, MA: Artech House. McCabe, James D. (2003). Network Analysis, Arquitecture & Design, Second Edition. Kaufmann Publishers.
Morgan
Norris M., Davis R., Pengelly A., (2000). Component-Based Network System Engineering. Norwood, MA: Artech House, Inc.
74
CAPÍTULO 5
ENVOLVENTE OPERATIVA DEL
SISTEMA DE SUMINISTRO DE ENERGÍA
PREMISAS Definición 5.1 La confiabilidad de los parámetros de desempeño de los sistemas de suministro de energía para un cliente empresarial depende de la disponibilidad de los subsistemas tecnológicos de generación (nivel 1), de transmisión (nivel 2) y de distribución (nivel 3). Bollen H. J. M. (2000) P. 50
Figura 5.1 Servicio típico para la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica IEEE Std. 241-1990 Definición 5.2 Los subsistemas tecnológicos de nivel 1 y nivel 2 son considerados de alta tensión mientras que los subsistemas de nivel 3 son considerados de media y baja tensión. Bollen H. J. M. (2000) Definición 5.3 Algunos estudios recientes muestran que tanto en Norteamérica como en Europa que el rango del (63→ 78)% de interrupciones son ocasionadas en el subsistema de nivel 3. Bollen H. J. M. (2000) Dugan, C. R., McGranaghan, F. M., Santoso S. Beaty, H. W. (2003) Definición 5.4 El consumidor empresarial individualmente no puede modificar directamente los índices de confiabilidad del subsistema de media tensión, ya que normalmente este subsistema está asociado a los servicios de la compañía de energía. Sin embargo, el consumidor empresarial si puede mitigar las áreas de vulnerabilidad del subsistema de baja tensión. Definición 5.5 Será empleado el término de sistema de suministro de energía eléctrica ó simplemente sistema de suministro de energía (visto como sistema I, S1) como sinónimo de subsistema de distribución de energía eléctrica de baja tensión (Electric Power Distribution System). Bollen H. J. M. (2000) IEEE Std 493-1997
75
INTRODUCCIÓN Utilizando el enfoque holístico para el sistema de suministro de energía, será establecida una arquitectura de referencia que estará basada en cuatro subsistemas funcionales. Las envolventes operativas representan las tolerancias finales de los subsistemas funcionales de la infraestructura de soporte, y estas se establecen con la definición de pivotes de disponibilidad determinable y de deltas de cumplimiento arquitectónico. La definición de dichos subsistemas funcionales permite observar al sistema de suministro de energía abreviadamente. Estos subsistemas funcionales (estructura, seguridad, desempeño y administración) son reunidos en forma estratificada para visualizar fácilmente la interdependencia de los mismos. Además esta estratificación permite mostrar una línea simple de causalidad funcional. La figura siguiente muestra los subsistemas funcionales del sistema de suministro de energía en una forma estratificada. El cumplimiento de criterios arquitectónicos en forma ascendente (abajo hacia arriba) permite desarrollar paulatinamente una arquitectura homogénea y consistente.
Línea base de operación del sistema de distribución de energía
Administración Desempeño Estructura Seguridad
Monitoreo
=
Cableado
Cableado
Tierras Físicas
Tierras Físicas
Acondicio namiento E léctrico
Cableado
A condicio- namiento E léctrico
Tierras Físicas
Acondicionamiento E léctrico
SUBSISTEMAS TECNOLÓGICOS
SUBSISTEMAS FUNCIONALES
Figura 5.2 Arquitectura general de referencia del sistema de suministro de energía enfoque funcional y tecnológico En esta tesis no será realizado el desarrollo lógico-simbólico de las relaciones funcionales internas y externas del suprasistema de suministro de energía. Dicha descripción funcional de la arquitectura de referencia se asume como válida. Por lo anterior se acepta que existen las relaciones de interdependencia suficientes para considerar como fundamentales los estratos funcionales y subsistemas tecnológicos antes expuestos. Para justificar la existencia de esta arquitectura general, esta tesis ha tomado como referencia las más recientes publicaciones de la IEEE del ITIC, del NEC, del IEC y varias referencias bibliográficas sólidas disponibles en el mercado especializado del tema. El estándar IEEEE Std 1100-1999 “Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment” y el estándar IEEE Std 493-1997 “Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Comercial Power Systems” observan los subsistemas funcionales expuestos en esta tesis como los subsistemas generales de un sistema de suministro de energía de baja y media tensión.
76
LOS SUBSISTEMAS FUNCIONALES Cada subsistema funcional representa una función general que es posible gracias a la intersección de criterios arquitectónicos con los subsistemas tecnológicos. Estos criterios incluyen: • el diseño, • la implementación, • la operación y • el mantenimiento Estos criterios arquitectónicos integran una serie de recomendaciones prácticas que son propuestas por diferentes organismos normativos, tanto locales como internacionales.
Estructura La siguiente tabla muestra la relación entre los subsistemas y mecanismos tecnológicos con los criterios arquitectónicos generales de diseño e implementación correspondientes de la estructura física. Subsistemas y mecanismos tecnológicos de Hardware
Criterios arquitectónicos generales de diseño e implementación
Alambrado Soporte (escalerillas, conductos paneles, cajas, juntas, regletas, gabinetes, racks, distribución de cargas, etc) Conducción (conductores, receptáculos, zapatas, conectores, elementos aislantes, switches, etc.) Tierras físicas Electrodos Aparta rayos Conductores de tierra Referencias de señal (malla, plano para zonas equipotenciales baja y media frecuencia Hz-Khz) Mecanismos de acondicionamiento eléctrico Transformadores de aislamiento UPS Supresores de transitorios Bancos de capacitores
Tabla 5.1
(diseño) • Distribución espacial de elementos: topología (implementación) • Identificación: etiquetado, códigos, organización, orden, limpieza • Integración Mecánica
Subsistemas tecnológicos y criterios arquitectónicos de la estructura
Seguridad La siguiente tabla muestra la relación entre los subsistemas y mecanismos tecnológicos con los criterios arquitectónicos generales de diseño e implementación correspondientes al subsistema de seguridad. Subsistemas Y Mecanismos Tecnológicos Recomendaciones derivadas de los criterios de Hardware arquitectónicos generales de diseño e implementación Alambrado (diseño) Conducción (conductores, receptáculos, zapatas, • Índices confiabilidad: baja y media conectores, elementos aislantes, switches, etc.) Tierras físicas frecuencia Hz-Khz Electrodos Conducción Pararrayos Impedancia Conductores de tierra Referencias de señal (malla, plano para zonas Reactancia equipotenciales baja y media frecuencia Hz-Khz) (implementación) Sistemas de acondicionamiento Transformadores de aislamiento • Peaje en sitio UPS Definición de áreas de riesgo Supresores de transitorios Restricciones de acceso Bancos de capacitores Tabla 5.2
Subsistemas tecnológicos y criterios arquitectónicos de la seguridad
77
Desempeño La siguiente tabla muestra la relación entre los subsistemas y mecanismos tecnológicos con los criterios arquitectónicos generales de diseño e implementación correspondientes al subsistema desempeño de banda ancha del sistema de suministro de energía. Subsistemas y Mecanismos Tecnológicos de Hardware
Recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño y operación
Alambrado Conducción (conductores, receptáculos, zapatas, conectores, elementos aislantes, switches, etc.)
Tierras físicas Electrodos Pararrayos Conductores de tierra Referencias de señal (malla, plano para zonas equipotenciales baja y media frecuencia Hz-Khz)
Sistemas de acondicionamiento Transformadores de aislamiento UPS Supresores de transitorios Bancos de capacitores
Tabla 5.3
(diseño-operación) • Índices confiabilidad: baja, media y alta frecuencia Hz-Khz-Mhz (voltaje y corriente) Distorsión de onda (transitorios, armónicos) Amplitud de onda (variaciones de corto y largo plazo) Frecuencia
Subsistemas tecnológicos y criterios arquitectónicos del desempeño
Administración La siguiente tabla muestra la relación entre los subsistemas y mecanismos tecnológicos con los criterios arquitectónicos generales de diseño, implementación, operación y mantenimiento correspondientes la administración del sistema de suministro de energía. Subsistemas y Mecanismos Tecnológicos de Hardware
Alambrado Conducción (conductores, receptáculos, zapatas, conectores, elementos aislantes, switches, etc.)
Tierras físicas Electrodos Pararrayos Conductores de tierra Referencias de señal (malla, plano para zonas equipotenciales baja y media frecuencia Hz-Khz)
Sistemas de acondicionamiento Transformadores de aislamiento UPS Supresores de transitorios Bancos de capacitores
Tabla 5.4
Criterios arquitectónicos generales diseño, implementación, operación y mantenimiento
(diseño-implementación) • Documentación (actualizada) (operación) • Procedimientos de operación (mantenimiento) • Procedimientos de monitoreo • Procedimientos de mantenimiento preventivo • Procedimientos de mantenimiento correctivo
Subsistemas tecnológicos y criterios arquitectónicos de la administración
78
Alambrado Tierras físicas Sistemas de acondicionamiento eléctrico
Alambrado Tierras físicas Sistemas de acondicionamiento eléctrico
Desempeño (línea base )
Administrac ión
Identificación
Documentación actualizada
Diseñoimplementación
Estructura
Procedimientos de operación
Operación
Seguridad
79
Monitoreo y mantenimiento
Mantenimient o
Índices confiabilidad
Diseño-
Tierras y aparta Acceso y peaje rayos
Diseño-Impl ementac ión
Estructura
Diseñooperación
Integración Mecánica
Implem entació n
A R Q U I T E C T Ó N I C O S
D I S T R I B U C I Ó N
Diseño-Impl ementac ión
Distribución espacial
Diseño
C R I T E R I O S
D E
Envolvente operativa del sistema de distribución de energía
Alambrado Tierras físicas Sistemas de acondicionamiento eléctrico
Seguridad
Tabla 5.5
Alambrado Tierras físicas Sistemas de acondicionamiento eléctrico
SISTEMAS TECN OLÓGICO S
O P E R A T I V A D E L S I S T E M A D E E N E R G Í A
Estructura
SISTEMAS FUNCIONAL ES
E N V O L V E N T E
La siguiente tabla muestra la intersección entre los sistemas funcionales, subsistemas tecnológicos y criterios arquitectónicos que estructuran la arquitectura de referencia del sistema de distribución eléctrica.
ENVOLVENTE OPERATIVA
INTERSECCIONES DE LOS SISTEMAS FUNCIONALES-TECNOLÓGICOS Y CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS EN LA
X
Tabla 5.6
Alambrado Subsistemas de tierras y aparta rayos Subsistemas de acondicionamien to eléctrico
Sis tem as t ec no lóg ic os
Distribución
Cri t eri os Ar q uit ec tó nic o s
X
X
X
X
X
N OR MA Of ic ial M ex ica na N OM -00 1- SE DE1 99 9 I ns tal ac io nes e lé ctr ic as ( ut ili za ci ón)
X
X
X
(Na t ion al Elc t ric al Cod e of Nat i ona l F i re Pro t ect ion Ass o cia tio n )
NEC - NFP A 7 0 200 5
E S T Á N D A R E S B Á S I C O S
Y
X
X
X
Re co mm end ed Pr ac ti ce for Po we ri ng and Gr ou nd ing El ec tr oni c Eq ui pm ent
IE EE S td. 11 0 0 19 99 ( Eme ral d bo ok )
E S P E C I A L I Z A D O S
X
X
Rec o mme nd ed Pra c tic e fo r Ele c tri c Pow e r S ys te ms in C omm er ci al Bui l din gs
X
X
Re co mme n ded Pr ac tic e fo r Gr ou ndi n g o f In du str i al an d Co mm erc i al Po we r S y ste ms
80
X
X
R ec omm e nde d P ra cti c e o n S ur ge V olt ag es i n Low - Vol ta ge AC P ow er C irc ui ts
IEE E St d. 2 41- IE EE St d . 1 42- I EE E S t d. C6 2.4 1199 0 (G re y 19 91 (G r een 1 99 1 bo ok ) boo k )
E S T Á N D A R E S
E S T Á N D A R E S
intersección de los sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y estándares para la estructura
X
X X
Identificación
E S T R U C T U R A
La siguiente tabla muestra la intersección de los sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y estándares para la estructura del sistema de suministro de energía.
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS PARA LA ESTRUCTURA Y ESTÁNDARES
Integración
Diseño e implementación de la estructura del sistema de distribución: razones del uso de estándares Algunas de las razones prácticas que demandan el uso de criterios arquitectónicos estándarizados en el diseño e implementación de la estructura del sistema de suministro son las siguientes: ♦ establecer zonas de compatibilidad electromagnética y de criticidad de cargas ♦ prever problemas de intermitencia conductiva, inductiva y reactiva ♦ desarrollar un diseño que cumpla con los criterios arquitectónicos y de seguridad locales e internacionales ♦ simplificar la identificación de los elementos y subsistemas ♦ mantener cohesión mecánica en el largo plazo ♦ reducir la corrosión ♦ evitar conexiones galvánicas ♦ facilitar la operación, el mantenimiento y crecimiento de las instalaciones.
Impacto cualitativo de la baja confiabilidad del sistema de suministro eléctrico de no observar los estándares El impacto que puede provocar el no observar los estándares estructurales incluye las siguientes consecuencias: ♦ todos los posibles riesgos de seguridad y desempeño posible clausura de las instalaciones por incumplimiento de estándares básicos
81
A cce sib il id ad Ven ti lac ión
Es pa cio OK
Tecnológicos
Junturas, Tornillos, Prisioneros, Remaches Conductores y conectores eléctricos Instalación de cargas sensibles Instalación de cargas de infraestructura Instalación acondicionamiento E.
Mecanismos
Etiquetas de cargas y mecanismos Mecanismos Tecnológicos Estructuras de soporte y conductos eléctricos Conductos de fluidos de infraestructura Mecanismos acondicionamiento ambiental Conexión acometida y acondicionamiento E. Conexión acondicionamiento E. y cargas
Señalamientos
C ali dad m ate ria le s C ali dad m ate ria le s
S ime trí a
S ime trí a
D ist rib uc ión S ime trí a
L imp iez a
A cce sib il id ad Ven ti lac ión
Es pa cio OK
Zona operación y mantenimiento Zonas equipotenciales baja frecuencia Zonas equipotenciales alta frecuencia Temperatura y Humedad
Mec ani smo s Tec no ló gic os
A cce sib il id ad Ven ti lac ión
Es pa cio OK
E sta bil id ad I den tif ic aci L imp iez a
A cce sib il id ad Ven ti lac ión
Es pa cio OK
Zona riesgo
Tabla 5.7
Integración Ca li dad S oli dez in st ala ció n Ca li dad S oli dez in st ala ció n Ca li dad S oli dez in st ala ció n Ca li dad S oli dez in st ala ció n Ca li dad S oli dez in st ala ció n
Ce rc aní a
Ce rc aní a
No ac opl ami ent os Gal v. No ac opl ami ent os Gal v.
I lum ina ci ón
I lum ina ci ón
I lum ina ci ón
I lum ina ci ón
Li mp ie za
Li mp ie za
Li mp ie za
Li mp ie za
Li mp ie za
Li mp ie za
A R Q U I T E C T Ó N I C O S
A R Q U I T E C T Ó N I C O S
L A
E S T R U C T U R A
Se nci lle z
Se nci lle z
Se nci lle z
Se nci lle z
Se nci lle z
82
1 1 1 1
1 0% 1 0% 1 0% 1 0%
1
0% 0%
delta_cumplimiento_1
1
1
0%
0%
1
0%
Desviación-r_1
1
0%
1 1 1 1 Do cum . 1 1 1 1 OK Do cum . 1 1 OK Do cum . 1 1 OK Do cum . 1 1 OK
1
1
1
1
1 0%
0%
1 1 1 1 Distribución
0%
1 1 1 1
1
1 1 1 1 0%
1 1 1
0%
1
Identificación
1
1 1 1 1 1 0%
1 1 1
1
1 1 1 1 1 1 1 1 0% 1 1 1 1 1 1 1 1 0%
1
1 1 1 1 1 1 1 1 0%
Do cum . 1 OK Do cum . 1 OK Do cum . 1 OK Do cum . 1 OK Do cum . 1 OK Integración
de Do cum . OK de Do cum . OK de Do cum . OK de Do cum . OK de Do cum . OK
có di gos de co lo res có di gos de co lo res
có di gos co lo res có di gos co lo res có di gos co lo res có di gos co lo res có di gos co lo res
Evaluación Di str ibu ció nd ev. mo Id ent ifi cac ió n Identificación Se nci lle z có di gos de Do cum . 1 1 1 1 1 1 1 1 0% 1 co lo res OK
D E
Evaluación de criterios arquitectónicos de estructura
Le gi bil ida d S enc ill ez
Le gi bil ida d S enc ill ez
A cce sib il id ad Ven ti lac ión
Es pa cio OK
Zona BT
Distribución A cce sib il id ad Ven ti lac ión
C R I T E R I O S
C R I T E R I O S
Es pa cio OK
Tecnológicos
D E
Zona MT (Acometida)
Mecanismos
E V A L U A C I Ó N
La siguiente tabla muestra el detalle de los criterios arquitectónicos de diseño, implementación, operación y administración para la estructura del sistema de suministro: distribución, identificación e Integración. Dichos criterios han sido basados en la normatividad nacional e internacional vigente NOM-001-SEDE-1999, NEC-NFPA 70 2005, IEEE-1990/1999.
En la tabla anterior puede observarse, que en la primera columna de la izquierda se encuentran los mecanismos componentes correspondientes a la estructura del sistema de suministro, en el siguiente grupo de columnas de la derecha se encuentran los criterios arquitectónicos y finalmente en el grupo de la derecha se encuentra una tabla de evaluación arquitectónica de la estructura. La evaluación de la estructura toma en cuenta que cada criterio cumplido tiene un peso de una unidad. De esta manera, si todos los criterios se cumplen, entonces la tabla completa tiene un peso de 79 unidades. Este peso máximo de 79 representa una desviación del 0% relativa respecto de los criterios y mecanismos definidos. Definición 5.6 Desviación-r_1 = 100%(1 - Σdev./79) Definición 5.7 Por otro lado, para ponderar la afectación de la disponibilidad de todo el subsistema de distribución respecto del cumplimiento de la estructura es necesario introducir un factor de cumplimiento. Este factor de cumplimiento es llamado “delta_cumplimiento_1”. De esta forma, a menos que todos los criterios (79 en este caso) se cumplan, entonces la seguridad cumplirá y tendrá el valor de la unidad (1). Si este valor es cero entonces la delta de cumplimiento no afectará la disponibilidad del sistema de suministro linealmente, sino que enviará a indeterminación la disponibilidad total del sistema (ver postulado 5.1). Postulado 5.1 a) Si, delta_cumplimiento_n = 1 (donde n= 1, 2, 3, 4)33 y las otras deltas de cumplimiento del resto de subsitemas funcionales del sistema de suministro de energía también valen 1 y las disponibilidades del centro de distribución y la estructura de referencia equipotencial son determinables, entonces la disponibilidad total del sistema de suministro de energía es determinable b) Si, delta_cumplimiento_n = 0 (donde n= 1, 2, 3, 4) 34 y aun que las otras deltas de cumplimiento del resto de subsitemas funcionales del sistema de suministro de energía valgan 1 y las disponibilidades del centro de distribución y la estructura de referencia equipotencial sean determinables, entonces la disponibilidad total del sistema de suministro de energía es indeterminable
33
n = 1,2,3,4 pues representa a los subsistemas de estructura seguridad y desempeño y la evaluación de la línea base de operación, por supuesto se asume que la disponibilidad del subsistema de administración posee por lo menos la misma disponibilidad que la máxima de en el resto suministro. 34 n = 1,2,3 pues representa a los subsistemas de estructura seguridad y desempeño, por supuesto se asume que la disponibilidad del subsistema de administración posee por lo menos la misma disponibilidad que la máxima de en el resto suministro.
83
DISTRIBUCIÓN
Figura 5.3 Recomendación de separación de cargas en los circuitos de distribución utilizando elementos de acondicionamiento de energía (transformadores de aislamiento). IEEE Std. 1100-1999
Como es posible observar, en el diagrama anterior es fundamental que el diseño del subsistema de alambrado considere la correcta separación de cargas. Dicha separación de cargas debe estar en función de la compatibilidad electromagnética (nivel de emisión armónica) entre cargas y del nivel de criticidad de las mismas. De esta manera, las cargas críticas (los equipos de telecomunicaciones del backbone) con un promedio bajo de polución deben estar en circuitos aislados por un transformador y un o más UPS’s en paralelo. Por otro lado, los sistemas de acondicionamiento ambiental, iluminación, elevadores, puertas automáticas, zonas de maquinaria industrial o de servicios deben aislarse utilizando sus propios transformadores. La separación de circuitos además de mantener zonas de compatibilidad electromagnética y grados de criticidad permiten realizar mantenimientos preventivos y diagnósticos de falla en forma más sencilla y efectiva. Por lo anterior, las cargas críticas y no críticas en relación con los sistemas de acondicionamiento de energía deben guardar patrones de distribución basados en la compatibilidad electromagnética y criterios de criticidad de dichas cargas.
84
85
Figura 5.4 Ejemplo de la disposición espacial de los sistemas de acondicionamiento eléctrico (centro distribución para cargas críticas, comúnmente UPS). IEEE Std. 1100-1999 El mejor diseño para el aislamiento de cargas críticas incluye mantener la menor distancia entre el sistema central de distribución y las cargas críticas.
Figura 5.5 Carga con un circuito de doble switch de protección y doble electrodo de tierra, IEEE Std. C62.43™-2005 Los sistemas de seguridad deben distribuirse tomando en cuenta patrones espaciales. Es decir, el diseño del alambrado y los sistemas de tierra deben considerar las trayectorias de los circuitos en términos de longitud y cercanía con línea de entrada, con los switches de seguridad y electrodos de tierra. Un patrón de distribución puede ser el mantener al menos un switch primario y un switch secundario de protección en una trayectoria de longitud máxima. En este escenario es recurrente que dicho patrón de distribución de elementos de protección considere conectar más de un electrodo de tierra por trayectoria común, esto permitirá asegurar una trayectoria de baja impedancia para corrientes de falla. En el circuito del diagrama anterior, el elemento de protección secundaria se encuentra lo más cercano a la carga protegida. Esto permite evitar sobrecalentamiento sobre la longitud de los conductores provenientes del primer protector. Por otro lado, la continuidad de tierras físicas utilizando un conductor de tierra entre los dos electrodos permite mantener el funcionamiento efectivo de los sistemas de protección, tales como switches térmicos de corriente, fusibles, entre otros.
86
IDENTIFICACIÓN
Figura 5.6 Las categorías de área para la correcta implementación de sistemas aparta rayos son un ejemplo, donde la identificación de secciones espaciales es crucial. IEEE C62.41-1991 El criterio para la identificación adecuada de áreas generales de riesgo según el manejo de niveles de tensión eléctrica permite establecer zonas seguras y de riesgo. A partir de la demarcación de las zonas de riesgo es posible distribuir los elementos para el control de transitorios y definir medidas para mantener la integridad física de los operarios. Este criterio de identificación espacial es básico en ambientes industriales hostiles. A partir de este criterio es posible reducir a un mínimo el riesgo de accidentes y facilitar las actividades de operación, crecimiento y mantenimiento preventivo-correctivo de los subsistemas distribución eléctrica. Los patrones de identificación están basados en códigos de color, señalamientos, y simbología.
87
Figura 5.7 Cargas típicas en un edificio comercial. IEEE Std. 241-1990 La identificación adecuada de las cargas es indispensable para clasificarlas según su nivel de polución electromagnética (IEM) y según su nivel de criticidad en el sistema de distribución.
Figura 5.8 Equipos de acondicionamiento de energía eléctrica. IEEE Std. 1100-1999 Tan importante como la identificación de cargas es la identificación de los elementos de acondicionamiento eléctrico. Los datos de las cargas versus los sistemas de acondicionamiento permitirá establecer el criterio de distribución en los circuitos.
88
INTEGRACIÓN
Figura 5.9 Constitución de cables de múltiples hilos. IEEE Std. 241-1990 ver también, NEC-NFPA 70 2005 y NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999 La calidad de la integración mecánica de materiales en conductores, aislantes y sus empalmes respectivos es fundamental en la constitución del sistema de alambrado
89
Línea de alimentación Iluminación principal
Tomas de corriente
Rieles de conducción
Figura 5.10 Algunos elementos de soporte y guía para el sistema de alambrado. IEEE Std. 241-1990 ver también, NEC-NFPA 70 2005 y NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999 Debe observarse que muchos de los elementos de soporte y conducción espacial son metálicos, por esta razón debe asegurarse una integración mecánica de alta resistencia a la intemperie en relación con las condiciones de trabajo de dichos elementos. Esto permitirá prever problemas de intermitencia conductiva, inductiva y reactiva que pueden afectar en forma no visible la seguridad y desempeño de todo el sistema de distribución.
Figura 5.11 Conductos de alambrado. IEEE Std. 241-1990, ver también, NEC-NFPA 70 2005 y NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999 Los conductos de alambrado permiten guiar y aislar los conductores de suministro. Estos tienen una gama amplia de geometrías y materiales para cada escenario, metálicos o sintéticos requieren un nivel de integración mecánica homogénea y de alta resistencia. De la calidad de la instalación de los conductos depende el control sobre variables no visibles que pueden afectar la seguridad y el desempeño.
90
Figura 5.12 Interconexión de los electrodos de tierra del edificio. IEEE Std. 1100-1999. ver también, NEC-NFPA 70 2005 y NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999 Las interconexiones de todos los elementos de tierra física en el edificio comúnmente están expuestas a las condiciones del medio ambiente, tales como el agua, el aire y diferencias de temperatura en el mejor de los casos. En ocasiones estas interconexiones están en contacto con elementos ácidos o alcalinos que degradan los materiales. Por estas razones es necesario asegurar que los elementos integradores de sujeción, empalme, etc. sean resistentes a los umbrales ambientales de instalación y operación.
Figura 5.13 Requerimientos de tierras del sistema para transformadores de aislamiento EEE Std. 1100-1999 El criterio de integridad mecánica también concierne a los elementos de acondicionamiento eléctrico tales como los transformadores, UPS, capacitores, supresores de picos, generadores, etc. De la calidad de las instalaciones e interconexiones depende también, el control sobre variables no visibles que afectan la seguridad y el desempeño.
91
VENTAJAS DE MANTENER PATRONES DE DISTRIBCIÓN, IDENTIFICACIÓN E INTEGRACIÓN
Figura 5.14 Diagrama simétrico de localización típica de protecciones para cargas en contra de transitorios. IEEE Std. 1100-1999 La utilización de patrones de distribución permite realizar un diseño simétrico, seguro y confiable para el sistema de alambrado en relación con las cargas, sistemas de acondicionamiento eléctrico, y sistemas de acondicionamiento ambiental. Por otro lado, además de establecer zonas de compatibilidad electromagnética, de criticidad de cargas, de permitir el mantenimiento preventivocorrectivo y de establecer demarcaciones de seguridad, los patrones de distribución simplifican la identificación de los elementos y subsistemas. La intersección de criterios de distribución e identificación permiten el desarrollo eficaz de diagramas y documentación correspondiente.
Figura 5.15 Errores típicos de sistemas de tierra en circuitos finales. Estos errores pueden evitarse si se siguen patrones de integración, identificación y distribución. IEEE Std. 1100-1999
92
M ecani smos te cnoló gico s
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Tierras y aparta rayo
X
Estructura y segurida
Tabla 5.8
To polog ía de di strib ución S u b s i s t e m a s d e In terco nexió n co mún d e Tie rra tierras Fí sica a su bsist emas Zo nas eq uipot encia les en el r ango de 60 Hz . Si stema de pr otecc ión c ontra ra yos S u b s i s t e m a s d e Et apas de a c o n d i c i o n a m i e n ac ondic ionam iento to eléctrico el éctri co
Alambrado
S is tem as tec no lóg icos
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
I nstala cio ne s e léctri cas ( utiliz aci ón ) .
X
X
X
X
X
(N ationa l El ctrica l Co de of Na tional Fi re Pr otecti on As sociat ion )
N ORMA O fic ia l NE C-NFPA 70 20 05. M exican a N OM-001 -SE DE 1 999,
X
X
X
X
R ecom mende d P ract ice f or P ower ing a nd G roun ding E lect ronic E quip ment.
I EEE Std. 1 100 1999 ( Emer ald b ook)
X
Rec om men ded Pra ct ice for Ele ct ric Pow er Sys te ms in Com me rci al Bui ld ing s
X
X
X
X
Rec ommen ded Pra ctice for Gro undin g of Ind ustri al and Com merci al Pow er Sys tems.
93
X
X
R ecomm ende d P racti ce o n S urge V oltag es i n L ow-Vo ltag e AC P ower C ircui ts
X
I EEE C 62.4 1- UL9 6A -19 82, 1 991 UL4 97 -19 96, UL4 97 A199 8,
E S P E C I A L I Z A D O S
IEE E Std . IEE E Std . 241 - 199 0 142 - 199 1 (Gr ey bo ok) (Gr een boo k)
E S T Á N D A R E S
E S T Á N D A R E S
E S T Á N D A R E S B Á S I C O S
Y
Sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y estándares
Políticas de peaje y
Cr it eri os Ar qui te ctó nicos
S E G U R I D A D
La siguiente tabla muestra la intersección de los sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y estándares para la seguridad del sistema de suministro de energía.
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS PARA LA SEGURIDAD Y ESTÁNDARES
acceso
Diseño e implementación del subsistema de seguridad: razones del uso de estándares Algunas de las razones prácticas que demandan el uso de los criterios arquitectónicos en el diseño, implementación y operación del subsistema de seguridad son las siguientes: ♦ Reducir el riesgo de voltajes transitorios parásitos, corrientes de fuga y arcos eléctricos provocados por fuentes electrostáticas, climáticas o locales y transitorias de conmutación que puedan provocar accidentes de daño menor o extremo sobre personas y cargas de alta y baja prioridad. ♦ Establecer zonas equipotenciales de seguridad. ♦ Asegurar que la instalación del sistema aparta rayos no genere corrientes derivadas o fugas de tensión.
Impacto cualitativo de la baja confiabilidad del sistema de suministro eléctrico de no observar los estándares Efectos sobre personas y mecanismos tecnológicos (riesgo contundente 0-40KV) ♦ Alteración nerviosa-muscular originada por unas decenas de volt hasta quemaduras internas y externas de tercer grado originadas por varios KV o daño irreversible a órganos vitales. ♦ Entorpecimiento de la operación humana para el mantenimiento preventivo y correctivo. ♦ Interrupción de décimas o centésimas de segundo en la transferencia de datos hasta destrucción de semiconductores, resistencias, capacitores o inductores.
Impacto cuantitativo de la baja disponibilidad en el plan de sincronía de no observar los estándares Efecto sobre el servicio (tiempo) ♦ minutos-días para realizar el mantenimiento preventivo o recuperar el servicio que requiere una actividad correctiva, en el caso de que no exista redundancia ♦ fracciones de segundo-horas-días para reestablecer el servicio
94
S iste ma s d e c ontr ol y m onit or eo
S upre so res de t rans it ori os G ener ad or
U PSs (e ntr ada y b ypas s)
T ermi na les al a ire l ibre T rans fo rma dor es
P anel es , S wit ch es s egur id ad, Ca ja s d e br ak ers E lect ro dos de t ierr a
R acks
C arga s no s ensi bl es G abin et es
C arga s sen sib le s
A part a ray os
C ondu ct ore s d e t ierr a
J untu ra s
S itio y zo nas v ulne ra ble s
Mecanismos Tecnológicos
C R I T E R I O S
Tabla 5.9
Pr ot ecc ió n Ca te gor ía B
I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as
I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as
I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as
I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as Pr ohi bido el ect rodo s ai sla dos
95
1
D e s v i a c i o n -r 2 delta cumplimiento 2
Res gu ard o fís ic o
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1 1
1
1
1
1
1
Res gu ard o fís ic o
1
1
1
1 1
1
1
1
1 1
1
1
Res gu ard o fís ic o
Res gu ard o fís ic o
Res gu ard o fís ic o
Res gu ard o fís ic o
Evaluación
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 2 3 4 5 6 7 dev. mod.
S E G U R I D A D
Acceso y Peaje en el sitio
D E
Evaluación de criterios arquitectónicos de seguridad
Aco ndic io nam ie nto cir cuit os Aco ndic io nam ie nto cir cuit os
aparta-rayos
I nte rco ne xió n a l S ist ., ti err as
Tierras y
A R Q U I T E C T Ó N I C O S
A R T Q U I T E C T Ó N I C O S
Có dig os de co lo r
C R I T E R I O S
Estructura
D E
E sta bl ecer p olí ti cas de a cce so R eac ta ncia e I ndu ct anci a c apa ci tiva mi n. Rea ct anci a e Lo m ás I ndu ct anci a co rt os c apa ci tiva mi n. po si ble Ca te gor ía de z ona C
E V A L U A C I Ó N
La siguiente tabla muestra el detalle de los criterios arquitectónicos de diseño, implementación y operación para la estructura del sistema de suministro: estructura, tierras y aparta rayos y acceso y peaje en sitio. Dichos criterios han sido basados en la normatividad nacional e internacional vigente.
En la tabla anterior puede observarse, que en la primera columna de la izquierda se encuentran los mecanismos tecnológicos correspondientes a la estructura-seguridad del sistema de suministro, en el siguiente grupo de columnas de la derecha se encuentran los criterios arquitectónicos y finalmente en el grupo de la derecha se encuentra una tabla de evaluación arquitectónica de la seguridad. La evaluación de la seguridad toma en cuenta que cada criterio cumplido tiene un peso de una unidad. De esta manera, si todos los criterios se cumplen, entonces la tabla completa tiene un peso de 30 unidades. Este peso máximo de 30 representa una desviación relativa del 0% respecto de los criterios y mecanismos definidos. Definición 5.8 Desviación-r_2 = 100%(1 – Σdev./30) Definición 5.9 Por otro lado, para ponderar la afectación de la disponibilidad de todo el subsistema de distribución respecto del cumplimiento de la seguridad es necesario introducir un factor de cumplimiento. Este factor de cumplimiento es llamado “delta_cumplimiento_2”. De esta forma, a menos que todos los criterios (30 en este caso) se cumplan, entonces la estructura cumplirá y tendrá el valor de la unidad (1). Si este valor es cero entonces la delta de cumplimiento no afectará la disponibilidad del sistema de suministro linealmente, sino que enviará a indeterminación la disponibilidad total del sistema (ver postulado 5.1)
96
ESTRUCTURA Y SEGURIDAD / TIERRAS Y APARTA RAYOS
Figura 5.16 Conexión dedicada de referencia de tierra desde la toma de entrada en un subsistema de acondicionamiento IEEE Std. 1100-1999 El subsistema de tierras físicas es la base primordial de la seguridad y el desempeño para el sistema de distribución de energía. El subsistema de tierras se compone a su vez de tres grupos a saber, el conductor común de tierras incluidos sus eléctrodos, el grupo de elementos para mitigar transitorios y las zonas equipotenciales. Es por esto que las tierras físicas deben cumplir con todos los criterios arquitectónicos estructurales (distribución, identificación e integración). A demás debe asegurarse que los índices de conductividad, impedancia y reactancia correspondan a los umbrales de confiabilidad. Para esto, los circuitos de tierras y protección contra transitorios pueden tomar arreglos diversos según las dimensiones y necesidades del sistema de distribución. En el diagrama de arriba, la referencia de tierra para los circuitos del sistema de distribución es tomada desde la línea de entrada. En este caso es necesario poner especial atención en los índices conductivos, inductivos y capacitivos del conductor de tierra en su trayectoria. Un incumplimiento de los umbrales de confiabilidad en los conductores, conectores y empalmes de dicho circuito exhibiría un área potencial de riesgo.
Figura 5.17 Conexión dedicada de referencia de tierra desde un segundo electrodo (observar que la continuidad entre distintas referencias debe conservarse). IEEE Std. 1100-1999 El diagrama anterior considera dos electrodos de tierra para asegurar la homogeneidad equipotencial entre la línea de entrada y el sitio que aloja los sistemas de acondicionamiento eléctrico. Es importante notar que durante toda la trayectoria del conductor común de tierra no debe existir discontinuidad conductiva (NOM/NEC). Existe una relación directa entre los elementos de seguridad (tierras físicas y los elementos de acondicionamiento eléctrico). En la sección que se ocupa subsistema de desempeño se establecerá dicha relación en forma exhaustiva al determinar esquemas específicos para zonas equipotenciales de distintos sistemas de distribución.
97
Figura 5.18 Origen de las descargas electrostáticas naturales o rayos eléctricos. IEEE PC62.422000™/D 11
Figura 5.19 Niveles isokeraúnicos en el mundo IEEE C62.41-1991 Puede decirse que las dos principales fuentes de riesgo en un sistema de distribución son los transitorios de alto voltaje provocados por rayos electrostáticos y las corrientes de falla originadas por efectos de conmutación, cortos circuitos o sobrecargas. La acumulación de energía electrostática en las nubes genera una diferencia de potencial energético que puede transferirse a elementos conductores expuestos sobre la tierra. La tendencia de las descargas eléctricas esta relacionada con la ubicación geográfica de la zona donde se encuentra la estructura conductora en cuestión. Por lo anterior, los aparta-rayos deben dimensionarse en términos de la recurrencia de lluvias en el sitio.
98
Figura 5.20 Relaciones entre voltaje, duración y tasa de cambio de un transitorio originado en una descarga electrostática y sus efectos comunes sobre los sistemas de carga. IEEE Std. C62.41.2 La cantidad de energía involucrada en una descarga electrostática ambiental generará diferentes efectos sobre el sistema de distribución. Si los elementos para mitigar transitorios (aparta rayos, filtros, etc.) están correctamente dimensionados para soportar el promedio de descargas ambientales según la predicción isokeraúnica y se cumple con los índices de confiabilidad en todo el subsistema de tierras; entonces los efectos pueden ser mitigados en su totalidad, de lo contrario el sistema de distribución debe considerarse potencialmente riesgoso.
Figura 5.21 Propiedades del cobre y aluminio IEEE Std. 241-1990 El subsistema de tierras35 debe cumplir con los índices de confiabilidad requeridos para la seguridad del sistema de distribución. Dichos índices de confiabilidad están basados en el cumplimiento de los criterios básicos de estructura y en asegurar la continuidad conductiva, inductiva y reactiva de los circuitos. La tabla anterior muestra algunos parámetros físicos de los conductores y los cuales están involucrados en la homogeneidad final de los circuitos. 35
Conformado por el conductor común de tierra, eléctrodos, elementos para mitigar transitorios, y zonas equipotenciales.
99
Figura 5.22 Discontinuidad conductiva entre las tierras de cargas compartiendo transferencia de energía y señales (misma localidad). IEEE Std. 1100-1999 El criterio básico para la seguridad de los circuitos de un sistema de distribución está basado en establecer una referencia homogénea de potencial (zona equipotencial referenciada a tierra) sobre toda la extensión espacial donde estén instalados dichos circuitos y cargas. De esta manera, es simple aislar un elemento conductor que transfiere potencia o señales utilizando estructuras metálicas, tales como chasises, mallas, cajas etc. La clave se encuentra en que dicha estructura de protección cumpla correctamente con los índices de integración mecánica-conductiva y esté empalmada firmemente a la referencia común de tierras. Si la referencia común de tierras es homogénea en toda la extensión espacial de los circuitos una fuga accidental de energía generada por una corriente de falla debida a un transitorio electrostático ambiental o un corto-circuito activará los circuitos de protección, por un lado. Por otro lado, si algún operario del sistema de distribución o de las cargas asociadas hace contacto con dos elementos conductores separados espacialmente 36 , la diferencia de potencial inducida por una referencia heterogénea de tierra no existirá y el operario estará a salvo de una descarga eléctrica. En el diagrama anterior puede apreciarse una discontinuidad conductiva en la referencia de tierras de dos circuitos con señales comunes. La recomendación en una situación así es conectar ambas puntas del blindaje del conductor de señales a la referencia de tierra de cada circuito, y a su vez asegurarse que la tierra de cada circuito por separado conserve continuidad al sistema común de tierras (ver el diagrama siguiente).
Figura 5.23 Conductor de seguridad para dos referencias de tierras separadas. IEEE Std. 1100-1999
36
en condición de falla y con un transitorio en juego
100
ACCESO Y PEAJE
Figura 5.24 IEEE C62.41-1991ver también, NEC-NFPA 70 2005 y NORMA Oficial Mexicana NOM001-SEDE-1999 Los criterios arquitectónicos que se emplean para el desarrollo de la estructura del sistema de distribución convergen con los criterios de peaje y acceso. De esta manera, a partir de las zonas de seguridad y categorías de área37 es posible integrar los mecanismos de alambrado, tierras físicas y sistemas de acondicionamiento eléctrico en forma segura.
37
según el manejo de tensión
101
Equipo de Acondicionamien to
Subsistemas de tierras en el régimen de alta frecuencia
Alambrado
Su bs ist e mas tec nol óg ic os
Tabla 5.10
desempeño X
X
X
X
X
desempeño
Seguridad y
Estructura y
X
X
X
X
X
X
X
X
X
(Na tio na l Elc tri ca l Cod e o f Nat ion al Fir e Pro tec ti on Ass oci at ion )
NEC -NF PA 70 200 5.
E S T Á N D A R E S B Á S I C O S
E S T Á N D A R E S
N OR MA Of ic ial M ex ic ana N OM0 01 -S EDE -1 999 , I ns ta lac io nes e lé ct ric as ( ut il iza ci ón) .
Y
X
X
X
IE EE Std . 11 00 19 99 (E mer ald b oo k) Re com men de d Pr act ice f or Po wer ing a nd Gr oun din g El ect ron ic Eq uip men t.
X
102
X
X
E lec t rom agn et ic C omp a tib ili ty ( EMC ) E nvi r ome nt Rec omm e nde d Pra cti c e f or Ele ctr i c Pow er S yst em s in Com m erc ia l Bui ldi n gs
X
I EC 6 100 0-2 -2
IEE E 5 1 9-1 99 2
E S T Á N D A R E S E S P E C I A L I Z A D O S
Sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y estándares de desempeño
Su bs is tem a d e al am bra do y ca rg as no li ne al es re son an te s ha ci a ade ntr o y ha cia fu er a de l PC C ( Poi nt C om mon Co up li ng) qu e de te rmi nan e l TH D. Lí ne a de ene rg ía d e e ntr ad a, Ci rc ui tos al im en ta dor es, Ra ma le s e xtr em os h aci a c ar ga s el ec tr óni cas , R eg let as de al im en tac ión d e ra mal es fi na le s. Co ne xi one s h ac ia l a es tr uc tur a m et ál ic a d el ed if ic io. Pl an os y mal la s eq ui po ten cia le s de re fer en ci a de t ie rra s. Es tr uc tur as de l os si ste ma s de a co ndi cio na mi en to el éc tr ico y am bi en tal . To da s las et ap as d e ac on di cio nam ie nt o de un si st em a d e d is tr ib uci ón
M ec an ism os te cn ol ógi cos Índices de
Cri te ri os Arq uit ec tó ni cos
D E S E M P E Ñ O
La siguiente tabla muestra la intersección de los sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y estándares para el desempeño del sistema de suministro de energía.
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS PARA EL DESEMPEÑO Y ESTÁNDARES
operativos
Diseño e implementación del desempeño del sistema de distribución: razones del uso de estándares Algunas de las razones prácticas que demandan el uso de los criterios arquitectónicos estandarizados en el diseño e implementación, operación y administración del desempeño son las siguientes: ♦ Evitar la propagación y acentuación de transitorios impulsivos y oscilatorios de media (5-500 Khz.) y alta (0.5-5 Mhz) frecuencias generados por cargas electrostáticas o frecuencias interferentes que induzcan corrientes parásitas sobre circuitos mal aterrizados. ♦ Evitar la inyección hacia afuera en la línea general de distribución de un THD por encima de la norma. ♦ Evitar las elongaciones y contracciones (sags y swells) de voltaje de largo plazo. ♦ Evitar las perturbaciones sobre subsistemas lógicos (perdida de datos). ♦ Evitar el estrés gradual, fallos latentes y envejecimiento prematuro en el hardware. ♦ Evitar la interferencia armónica del rango audible en líneas telefónicas.
Impacto cualitativo de la baja confiabilidad del sistema de suministro eléctrico de no observar los estándares El impacto que puede provocar el no observar los estándares arquitectónicos de desempeño incluye las siguientes consecuencias: ♦ Trascendentes (ver tabla de índices de desempeño) ♦ Corto Plazo (ver tabla de índices de desempeño) ♦ Largo Plazo (ver tabla de índices de desempeño) ♦ Estado Continuo o Estable (ver tabla de índices de desempeño)
103
C R I T E R I O S
Tabla 5.11
y su pr e so r t er ce r
1
1 1
1
1
1 1
1
1
1
0%
0%
0%
0% 0%
0%
0%
0%
0%
D esv ia ció n- r_3 0% delta_cumplimiento_3
R e gu l ac ió n = 0 .2 5 %, a r mó n ic o
I n di c es d e ca l id a d no rm al iz a do s C o mp a ti bi li da d e l ec tr om ag né t ic a : Cl as s A y C la ss B I m pe d an ci a 3 -5 %
R e sp u es ta r áp i da
1
1
0% 0%
1
dev. mod
Evaluación
1
1 1
1
D E S E M P E Ñ O
THD en u n va l or me no r o ig u al a -3 % en PCC C o nv e rg en ci a r áp i da , co rr ie n te s d e f a ll a , ru id o, ra y os
Evaluación de criterios arquitectónicos de desempeño
C on mu ta ci ó n d e fa se s, n eu tr o, y ti e rr as
D E
C T Ó N I C O S Índ ic es de c onfia bil idad
A R T Q U I T E C T Ó N I C O S
C R I T E R I O S A R Q U I T E Estructura y desempeño Seguridad y desempeño Ne u tr o en r e gl et a s 1. 73 a 2 ve c es r es pe c to d e fa se Co n du ct or es in di v id ua le s Di f er en ci ac i ón d e e ta pa s en t ra da , by p as s, sa li da Ce r ca ní a C on ex ió n a l RG P: R ef e re n ce G ro un d St r uc t ur e U s ar 4 80 Y / 22 7V R eg ul ac ió n y ef ic ie nc i a e n a co me ti da S el ec ci ón ad e cu ad a se g ún de l as f re cu e nc i as d e tr a ba j o
D E
104
En la tabla anterior puede observarse, que en la primera columna de la izquierda se encuentran los mecanismos tecnológicos correspondientes al desempeño, en el siguiente grupo de columnas de la derecha se encuentran los criterios arquitectónicos y finalmente en el grupo de la derecha se encuentra una tabla de evaluación arquitectónica del desempeño. La evaluación del desempeño toma en cuenta que cada criterio cumplido tiene un peso de una unidad. De esta manera, si todos los criterios se cumplen, entonces la tabla completa tiene un peso de 11 unidades. Este peso máximo de 11 representa una desviación relativa del 0% respecto de los criterios y mecanismos definidos. Definición 5.10 Desviación-r_3 = 100%(1 – Σdev./11) Definición 5.11 Por otro lado, para ponderar la afectación de la disponibilidad de todo el subsistema de distribución respecto del cumplimiento del desempeño es necesario introducir un factor de cumplimiento. Este factor de cumplimiento es llamado “delta_cumplimiento_3”. De esta forma, a menos que todos los criterios (11 en este caso) se cumplan, entonces el desempeño cumplirá y tendrá el valor de la unidad (1). Si este valor es cero entonces la delta de cumplimiento no afectará la disponibilidad del sistema de suministro linealmente, sino que enviará a indeterminación la disponibilidad total del sistema (ver postulado 5.1)
Tr a ns f or ma do r d ry t yp e de ai s la m ie nt o Ge n er a do r co n g ob e rn ad or is ó cr o no
Sw i tc h es d e tr a ns f er en ci a Vo l ta j e y Co rr i en t e Ca r ga s q ue g en e ra n I EC
Zo n as Eq ui po te n ci a le s de al t a f re cu en ci a .
Ne u tr o v s. t ie r ra Et a pa s d el s is t em a d e di s tr i bu ci ón Re g le t as d e to m a v s. Ca r ga s TH D A c om et id a
Mecanismos tecnológicos Co n du c to r ne ut r o
E V A L U A C I Ó N
La siguiente tabla muestra el detalle de los criterios arquitectónicos de diseño, implementación, operación y administración para la estructura del sistema de suministro: estructura, seguridad, índices de confiabilidad. Dichos criterios han sido basados en la normatividad nacional e internacional vigente.
ESTRUCTURA Y DESEMPEÑO
Figura 5.25 Índices de operación de cargas vs. desviaciones de energía en los sistemas de distribución IEEE Std 1100-1999 La tabla anterior muestra el detalle del impacto sobre los mecanismos electrónicos que usualmente contienen las cargas de TI. En esta tabla se relaciona dicho impacto con el nivel y tipo de desviación energética respecto de los índices de línea base.
105
Figura 5.26 Respuesta de la impedancia de un conductor a diferentes frecuencias IEEE Std. 11001999 La interacción del los criterios estructurales y los criterios de desempeño convergen en los índices de confiabilidad del diseño del sistema de distribución. En la tabla anterior puede apreciarse como la impedancia de un conductor depende de las dimensiones del mismo pero también de la frecuencia a la que sea sometido. Esto último debe considerarse plenamente cuando el sistema de distribución alimenta cargas cuyas frecuencias de operación son altas y sus dispositivos son susceptibles en un rango amplio de energía (fracciones de Volt a miles de Volts). Los sistemas de distribución contienen fenómenos de variación energética inherentes a su naturaleza de transferencia de energía. Transitorios de conmutación, transitorios originados en variaciones climáticas, polución armónica, fluctuaciones de tensión, corriente y frecuencia son algunos de estos fenómenos asociados a los sistemas de distribución. Dichos transitorios tienen un contenido armónico que puede ir desde bajas y medias frecuencias (Hz-KHz) hasta altas frecuencias (MHz). Muchas de las cargas tradicionales tales como sistemas de iluminación, sistemas motrices, sistemas electrónicos analógicos y digitales de baja y media frecuencia resultaban inmunes al contenido armónico de alta frecuencia. Sin embargo, las cargas actuales relacionadas con sistemas de procesamiento de alta velocidad y frecuencia resultan vulnerables a las variaciones en el orden de las fracciones de nanosegundos (varios cientos o miles de MHz). Entonces, el diseño de los sistemas de distribución requieren índices de confiabilidad cada vez más críticos, que incluyan datos precisos de la variación
106
de impedancia-reactancia tanto del sistema de conducción como de los sistemas de protección y los sistemas de acondicionamiento eléctrico en el régimen de banda ancha. Un sistema de conducción mal dimensionado puede ser una trampa para la propagación de transitorios de voltaje y componentes armónicos de corriente de media y alta frecuencia. Dicho contenido de alta y media frecuencia puede deteriorar en forma trascendente y en el estado estable los índices de calidad del voltaje, corriente y frecuencia, que son ofrecidos a las cargas críticas para la operación de los procesos empresariales.
Figura 5.27 Voltaje versus corriente en una carga de impedancia constante. IEEE Std 1100-1999
Figura 5.28 Voltaje versus corriente en una carga de impedancia variable. IEEE Std 1100-1999.
Figura 5.29 Espectro armónico de corriente incluyendo la fase de la polución de una fuente conmutada electrónica. La gráfica considera las componentes múltiplos de tres y los componentes impares. IEEE Std 1100-1999 La curva de la corriente en una carga no lineal no es directamente proporcional a la curva del voltaje inyectado. Este fenómeno hace ver a una carga no lineal como un filtro de corriente que aprovecha solo una parte de la energía suministrada. El resto de la energía no aprovechada por la carga circula
107
en el circuito con frecuencias múltiplos impares de la frecuencia fundamental. Las frecuencias armónicas son residuos que finalmente se convierten en calor a través del sistema de distribución. Si el subsistema de distribución posee zonas resonantes, las frecuencias armónicas pueden amplificarse.
Figura 5.30 Factor de peso de la distorsión armónica que producen diferentes cargas. IEEE P519.1™/D9a (January 2004)
108
Figura 5.31 IEEE P519.1™/D9a (January 2004) La distorsión armónica es la distorsión periódica que sufre una onda sinusoidal. Normalmente se expresa comoTHD. El factor de distorsión es el radio de la raíz cuadrada del total armónico exceptuando la fundamental a la raíz cuadrada de la fundamental expresada en porcentaje de la fundamental. En otras palabras es el cociente de valor RMS de la suma cuadrada de todas las componentes armónicas exceptuando la fundamental sobre el valor RMS de la fundamental. Puede aplicarse para la corriente o para el voltaje. THD: Distorsión armónica total es el valor efectivo de la distorsión de una onda, y es empleada para medir la distorsión del voltaje en la línea principal de entrada llamada punto común de acoplamiento (PCC Point of Common Coupling). ∞
THDV = n
∑V
2 h
h= 2
Vn
×100%
Vh = magnitud de componentes armónicos (Volts RMS) h= orden del armónico Vn = Voltaje nominal del sistema (Volts RMS) Figura 5.32 Fórmula para calcular la distorsión armónica total en un sistema de distribución en el punto común de acoplamiento. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) El total de distorsión de demanda TDD es el valor efectivo de la distorsión de la corriente respecto del valor máximo promedio de la misma durante un periodo de tiempo específico, y es empleada para medir la distorsión de la corriente en el sistema interno de distribución de energía del cliente. ∞
TDD n =
∑I h= 2
In
2 h
× 100%
I h = magnitud de componentes armónicos (Amperes RMS) h= orden del armónico I n = Corriente nominal del sistema (Volts RMS) Figura 5.33 Fórmula para calcular el total de distorsión demandada en un sistema de distribución en el punto común de acoplamiento. IEEE P519.1™/D9a (January 2004)
109
Figura 5.34 Ejemplo de la representación simplificada de la evaluación de fuentes armónicas en un edificio. IEEE P519.1™/D9a (January 2004)
Figura 5.35 Ejemplo de la cancelación de armónicos para las cargas un edificio. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) La distorsión armónica de cada tipo de cargas debe ser mitigada y aislada. En los diagramas de arriba es posible observar que cada grupo de cargas no lineales aporta al sistema de distribución un nivel específico de distorsión armónica. Por lo anterior el diseño del sistema de distribución debe considerar el cálculo correcto de las fuentes de distorsión armónica y establecer los elementos de acondicionamiento eléctrico correspondientes. La distribución adecuada de los sistemas de acondicionamiento eléctrico para cargas no lineales asegurará la operación de todas las cargas. La distorsión armónica es parte de los fenómenos de que afectan el estado estable de la distribución de energía eléctrica, sin embargo pueden existir ráfagas por en cima promedio armónico. Dichas ráfagas pueden aparecer en forma recurrente y/o aleatoria, ver las dos tablas siguientes.
110
Figura 5.36 Limites de distorsión armónica como ráfagas de corta duración durante un periodo de 24 horas. IEEE P519.1™/D9a (January 2004)
Figura 5.37 Contenido armónico estimado para diferentes cargas en un edificio. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) En la tabla anterior es posible observar la considerable aportación de distorsión armónica de las cargas electrónicas a un sistema de distribución en un edificio.
Figura 5.38 Configuración básica de un UPS estático en línea. IEEE P519.1™/D9a (January 2004)
111
Normalmente en los sitios de cómputo, los UPSs son utilizados para proteger cargas críticas tales como servidores centrales, el backbone de la red, unidades centrales de almacenamiento etc. Por lo anterior los UPSs deben estar dotados de elementos de cancelación de armónicos y filtros. Sin embargo, a pesar de que el efecto armónico puede ser controlado para un cierto número de cargas críticas a través del UPS, cuando el número de cargas no lineales (fuentes conmutadas de servidores, monitores, sistemas de red, etc.) es muy grande, es recomendable realizar una medición armónica en la salida del UPS. Por otro lado, si el UPS esta directamente conectado a la línea de entrada o no posee un elemento de acondicionamiento que lo alimente, entonces las fases de bypass pueden ser una etapa vulnerable y de alta polución hacia las cargas críticas (el generador puede convertirse en una fuente de alto impacto del tercer armónico de corriente). Además si el UPS no tiene un elemento de acondicionamiento en su entrada (transformador de aislamiento) el mismo UPS puede convertirse en un elemento de alta polución hacia los demás circuitos, ver el siguiente diagrama.
Figura 5.39 Configuración típica de un sistema de distribución con un generador como fuente redundante. IEEE P519.1™/D9a (January 2004)
112
Niveles de compatibilidad para voltajes armónicos individuales en el régimen de bajo voltaje en concordancia con el IEC 61000-2-2 No multiple de 3 Multiplo de 3 Orden impar Voltaje Orden impar Voltaje Voltaje h armónico % h armónico % Orden par h armónico % 5 6 3 5 2 2 7 5 9 1.5 4 1 11 3.5 15 0.3 6 0.5 13 3 21 0.2 8 0.5 17 2 mayor a 21 0.2 10 0.2 19 1.5 12 0.2 23 1.5 mayor a 12 0.2 25 1.5 mayor a 25 0.2+1.3X25/h Limites de corriente armónica para equipos clase A (dispositivos de proposito general con fases balanceadas)
Orden impar h 3 5 7 9 11 13 15-39
Max. Max. Permisible Permisible de corriente de corriente armonica (A) Orden par h armonica (A) 2.3 2 1.08 1.14 4 0.43 0.77 6 0.3 0.4 8-4 0.23 X 8/h 0.33 0.21 0.15 X 15/h
Limites de corriente armónica para equipos clase B (Herramientas portatiles) Max. Max. Permisible Permisible Orden impar de corriente de corriente h armonica (A) Orden par h armonica (A) 3 3.45 2 1.62
5 1.71 7 1.155 9 0.6 11 0.495 13 0.315 15-39 0.225 X 15/h
4 6 8-4
0.645 0.45 0.324 X 8/h
Limites de corriente armónica para equipos clase C sistemas de iluminación (fluorecentes)
Orden armónico h 2
3 5 7 9 11-39
Max. Permisible de corriente armonica % 2 30 X factor de potencia del circuito 10 7 5 3
Limites de corriente armónica para equipos clase D (dispositivos que tienen una entrada de corriente con un tipo de forma de onda especial, tales como las fuentes conmutadas) Maximo permisisble Orden armónico h Por watt (mA/W (A) 2 3.4 2.3 5 1.9 1.14 7 1 0.77 9 0.5 0.4 0.33 11 0.35 Ver la tabla de clase A 13-39 3.86/h
Figura 5.40 Niveles de compatibilidad electromagnética para el régimen de baja frecuencia 50-60 Hz, para voltajes máximos de 240 y 415 V y corriente máxima de hasta 16 A por fase. Estos datos están referenciados al estándar 61000-2-2 del IEC. Dugan, C. R., McGranaghan, F. M., Santoso S. Beaty, H. W. (2003)
113
Figura 5.41 Ejemplo de cancelación de espectros producidos por dos distintas cargas. La polución armónica final no es la suma del total de distorsión armónica de cada una de las cargas. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) Debido a que las diferentes cargas conectadas a un mismo circuito 38 pueden exhibir un comportamiento espectral diverso, es necesario implementar mediciones en sitio del contenido armónico de los circuitos de distribución. En el diagrama anterior es posible observar como la interacción de dos espectros armónicos de polución generados por dos cargas de naturaleza distinta, pueden cancelarse mutuamente en un forma no lineal.
38
tal como los servidores, monitores, equipo de red, conectados la salida de un UPS en un centro de cómputo
114
SEGURIDAD Y DESEMPEÑO
Figura 5.42 Parámetros de potencia involucrados en el impacto o daño de cargas. IEEE Std 11001999
Figura 5.43 Umbrales de falla para algunos semiconductores. IEEE Std 1100-1999
115
116
Uno de los fenómenos que afectan el desempeño de los sistemas de distribución son los transitorios de conmutación de cargas. Cuando existe una interrupción del servicio general de energía eléctrica, el sistema de respaldo (generador) es conmutado de tal manera que toda la carga es transferida. Este proceso de transferencia de carga lleva consigo una interrupción cuyos efectos pueden variar con transitorios del orden de nanosegundos a milisegundos. La recomendación para reducir la diferencia energética en el circuito general es utilizar switches de transferencia de alta velocidad basados en tres polos. El mejor escenario es cuando, tanto la fuente principal como la secundaria operan en el orden de 480208 V, cuando el sistema de tierras es homogéneo y no es necesario conmutar las terminales de tierra de las fuentes redundantes.
Figura 5.44 Arreglos de switches de transferencia trifásicos IEEE Std, 1100-1999
Figura 5.45 Transitorio oscilatorio que es resultado de la conmutación de una carga capacitiva al circuito de distribución. IEEE Std. 1100-1999
Figura 5.46 Transitorio impulsivo que es resultado de la conmutación de una carga inductiva al circuito de distribución. IEEE Std. 1100-1999
Figura 5.47 Transitorio rápido (Electrical Fast Trasient) resultado de la conmutación de un contactor electromecánico. (Los contactotes electromecánicos normalmente forman parte máquinas de potencia). IEEE Std. 1100-1999
117
Figura 5.48 Circuito equivalente simplificado del sistema de distribución en un edificio. IEEE Std. 1100-1999
Figura 5.49 Condiciones típicas de un transitorio oscilatorio generado por la interrupción de energía en un circuito de potencia el cual tiene resonancia múltiple en el contactor. IEEE Std. 1100-1999
Figura 5.50 Condiciones típicas de un transitorio oscilatorio generado por la interrupción de energía en un circuito de potencia el cual tiene resonancia múltiple en el contactor. IEEE Std 1100-1999
118
Figura 5.51 Distribución porcentual de probabilidad de rayos y su nivel energético en una zona con recurrencia de tormentas eléctricas. IEEE Std 1100-1999
Figura 5.52 Acoplamiento inductivo de un conductor que transfiere un transitorio de alta energía producido por un rayo hacia otros circuitos. IEEE Std 1100-1999
119
Figura 5.53 Voltaje inducido a los circuitos cercanos. IEEE Std 1100-1999 Cuando una descarga eléctrica proveniente de un rayo atraviesa el conductor de bajada del aparta rayos se genera un campo electromagnético que afecta a los conductores cercanos y que induce un potencial eléctrico. En la figura anterior es posible observar el potencial inducido en conductores paralelos al conductor de bajada.
Figura 5.54 Espectro de frecuencias del contenido de transitorios comunes. IEEE Std. 1100-1999
120
Figura 5.55 Lista de criterios que debe considerarse en los métodos de empalmes para tierras y aparta rayos. IEEE Std 1100-1999
Figura 5.56 Sistemas de electrodos de tierra generales versus frecuencia utilizando dos tipos prácticas A y B. IEEE Std 1100-1999
121
Figura 5.57 Sistema de tierras de baja frecuencia con estructuras de asilamiento y con dos electrodos. Este sistema cumple con la recomendación del NEC/NOM. IEEE Std 1100-1999
Figura 5.58 Sistema de tierras para alta frecuencia con malla de referencia, estructuras de asilamiento para equipos y dos electrodos. Este sistema cumple con la recomendación del NEC/NOM. IEEE Std 1100-1999
122
Figura 5.59 Impedancia de zonas de dos tipos de zonas equipotenciales (sistemas de tierra) para los sistemas de cómputo. Incluye dos casos el de un sistema de baja frecuencia y un sistema de alta frecuencia. IEEE Std 1100-1999
Figura 5.60 Referencia de señal de tierra de alta frecuencia empleando una malla de referencia (SRG) o un plano de referencia (SRP) para un centro de cómputo. IEEE Std 1100-1999
123
S I G N A L
O
124
La tabla anterior muestra la estructura de referencia de tierra más confiable nivel 5 pero de implementación más costosa.
Debe reunirse en forma completa y concisa la documentación que muestre todas estas recomendaciones.
Tabla 5.12
Alojarse lo más cerca de la estructura de referencia.
Documentación con diagramas de la interconexión de tierras
La longitud de los conductores debe ser distinta una de otra y menor a 500 mm. Evitar la instalación de gabinetes en las esquinas del plano de referencia, conservar una distancia mínima de 1.8 m entre estos y las estructuras metálicas del edificio.
Baja reactancia en empalmes. Cada gabinete que contenga cargas electrónicas debe conectarse de dos de sus esquinas diagonales opuestas hacia la estructura de referencia.
Sólidamente empalmadas a la estructura de referencia.
Cables de datos
Conductores de neutro-tierra para cargas electrónicas. Conductores de alta frecuencia entre plataforma y gabinetes.
Tolerancia NIVEL 5 Evita propagación de transitorios impulsivos y oscilatorios de media y alta frecuencias. Evita resonancia para λ/4 sobre ruta de corrientes de retorno hacia la estructura de señal de referencia. Mantiene homogeneidad de impedancia, mínimo de reactancia capacitiva e inductiva. Plano de referencia más confiable pero el más caro.
P L A N E
G A L V A N I Z A D A
G R O U N D
P L A C A
R E F E R E N C E
C O B R E, A L U M I N I O
E Q U I P O T E N C I A L E S:
D E
Recomendaciones Para centros de conexiones de alta densidad y altas frecuencias. La plataforma debe tener muchos empalmes hacia el edificio. Conexiones de alta frecuencia de plataforma Contener dos conductores de diferente longitud y que no hacia tuberías de agua, escalerillas, ductos excedan 1.8 m. eléctricos. Conexiones de alta frecuencia de plataforma hacia aire acondicionado, ventilación, paneles de interconexión, tableros de switches.
Z O N A S
C O N T I N U O
Componentes estructurales Placa de cobre o aluminio o plataforma galvanizada Conexiones hacia el edificio.
P L A N O
La siguientes tablas muestran la recomendación que establece la norma IEEE std. 1100-1999 para estructuras de referencia de tierras de alta frecuencia.
ESTRUCTURAS DE REFERENCIA PARA ZONAS EQUIPOTENCIALES DE ALTA TOLERANCIA/FRECUENCIA
Debe reunirse en forma completa y concisa la documentación que muestre todas estas recomendaciones.
Documentación con diagramas de la interconexión de tierras
125
La tabla anterior muestra la estructura de referencia de tierra de nivel 4.
Alojarse lo más cerca de la estructura de referencia.
Cables de datos
Tabla 5.13
Los pedestales de piso falso deben estar interconectados sólidamente con conductores no resonantes en longitud
La longitud de los conductores debe ser distinta una de otra y menor a 500 mm. Evitar la instalación de gabinetes en las esquinas de la estructura de referencia, conservar una distancia mínima de 1.8 m entre estos y las estructuras metálicas del edificio.
Cada gabinete que contenga cargas electrónicas debe conectarse de dos de sus esquinas diagonales opuestas hacia la estructura de referencia.
Sólidamente empalmadas a la malla.
Pedestales de piso falso
Conductores de neutro-tierra para cargas electrónicas. Conductores de alta frecuencia entre malla y gabinetes.
Conexiones de alta frecuencia de malla hacia los pedestales del piso falso.
Conexiones de alta frecuencia de malla hacia aire acondicionado, ventilación, paneles de interconexión, tableros de switches.
Tolerancia NIVEL 4 Evita propagación de transitorios impulsivos y oscilatorios de media y alta frecuencias. Evita resonancia para λ/4 sobre ruta de corrientes de retorno hacia la estructura de señal de referencia. Mantiene homogeneidad de impedancia, mínimo de reactancia capacitiva e inductiva. Esta estructura de referencia es empleada en bases celulares telefónicas y de cómputo.
P L A N E
que no
Contener dos conductores de diferente longitud y excedan 1.8 m.
Conexiones de alta frecuencia de malla hacia tuberías de agua, escalerillas, ductos eléctricos.
Conexiones hacia el edificio.
Empalmes fuertemente constituidos (soldados de preferencia. Evitar conexiones galvánicas. La malla debe tener muchos empalmes hacia el edificio.
Empalmes de cruce entre cinturones
G R O U N D
C O B R E
R E F E R E N C E
D E
Recomendaciones Cada cuadro de la malla no debe exceder 500 mm de lado.
S I G N A L
C I N T U R O N E S
E Q U I P O T E N C I A L E S:
D E
Componentes estructurales Dimensiones de cuadros de malla
Z O N A S
M A L L A
126
Figura 5.61 Estructura de referencia de tierra basada en una malla de cinturones de cobre. IEEE Std 1100-1999
D E
127
La tabla anterior muestra la estructura de referencia de tierra nivel 3
Alojarse lo más cerca de la estructura de referencia. Debe reunirse en forma completa y concisa la documentación que muestre todas estas recomendaciones.
Cables de datos Documentación con diagramas de la interconexión de tierras
Tabla 5.14
Los pedestales de piso falso deben estar interconectados sólidamente con conductores no resonantes en longitud
La longitud de los conductores debe ser distinta una de otra y menor a 500 mm. Evitar la instalación de gabinetes en las esquinas de la estructura de referencia, conservar una distancia mínima de 1.8 m entre estos y las estructuras metálicas del edificio.
Cada gabinete que contenga cargas electrónicas debe conectarse de dos de sus esquinas diagonales opuestas hacia la estructura de referencia.
Sólidamente empalmadas a la malla.
Pedestales de piso falso
Conductores de neutro-tierra para cargas electrónicas. Conductores de alta frecuencia entre malla y gabinetes.
Conexiones de alta frecuencia de malla hacia los pedestales del piso falso.
Tolerancia NIVEL 3 Evita propagación de transitorios impulsivos y oscilatorios de media y alta frecuencias. Evita resonancia para λ/4 sobre ruta de corrientes de retorno hacia la estructura de señal de referencia. Mantiene homogeneidad de impedancia, mínimo de reactancia capacitiva e inductiva. Esta estructura de referencia es empleada en centros de cómputo, resulta más económica que una malla de cinturones de cobre.
P L A N E
que no
Contener dos conductores de diferente longitud y excedan 1.8 m.
Conexiones de alta frecuencia de malla hacia tuberías de agua, escalerillas, ductos eléctricos. Conexiones de alta frecuencia de malla hacia aire acondicionado, ventilación, paneles de interconexión, tableros de switches.
Conexiones hacia el edificio.
Empalmes fuertemente constituidos (soldados de preferencia. Evitar conexiones galvánicas. La malla debe tener muchos empalmes hacia el edificio.
G R O U N D
S O L D A D O
Empalmes de cruce entre cinturones
R E F E R E N C E
A C E R O
Recomendaciones Cada cuadro de la malla no debe exceder 500 mm de lado.
S I G N A L
A L A M B R E
E Q U I P O T E N C I A L E S:
D E
Componentes estructurales Dimensiones de cuadros de malla
Z O N A S
M A L L A
128
Figura 5.62 Estructura de referencia utilizando malla de alambre de acero soldado. IEEE Std 1100-1999
Tabla 5.15
Cables de datos Documentación con diagramas de la interconexión de tierras
Pedestales de piso falso
Conductores de neutro-tierra para cargas electrónicas. Conductores de alta frecuencia entre malla y gabinetes.
Conexiones de alta frecuencia de charola hacia los pedestales del piso falso.
Conexiones de alta frecuencia de charola hacia aire acondicionado, ventilación, paneles de interconexión, tableros de switches.
129
La tabla anterior muestra la estructura de referencia de tierra nivel 2
Los pedestales de piso falso deben estar interconectados sólidamente con conductores no resonantes en longitud. Alojarse lo más cerca de la estructura de referencia. Debe reunirse en forma completa y concisa la documentación que muestre todas estas recomendaciones.
La longitud de los conductores debe ser distinta una de otra y menor a 500 mm. Evitar la instalación de gabinetes en las esquinas de la estructura de referencia, conservar una distancia mínima de 1.8 m entre estos y las estructuras metálicas del edificio.
Cada gabinete que contenga cargas electrónicas debe conectarse de dos de sus esquinas diagonales opuestas hacia la estructura de referencia.
Sólidamente empalmadas a la charola.
P L A N E
Tolerancia NIVEL 2 Evita propagación de transitorios impulsivos y oscilatorios de media y alta frecuencias. Evita resonancia para λ/4 sobre ruta de corrientes de retorno hacia la estructura de señal de referencia. Mantiene homogeneidad de impedancia, mínimo de reactancia capacitiva e inductiva. Este tipo de estructura de referencia se recomienda para sitios de computo en cuyas instalaciones sea muy difícil de implementar, planos continuos o mallas.
G R O U N D
La charola debe tener muchos empalmes hacia el edificio. Contener dos conductores de diferente longitud y que no excedan 1.8 m.
R E F E R E N C E
Conexiones hacia el edificio. Conexiones de alta frecuencia de charola hacia tuberías de agua, escalerillas, ductos eléctricos.
S I G N A L
C A B L E S
Recomendaciones Las charolas deberán estar dispuestas en cuatro niveles por encima de los gabinetes y cada charola alojará conductores de diferente calibre. El calibre se incrementará en proporción a la altura de la charola.
E Q U I P O T E N C I A L E S:
D E
Componentes estructurales Charolas de conductores.
Z O N A S
C H A R O L A
130
Figura 5.63 Estructura de referencia utilizando charola de cables. IEEE Std 1100-1999
G R O U N D
F A L S O
R E F E R E N C E
P I S O
0.6 m X 0.6 m (2 ft X 2 ft)
La tabla muestra la estructura de referencia de tierra nivel 1.
Alojarse lo más cerca de la estructura de referencia. Debe reunirse en forma completa y concisa la documentación que muestre todas estas recomendaciones.
La longitud de los conductores debe ser distinta una de otra y menor a 500 mm. Evitar la instalación de gabinetes en las esquinas de la estructura de referencia, conservar una distancia mínima de 1.8 m entre estos y las estructuras metálicas del edificio.
Cada gabinete que contenga cargas electrónicas debe conectarse de dos de sus esquinas diagonales opuestas hacia la estructura de referencia.
Sólidamente empalmadas a la charola.
P L A N E
Tolerancia NIVEL 1 Evita propagación de transitorios impulsivos y oscilatorios de media y alta frecuencias. Evita resonancia para λ/4 sobre ruta de corrientes de retorno hacia la estructura de señal de referencia. Mantiene homogeneidad de impedancia, mínimo de reactancia capacitiva e inductiva. Esta estructura de referencia está muy extendida en centros de cómputo ya que es la más económica y simple de implementar. Sin embargo, esta estructura es la que requiere de más mantenimiento y cuidados. Lo anterior hace que la confiabilidad de esta estructura sea baja y esté encubierta por la idea de que se tiene un sistema equipotencial completo.
131
Esta estructura es la más económica, aun que de menor confiabilidad. Es posible notar que esta estructura es la más común por lo que se debe enfatizar el cuidado en su instalación y mantenimiento.
Tabla 5.16
Cables de datos Documentación con diagramas de la interconexión de tierras
Conexiones de alta frecuencia del piso falso hacia los pedestales del piso falso. Conductores de neutro-tierra para cargas electrónicas. Conductores de alta frecuencia entre el piso falso y gabinetes.
Conexiones de alta frecuencia del piso falso hacia aire acondicionado, ventilación, paneles de interconexión, tableros de switches.
El piso falso debe tener muchos empalmes hacia el edificio. Conexiones de alta frecuencia del Contener dos conductores de diferente longitud y que no piso falso hacia tuberías de agua, excedan 1.8 m. escalerillas, ductos eléctricos.
Dimensiones de cuadros de la estructura. Conexiones hacia el edificio.
S I G N A L
D E
Recomendaciones Interconectar sólidamente todos los pedestales del piso falso utilizando mecanismos de sujeción confiables. Estas conexiones requieren de mantenimiento periódico. Practicas adecuadas de interconexión pueden permitir hasta 500 micro-ohm de resistencia.
E Q U I P O T E N C I A L E S:
Componentes estructurales Interconexión de pedestales
Z O N A S
E S T R U C T U R A
132
Figura 5.64 Piso falso y conexiones a la malla de referencia. Esta es la estructura de referencia más económica pero menos confiable ya que requiere de mucho cuidado en la instalación y en el mantenimiento. IEEE Std. 1100-1999
TOLERANCIAS PARA UN CENTRO DE DISTRIBUCIÓN
D E
Y
Y
Y
Y
Delta
Y
Y
Y
1
2
3
4
5
6
7
8
Directa propio electrodo Directa propio electrodo
Directa propio electrodo
Directa propio electrodo Directa propio electrodo Directa propio electrodo
Directa propio electrodo Directa propio electrodo
Tabla 5.17
Directa electrodo tierra Directa electrodo tierra
Directa electrodo tierra
N/A
N/A
133
Derivado del electrodo del UPS
N/A
Derivado del electrodo de entrada
Derivado del electrodo del UPS
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
Hacia el electrodo de entrada Hacia el neutro del y hacia el electrodo de UPS y el electrodo de salida salida
Conexión derivada hacia el electrodo de la línea de entrada y hacia el electrodo propio del UPS
N/A
N/A
Conexión derivada hacia el electrodo de la línea de entrada y hacia el electrodo propio del UPS
N/A
Conexión del Neutro a tierra
D I S T R I B U C I Ó N
Etapa de bypass Conexión electrodo tierra
D E
Etapa de entrada y bypass
Delta-Y
Directa N/A electrodo tierra Directa N/A electrodo tierra No necesaria Delta-Y
Delta-Y
N/A
Transf. de bypass
C E N T R O S
Directa electrodo tierra Directa electrodo tierra
Etapa de entrada Secundario de Conexión Conexión Transformador electrodo Neutro a de Entrada tierra tierra
D I S E Ñ O S
Las siguientes tablas y diagramas muestran ocho diseños distintos para estructurar un centro de distribución de energía. En este caso el grado de tolerancia no tiene relación directa con el número de la configuración. El diseño de nivel 1 es el más tolerante.
Configuraci ón
208/208V
208/208V
208/208V
208/208V
208/208V
4
5
6
7
8
60 Hz
415 Hz
60 Hz
60 Hz
60 Hz
208/208V y 60 Hz 480/480V
3
60 Hz
208/208V
Voltajes entrada/sa frec. lida salida 208/208V 60 Hz
D E
1
2
2
1
1
1
1
Módulos UPS 1
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
NO
NO
NO
NO
Delta-Y
Delta-Y
NO
D I S T R I B U C I Ó N
Derivado electrodo UPS
Directas propio electrodo
Directas propio electrodo Derivado electrodo UPS Directas propio electrodo
Conexiones a los electrodos de tierra y neutro Derivadas electrodo principal Derivado electrodo UPS Directas propio electrodo
134
NO
Switch 415Hz
SI
NO
NO
NO
NO
Switch transferencia para módulos UPS NO
SI
NO
NO
NO
NO
NO
NO
Breakers mantenim. salida NO
Etapa de salida para cargas de cómputo
Transf. salida NO
D E
Etapa de UPS y bypass
Directas propio electrodo
Conexiones a los electrodos principal y salida
Directas propio electrodo Directas propio electrodo Conexiones a los electrodos principal y salida
Conexiones a los electrodos de tierra y neutro Derivadas electrodo principal Directas propio electrodo Conexiones a los electrodos principal y salida
C E N T R O S
Tabla 5.18
Transf. entrada Y
Etapa de UPS
D I S E Ñ O S
2
1
Configuración
1 2 3 4 5 6 7 8
Configuración
NO SI SI SI SI SI No aplica NO
Tolerancia EMI etapa de Bypass para cargas sensibles
Tabla 5.19
NO SI SI SI SI SI SI NO
Tolerancia del generador a corrientes de falla (buen sistema de tierras)
T O L E R A N C I A
NO NO SI SI NO SI SI NO
135
Tolerancia versus diseño de los centros de distribución
NO NO NO NO NO SI SI NO
C E N T R O S
D E
No No No No No SI SI No
aplica
aplica aplica aplica aplica aplica
Tolerancia a grandes Conexiones de corrientes de falla neutros y tierras (electrodo de tierra de del UPS salida) centralizadas . (módulos removibles)
D I S E Ñ O D E L O S D I S T R I B U C I Ó N
Tolerancia a grandes transitorios de conmutación (existencia de un switch de transferencia en la etapa de salida)
V S.
Figura 5.65 Diseño (configuración) 1. IEEE Std. 1100-1999
Figura 5.66 Diseño (configuración) 2. IEEE Std. 1100-1999
Figura 5.67 Diseño (configuración) 3. IEEE Std. 1100-1999
136
Figura 5.68 Diseño (configuración) 4. IEEE Std. 1100-1999
Figura 5.69 Diseño (configuración) 5. IEEE Std. 1100-1999
Figura 5.70 Diseño (configuración) 6. IEEE Std. 1100-1999
137
Figura 5.71 Diseño (configuración) 7. IEEE Std. 1100-1999
Figura 5.72 Diseño (configuración) 8. IEEE Std. 1100-1999
Graficas de interrupciones y fluctuaciones típicas generadas o acentuadas en sistemas de distribución no estandarizados
Figura 5.73 Una contracción de voltaje (sag). IEEE Std 1100-1999
138
Figura 5.74 Una elongación de voltaje (swell). IEEE Std 1100-1999
Figura 5.75 Ejemplo del desempeño de una fuente conmutada de entrada de 120V y de salida de 5V durante dos perturbaciones de corto plazo. (Contracción e interrupción de voltaje) IEEE Std 11001999
139
CURVA ITIC
Figura 5.76 En la curva anterior podemos observar los valores de tolerancia para el suministro de voltaje de equipos de TI. Curva ITIC (CBMEA) Information Technology Industry Council (ITIC) http://www.itic.org La gráfica muestra unidades de voltaje en el eje vertical y unidades de tiempo (ciclos y milisegundos) en el eje vertical. La tolerancia máxima (0→500)V se encuentra en la primera parte de la gráfica abarcando 0.01 de ciclo con la primera inflexión en (0→200)V. En los primeros 8ms transcurridos, las fuentes de los mecanismos de TI deben estar energizadas con no más de 140V. Así ya en el primer ciclo, el voltaje debe estar en el rango de (70→120)V. De esta forma, transcurridos los primeros 10s el sistema debe estar en el rango estable de 100V y 120V.
140
ÍNDICES OPERATIVOS DE DESEMPEÑO DEFINCIONES Las siguientes tablas muestran definiciones, mecánica y causas estructurales relacionadas con las perturbaciones eléctricas de un sistema de distribución. D I S T O R S I Ó N
A R M Ó N I C A
Perturbación
Definiciones
Mecánica de las perturbaciones eléctricas
Distorsión armónica THD (Total Harmonic Distortion) o factor de distorsión
Es la distorsión periódica que sufre una onda sinusoidal. Es el cociente de la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de las componentes armónicas RMS exceptuando la fundamental sobre el valor RMS nominal o bien del valor RMS de la fundamental. Puede aplicarse para la corriente o para el voltaje TDD: Distorsión Total de Demanda es el valor efectivo de la distorsión de la corriente respecto del valor máximo promedio de la misma durante un periodo de tiempo específico y es empleada para medir la distorsión de la corriente en el sistema interno de d
La corriente en una carga no lineal no es directamente proporcional al voltaje inyectado. Este fenómeno convierte a las cargas no lineales en filtros de corriente las cuales no pueden aprovechar toda la energía suministrada. La energía no aprovechada via
TDD (Total Distortion Demand)
Tabla 5.20
Definiciones de distorsión armónica
Mecanismos tecnológicos relacionados a la distorsión armónica Alambrado, Subsistemas de tierras en el régimen de alta frecuencia
Causas estructurales de la distorsión armónica ♦
Ausencia de una topología distribuida de conducción: o Aglutinación prohibitiva de cargas no lineales o Falta de control sobre umbrales de emisión de cargas no lineales o Falta de elementos de acondicionamiento de energía como filtros, conductores de neutro bien dimensionados. o Promiscuidad de cargas susceptibles y no susceptibles o Falta de normatividad para el blindaje, aislamiento conductores y subsistemas susceptibles a interferencia electromagnética
141
T R A N S I T O R I O S Perturbación
Definiciones
Mecánica de las perturbaciones eléctricas
Transitorio Impulsivo
Discontinuidad abrupta de un fracción de ciclo en la forma de onda fundamental (50-60 Hz) provocada por un impulso de alta energía . Dependiendo de su polaridad puede ser aditiva o sustractiva a la onda nominal.
Los transitorios impulsivos son provocados por la inyección de una muy alta corriente generada por una diferencia de potencial entre cúmulos nubosos y elementos de conducción en tierra (rayos electrostáticos).
Transitorio Oscilatorio
Discontinuidad abrupta de un Los transitorios oscilatorios fracción de ciclo o hasta tres son provocados por la ciclos en la forma de onda energización de cargas fundamental (50-60 Hz) provocada capacitivas o inductivas. por un impulso de alta energía . Dependiendo de su polaridad puede ser aditiva o sustractiva a la onda nominal.
Acentuación o La acentuación o cancelación de cancelación de transitorios es la amplificación transitorios o reducción de las cantidades de energía asociadas a los transitorios.
Tabla 5.21
Los transitorios pueden amplificarse o propagar su efecto si las prácticas de cableado no cumplen con las normas específicas de conductividad, reactancia, inductancia y resonancia.
Definiciones de transitorios
Mecanismos tecnológicos relacionados con la aparición de transitorios ♦
Alambrado, Subsistemas de tierras en el régimen de alta frecuencia
Causas estructurales de los transitorios ♦ Discontinuidades, reactivas e inductivas, estructuras resonantes indeseables. ♦ Ausencia o bajo desempeño del sistema de las zonas equipotenciales. Acoplamiento inductivo capacitivo o radiado (campo cercano y campo lejano) por falta de normatividad para la distribución de conductores y subsistemas susceptibles a interferencia electromagnética.
142
I N T E R R U P C I O N E S Y F L U C T U A C I O N E S D E C O R T O Y L A R G O P L A Z O S Perturbación
Interrupciónes de corto plazo
Definiciones
Mecánica de las perturbaciones eléctricas Ocurren cuando el voltaje de Una interrupción de corto plazo es suministro o la corriente de generada cuando la fuente de energía carga decrece menos de 0.9 pu activa falla de forma instantánea por un periodo de tiempo que momentánea, temporal o sostenida. Cuando no excede a un minuto. Dugan la falla en la fuente es de corto plazo clasifica las interrupciones (sobre corriente) normalmente no es en instantáneas, momentáneas necesario conmutar la carga y temporales. Una contracción de voltaje instantánea o momentánea es generada al activarse los sistemas de protección de sobre frecuencia central de energía corrientes. Sin embargo una contracción y con una duración entre 0.5 temporal puede ser ocasionada por la energización de cargas pesadas como ciclos y 1 minuto. grandes motores.
Contracción de Es un decremento entre 0.1voltaje (sag o 0.9 pu en el voltaje o dip) corriente efectivos en la
Elongación de voltaje (swell)
Es un incremento entre 1.11.8 pu en el voltaje o corriente efectivos en la frecuencia central de energía y con una duración entre 0.5 ciclos y 1 minuto
Una elongación de voltaje puede aparecer en las fases de un transformador trifásico delta-Y la cual es provocada por la sobre corriente de una fase en corto. Sin embargo, la desenergización de una carga pesada o la energización de un banco de capacitores puede generar una elongación de voltaje.
Interrupciónes de largo plazo
Ocurren cuando el voltaje de suministro cae por completo a cero en un periodo mayor a un minuto.
A diferencia de las interrupciones de corto plazo que son originadas por procedimientos de recobro automáticos, las interrupciones de largo plazo son originadas por procedimientos manuales de conmutación por falla, o mantenimiento correctivo o preventivo.
Caída de voltaje
Es una disminución de largo plazo del voltaje efectivo entre 0.8-0.9 pu y con una duración mayor a un minuto.
Las caídas de voltaje son originadas por energización de cargas pesadas o la desenergización de bancos de capacitores. Este fenómeno ocurre debido a un factor de regulación bajo en los sistemas de acondicionamiento .
Elevación de voltaje
Es un aumento de largo plazo del voltaje efectivo entre 1.1-1.2 pu y con una duración mayor a un minuto.
Las elevaciones de voltaje son originadas por desenergización de cargas pesadas o por energización de bancos de capacitores. Este fenómeno ocurre debido a un factor de regulación en los sistemas de acondicionamiento bajo.
Variaciones de Son variaciones en la frecuencia frecuencia de la energía en
relación con la frecuencia fundamental de 60 Hz.
Tabla 5.22
La frecuencia de un sistema de suministro de energía esta relacionada directamente con la velocidad de rotación de los generadores. Un cambio en la frecuencia de suministro es muy rara en la actualidad y podría estar asociada a una falla mayor en el sistema de suministro.
Definiciones de interrupciones y fluctuaciones de corto y largo plazos, ver figuras 5.73 a 5.76.
143
Mecanismos tecnológicos relacionados con la aparición de interrupciones y fluctuaciones de corto y largo plazos ♦
Equipo de Acondiciona- miento eléctrico
Causas estructurales de las interrupciones y fluctuaciones de corto y largo plazos ♦ ♦ ♦ ♦
Bajo factor de regulación en los sistemas de acondicionamiento eléctrico tales como o UPS, o transformadores de aislamiento y regulación. Problemas en el servicio comercial de suministro Problemas en el generador de respaldo Falta de aislamiento de cargas de potencia de otras secciones del edificio tales como: o Motores o Elevadores o Iluminación o Máquinas herramientas o Máquinas de producción
144
Índices armónicos y ruido de banda ancha
145
En la tabla anterior es posible observar las desviaciones del porcentaje de la distorsión armónica y el ruido de banda ancha en el suministro. La curva del ITIC no considera este tipo de fenómenos, sin embargo la IEEE es clara en establecer, que los límites para la distorsión armónica total de un sistema de suministro hacia la acometida no deben exceder el 3% en tensión y el 3% en corriente promedio. Esto índica que ambos el THD y el TDD en los circuitos internos de distribución deben estar por debajo de esos Índices. Un sistema de distribución tolerante debe estar diseñado para operar por debajo de esos límites incluyendo el caso de una desviación extrema dentro del rango de (0→20)% Dugan (2003). Aun que normalmente los circuitos de distribución de un sitio de cómputo y redes operan por debajo de esos índices, no es posible confiar en el dimensionamiento aritmético de las cargas. La implementación y mantenimiento de un sistema de distribución de alta disponibilidad debe incluir mediciones armónicas. Esto último permitirá asegurar que no existe contaminación armónica provocada por fuentes operando incorrectamente, componentes dañados y/o circuitos vecinos. Cabe subrayar, que un rango límite y crónico de corrientes armónicas en el suministro puede incubar impactos de largo plazo. Finalmente estos impactos pueden convertirse en un descenso del MTBF de los cargas, es decir estos impactos pueden acelerar el envejecimiento de los mecanismos de TI y de red y por lo tanto incrementar el riesgo potencial de daño físico.
Tabla 5.23
Las siguientes tablas muestran las desviaciones en el voltaje-corriente y tiempo de las perturbaciones eléctricas producidas en cada subsistema tecnológico en contraste con índices estándar de calidad. Además, en estas tablas se muestra el contenido espectral, ciclos y tiempo de las perturbaciones así como el impacto en el servicio medido como un tiempo total de recobro en caso de falla: MTTR de un sistema de distribución. Perturbaciones eléctricas que aparecen sobre los subsistemas de tierra en el régimen de alta frecuencia y que afectan el desempeño del sistema de distribución de energía eléctrica.
TOLERANCIAS
Índices transitorios
146
En la tabla anterior pueden observarse las desviaciones de tensión de transitorios impulsivos y oscilatorios. Dichas desviaciones poseen un espectro de energía, cuyas componentes no deben exceder los índices de confiabilidad tanto en los circuitos de suministro como de señales. Por un lado, la curva ITIC muestra los límites de tensión que soporta una fuente propia de un equipo electrónico de TI. Por otro lado, las especificaciones de la IEEE muestran los límites de tensión soportados en circuitos de señales. De esta forma, puede observarse que las tolerancias de en los circuitos de señales son mucho menores que en los de suministro. Sin embargo las desviaciones de energía que puede captar un sistema de distribución están en rangos muy por encima de dichas tolerancias. La desviación de la tensión debida a transitorios puede estar en el rango de (83→35000)%, Dugan (2003)mientras que las tolerancias para el suministro y para circuitos de señales están en los rangos de (0→416)% y (0→13)%, Dugan (2003)respectivamente, por lo tanto es mandatario que los sistemas aparta rayos y zonas equipotenciales estén diseñadas y operen confiablemente. Finalmente el servicio de suministro pude verse afectado desde unos cuantos nanosegundos hasta el tiempo total de recobro si se dañan mecanismos del sistema de suministro más los posibles componentes de TI incluyendo a las redes. Un sistema de distribución tolerante opera
Tabla 5.24
Índices de interrupciones y fluctuaciones de corto plazo
147
En la tabla anterior es posible observar las interrupciones y fluctuaciones de corto plazo propias de un sistema de distribución. Dichas desviaciones se encuentran en el rango de (-90→80)%, Dugan (2003) mientras que las tolerancias del ITIC están en el rango de (-25→20)% y pueden afectar el MTTR en un rango de (20→60,000)ms. Como es posible observar, la diferencia entre los valores típicos de las desviaciones y las tolerancias de la ITIC son considerablemente mayores. Un sistema de suministro tolerante debe tener la capacidad de regular en forma ininterrumpida las posibles interrupciones y fluctuaciones originadas por variaciones de carga y energía en su interior y su exterior. También es importante insistir, que un rango moderado pero crónico de fluctuaciones del suministro en relación de los índices de confiabilidad puede incubar impactos de largo plazo. Finalmente estos impactos pueden convertirse en un descenso del MTBF de las cargas, es decir estos impactos pueden acelerar el envejecimiento de los mecanismos de TI y de red y por lo tanto incrementar el riesgo potencial de daño físico.
Tabla 5.25
correctamente cuando no existen componentes dañados aun que tenga que soportar transitorios extremos en potencia y frecuencia. Es recomendable aplicar pruebas especializadas a los sistemas aparta rayos y de tierras para definir la confiabilidad de estos mecanismos. Cabe subrayar, que un moderado pero crónico de transitorios en el suministro puede incubar impactos de largo plazo. Finalmente estos impactos pueden convertirse en un descenso del MTBF de los cargas, es decir estos impactos pueden acelerar el envejecimiento de los mecanismos de TI y de red y por lo tanto incrementar el riesgo potencial de daño físico.
Índices de interrupciones y fluctuaciones de largo plazo
148
En la tabla anterior es posible observar las interrupciones y fluctuaciones de largo plazo propias de un sistema de distribución. Dichas desviaciones se encuentran en el rango de (-100→20)% del voltaje nominal, Dugan (2003) mientras que la tolerancia ITIC está en el rango (10→10)% y pueden afectar el MTTR del sistema de suministro en un rango de (3600→en adelente)ms. Las desviaciones de corriente directa y frecuencia están en el rango de (0→1)% y (±1)% respectivamente, mientras que las tolerancias de definidas por la IEEE están en los rangos de (0→0.5)% y (±0.5)% respectivamente. Como es posible observar, la diferencia entre los valores típicos de las desviaciones y las tolerancias son considerablemente mayores considerando los valores de la ITIC y duplican las tolerancias en el caso de la IEEE. Un sistema de suministro tolerante debe tener la capacidad de regular en forma ininterrumpida las posibles interrupciones y fluctuaciones de voltaje y corriente así como las desviaciones de frecuencia. También es importante insistir, que un rango moderado pero crónico de fluctuaciones del suministro en relación de los índices de confiabilidad puede incubar impactos de largo plazo. Finalmente estos impactos pueden convertirse en un descenso del MTBF de las cargas, es decir estos impactos pueden acelerar el envejecimiento de los mecanismos de TI y de red y por lo tanto incrementar el riesgo potencial de daño físico.
Tabla 5.26
CONCLUSIÓN La enolvente operativa representa la tolerancia final del sistema de suministro de energía eléctrica, y esta se establece con la definición de pivotes de disponibilidad determinable y de deltas de cumplimiento arquitectónico. Esta envolvente se estructuró sobre los cuatro subsistemas funcionales encontrados en la normatividad Internacional: estructura, seguridad, desempeño y administración. De los cuatro subsistemas anteriores, el de administración no fue tratado a detalle, sin embargo el resto basa su operación en los subsistemas tecnológicos de alambrado, tierras físicas y subsistemas de acondicionamiento eléctrico. La armonía de estos subsistemas funcionales requiere de un diseño constituido sobre los criterios arquitectónicos derivados también de la normatividad internacional: diseño, implementación, operación y mantenimiento. Cabe mencionar que la línea base de operación se icluyó dentro del subsistema de desempeño correspondiente a la arquitectura funcional. Es importante recalcar que algunas de las razones para estructurar el sistema de suministro de energía basado en estándares son: ♦ lograr un sistema de suministro confibale y de alta disponibilidad, ♦ manterner el MTTR en valores que no exedan el índice de diseño, ♦ establecer zonas de compatibilidad electromagnética, ♦ prever problemas de intermitencia eléctrica, ♦ simplificar procedimientos de implementación, operación y mantenimiento, ♦ reducir componentes internas y externas indeseables de voltaje y corriente, ♦ establecer áreas equipotenciales de seguridad, ♦ evitar la propagación y acentuación de transitorios, fluctuaciones, armónicos, perturbaciones lógicas y estrés gradual sobre sistemas. Por otro lado, es posible prever los efectos negativos de un mal diseño sobre el servicio del sistema de suministro de energía, los cuales se derivan de no observar dichos criterios arquitectónicos y de obviar los índices de confiabilidad de la línea base de operación. Algunos de estos impactos incluyen: ♦ posible clausura de instalaciones por incumplimiento de normatividad básica, ♦ alteración de la integridad de la salud de personas, equipos e instalaciones, interrupciones transitorias, de corto y largo plazo y de estado estable en la disponibilidad del suministro de energía ♦ Incremento aleatorio del MTTR respecto de la línea base de alta disponibilidad anual.
149
REFERENCIAS Bollen H. J. M. (2000). Understanding Power Quality Problems: voltage sags and Interruptions. New Jersey: Wiley-Interscince. Dally, W. J., Poulton J. W. (1998). Digital Systems Engineering. New York: Cambridge University Press. Dugan, C. R., McGranaghan, F. M., Santoso S. Beaty, H. W. (2003). Electrical Power Systems Quality (2nd Ed.). New York:McGrraw-Hill. IEEE Std 241-1990, (Grey book). (Approved December 6, 1990). IEEE Recommended Practice for Electric Power Systems in Commercial Buildings. http://www.standards.ieee.org/ IEE Std 142 1991, (Green book). IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. http://www.standards.ieee.org/ IEEE C62.41-1991 Recommended Practice on Surge Voltages in Low-Voltage AC Power Circuits. http://www.standards.ieee.org/ IEEE Std 519-1992. IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems. Approved June 18, 1992: IEEE Standards Board Approved January 4, 1993: American National Standards Institute. Second Printing 15 June 2004. http://www.standards.ieee.org/ IEEE Std 493-1997. IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems. Approved 16 December 1997, IEEE Standards Board. http://www.standards.ieee.org/ IEEE Std 1100-1999. (Emerald book) IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment. Approved 22 March 1999, http://www.standards.ieee.org/ IEEE P519.1™/D9a (January 2004). Draft: Guide for Applying Harmonic Limits on Power Systems. http://www.standards.ieee.org/ IEEE PC62.42-2000™/D 11 (June, 2004) Draft Guide for the Application of Component Surge-Protective Devices for Use in Low-Voltage (Equal to or Less Than 1000 VRMS Or 1200 V dc) Circuits. http://www.standards.ieee.org/ IEEE Std C62.43™-2005 23 (November 2005) Guide for the Application of Surge Protectors Used in Low-Voltage (Equal to or Less than 1000 V, rms, or 1200 V, dc) Data, Communications, and Signaling Circuits. http://www.standards.ieee.org/ Johnson, H., Graham Martin (1993). High Speed Digital Design. New Jersey: Prentice Hall PTR. Johnson, H., Graham Martin (2003). High Speed Signal Propagation. New Jersey: Prentice Hall PTR. National Electrical Code 2005 (National Fire Protection Association National Electrical Code). USA NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999, Instalaciones eléctricas (utilización). http://www.energia.gob.mx/work/resourses/LocalContent/1242/1/images/nom001-sede-1999.pdf
150
CAPÍTULO 6
ENVOLVENTE OPERATIVA DEL
SISTEMA DE SUMINISTRO DE SINCRONÍA
PREMISAS Definición 6.1 La confiabilidad de los índices de desempeño de los sistemas de sincronía para el backbone depende de la confiabilidad de los subsistemas de generación de la señal (relojes maestros, relojes esclavos) y de los subsistemas de transmisión (enlaces de larga distancia). Definición 6.2 Dos de los problemas generados por la mala distribución de una referencia de tiempo (mala sincronización) son los errores de regeneración y deslizamientos de bit (slips). Definición 6.3 Existen tres fuentes comunes de errores en un sistema de sincronía: • diferencias de frecuencia, • ruido en los relojes, • fluctuaciones de fase provocadas por: – los regeneradores en el mapeo y ajuste de punteros en las redes SDH, – cambios inducidos por temperatura y falsos contactos en los medios de transmisión, – posible daño de en alguna de las etapas de las trayectorias de larga distancia. Definición 6.4 Con una planeación adecuada de los sistemas de sincronía, el consumidor corporativo puede evitar los problemas sobre aplicaciones sensibles a la velocidad de transferencia en el tiempo real y sobre aplicaciones de misión crítica que ven mermados sus canales de comunicación. Definición 6.5 Será empleado el término “sistema de sincronía” (visto como sistema I, S1) como sinónimo de “sistema de distribución de referencia de tiempo” Definición 6.6 El sistema de sincronía estará basado en: • una jerárquica de árbol con una referencia primaria como reloj maestro • un plan de sincronía propio para un backbone de conmutación de celdas o paquetes con categorías de tráfico. Este incluirá los relojes esclavos y la topología de interconexión. • Enlaces de larga distancia tipo PDH E1 (2.048 mbps) Definición 6.6 El objetivo de un sistema de sincronía es sincronizar una red. Donde el termino “Sincronización de Red” será empleado bajo la definición de la recomendación ITU-T Rec. G.810 (08/96) cláusula 4.1.4: “Sincronización de Red es un concepto general que describe la manera de distribuir una referencia común de tiempo o frecuencia a todos los elementos en la red”.
151
INTRODUCCIÓN Utilizando el enfoque holístico para el sistema de sincronía será establecida una arquitectura de referencia que estará basada en cuatro subsistemas funcionales. Las envolventes operativas representan las tolerancias finales de la infraestructura de soporte, y estas se establecen con la definición de pivotes de disponibilidad determinable y de deltas de cumplimiento arquitectónico. Estos subsistemas funcionales (generación de referencia primaria, plan de sincronía, subsistema de desempeño y subsistema de administración) son reunidos en forma estratificada para visualizar fácilmente la interdependencia de los mismos. Además esta estratificación permite mostrar una línea simple de causalidad funcional. Cada estrato funcional alberga en una forma específica a tres subsistemas tecnológicos a saber: relojes primarios o maestros, relojes esclavos, enlaces de larga distancia, mecanismos de monitoreo. A su vez, cada subsistema tecnológico esta constituido por mecanismos tecnológicos compuestos de hardware y/o software. Por lo anterior, es posible prever que los criterios adoptados para estructurar cada uno de esos mecanismos conferirán grados de disponibilidad a la arquitectura del sistema de sincronía. La figura siguiente muestra los subsistemas funcionales del sistema de sincronía. El cumplimiento de criterios arquitectónicos en forma ascendente (abajo hacia arriba) permite desarrollar paulatinamente una arquitectura homogénea y consistente.
Línea base de operación del sistema de distribución de temporización
Administración Desempeño Plan de Sinc.
Generación de ref . Prim
Monitoreo
=
Enlaces de larga distancia
SUBSISTEMAS FUNCIONALES Figura 6.1
Enlaces de larga distancia Rel ojes Secundari os y mecani smos de control
Relojes Secundarios y mecanismos de control
Relojes Primarios
Relojes Primarios
Relojes Primarios
SUBSISTEMAS TECNOLÓGICOS
Arquitectura general de referencia del sistema de sincronía, enfoque funcional y tecnológico
En esta tesis no será realizado el desarrollo lógico-simbólico de las relaciones funcionales internas y externas del suprasistema de suministro de sincronía. Dicha descripción funcional de la arquitectura de referencia se asume como válida. Por lo anterior se acepta que existen las relaciones de interdependencia suficientes para considerar como fundamentales los estratos funcionales y subsistemas tecnológicos antes expuestos. Para justificar la existencia de esta arquitectura general, esta tesis ha tomado como referencia las más recientes publicaciones de la ITU, ANSI, IEEE y varias referencias bibliográficas sólidas disponibles en el mercado especializado del tema. El estándar ITU-T Rec. G.810 (08/96). “Definitions and Terminology for Synchronization Networks” observa los subsistemas funcionales expuestos en esta tesis como elementos fundamentales de un sistema de sincronía.
152
LOS SUBSISTEMAS FUNCIONALES Cada subsistema funcional representa una función específica y que es posible gracias a la intersección de criterios arquitectónicos con los mecanismos tecnológicos de hardware. Estos criterios incluyen el diseño, la implementación, la operación y el mantenimiento que estructuran el sistema de sincronía. Dichos criterios arquitectónicos integran una serie de recomendaciones prácticas que son propuestas por diferentes organismos normativos internacionales.
GENERACIÓN DE REFERENCIA PRIMARIA La siguiente tabla muestra la relación entre los mecanismos de tecnológicos de hardware y las recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos de diseño e implementación correspondientes de la generación de la referencia primaria del sistema de sincronía. Mecanismos tecnológicos de hardware
Recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos de diseño e implementación
Reloj de Referencia Primaria (PCR: Straum 1): ¿GPS-Rubidio ó Referencia derivada del Carrier?
(diseño) • Estabilidad de largo plazo -11 • Precisión: 1X10 (implementación) • Simpleza para la integración del reloj al backbone
Tabla 6.1
Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para el PRC
PLAN DE SINCRONÍA La siguiente tabla muestra la relación entre los mecanismos de hardware y las recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño e implementación correspondientes al plan de sincronía. Mecanismos tecnológicos de hardware
Recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos de diseño e implementación
Reloj Primario (Stratum 1) GPS Rubidio Relojes esclavos Módulos de sincronía en switches del core del backbone: Stratum 2 Stratum 3 Stratum 4
(diseño) • Distribución lógica de referencias de temporización en el backbone • Establecer la línea de flujo de referencia y la topología de sincronía (implementación) • Identificación física de mecanismos: o etiquetado, o códigos, o organización, o orden, o limpieza.
Enlaces de larga distancia
Tabla 6.2
Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para el plan de sincronía
153
DESEMPEÑO La siguiente tabla muestra la relación entre los mecanismos de hardware y las recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño y operación correspondientes al desempeño del sistema de sincronía. Mecanismos tecnológicos de hardware
Recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos de diseño y operación
Reloj de Referencia Primaria GPS-Rubidio PLL-Straturm 1 Relojes esclavos Módulos de sincronía en switches del core del backbone: Stratum 2 Stratum 3 Stratum 4 Enlaces de larga distancia
(operación) • Precisión y estabilidad de relojes • Distribución adecuada de referencias de tiempo en la red hacia los relojes esclavos • Calidad en la transmisión de los enlaces de larga distancia (línea base) • Conservar los índices de confiabilidad para el desempeño (ver tabla de índices de confiabilidad)
Tabla 6.3
Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para el desempeño del sistema de sincronía
ADMINISTRACIÓN La siguiente tabla muestra la relación entre los mecanismos de hardware y las recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño, implementación, operación y mantenimiento correspondientes la administración del sistema de sincronía. Mecanismos tecnológicos de hardware
Criterios arquitectónicos generales (diseño, implementación y operación y mantenimiento)
Reloj de Referencia Primaria GPS-Rubidio PLL-Straturm 1 Plan de sincronía Enlaces de larga distancia
(diseño-implementación) • Documentación (actualizada) (operación) • Procedimientos de operación (mantenimiento) • Procedimientos de monitoreo • Procedimientos de mantenimiento preventivo • Procedimientos de mantenimiento correctivo
Tabla 6.4
Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para la administración del sistema de sincronía
154
Relojes primarios
ADMINISTRACIÓN
Tabla 6.5
relojes secundarios y sistemas de control Enlaces de larga distancia
Relojes primarios relojes secundarios y sistemas de control Enlaces de larga distancia
Enlaces de larga distancia
relojes secundarios y sistemas de control
Relojes primarios
PRC
SISTEMAS TECNOLÓGICOS
DESEMPEÑO
PLAN DE SINCRONÍA
SISTEMAS FUNCIONALES REFERENCIA PRIMARIA
D E L S I S T E M A S I N C R O N Í A
D E
Operación Procedimientos de configuración
155
Envolvente operativa del sistema de sincronía
Diseño-Implementación Documentación (actualizada)
Diseño-Operación Mantener estabilidad precisión Mantener distribución adecuada de referencias en y de sincronía en la red la red
C R I T E R I O S A R Q U I T E C T Ó Diseño Implementación GPS-Rubidio ó Carrier: Simpleza de integración Precisión, estabilidad Diseño Distribución lógica de Establecer línea de flujo referencias en el backbone de referencia y topología de sincronía
E N V O L V E N T E O P E R A T I V A D I S T R I B U C I Ó N D E
Mantenimiento Procedimientos de monitoreo, y procedimientos de mto. preventivo-correctivo
Mantener calidad en la transmisión de los enlaces de larga distancia
Implementación Identificación e integridad física de mecanismos: etiquetado, códigos, organización, orden, limpieza.
N I C O S
La siguiente tabla muestra la intersección de los sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y criterios arquitectónicos que estructuran la envolvente operativa del sistema de sincronía.
ENVOLVENTE OPERATIVA
INTERSECCIONES DE LOS SISTEMAS FUNCIONALES-TECNOLÓGICOS Y CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS EN LA
Tabla 6.6
Criterios de evaluación de la arquitectura del subsistema de sincronía consistente con el postulado 6.1
En la tabla anterior puede observarse, que en la primera columna de la izquierda se encuentran los mecanismos tecnológicos correspondientes al sistema de sincronía, en el siguiente grupo de columnas de la derecha se encuentran los criterios arquitectónicos y finalmente en el grupo de la derecha se encuentra una tabla de evaluación arquitectónica. La evaluación toma en cuenta que cada criterio cumplido tiene un peso de una unidad. De esta manera, si todos los criterios se cumplen, entonces la tabla completa tiene un peso de 18 unidades. Este peso máximo de 18 representa una desviación relativa del 0% respecto de los criterios y mecanismos definidos.
156
Definición 6.7 Desviación-r_5 = 100%(1 – Σdev./18) Definición 6.8 Por otro lado, para ponderar la afectación de la disponibilidad de todo el subsistema de sincronía es necesario introducir un factor de cumplimiento. Este factor de cumplimiento es llamado “delta_cumplimiento_5”. De esta forma, a menos que todos los criterios (18 en este caso) se cumplan, entonces la sincronía cumplirá y tendrá el valor de la unidad (1). Si este valor es cero entonces la delta de cumplimiento no afectará la disponibilidad del sistema de sincronía linealmente, sino que enviará a indeterminación la disponibilidad total del sistema (ver postulado 6.1) Postulado 6.1 a) Si, delta_cumplimiento_n = 1 (donde n= 5,6)39 y el resto de las deltas de cumplimiento valen 1, y las disponibilidades del los relojes primarios y secundarios son determinables, entonces la disponibilidad total del sistema de suministro de energía es determinable. b) Si, delta_cumplimiento_n = 0 (donde n= 5,6) 40 no importando que el resto de las deltas de cumplimiento valgan 1, y las disponibilidades de los relojes primarios y secundarios sean determinables, la disponibilidad total del sistema de suministro de energía será indeterminable.
39
n = 5, 6 ya que representa la existencia de la evaluación de la arquitectura de sincronía y la evaluación de la línea base de sincronía. 40 n = 5, 6 ya que representa la existencia de la evaluación de la arquitectura de sincronía y la evaluación de la línea base de sincronía.
157
X X
Sistemas tecnológicos
GPS-Rubidio
PRC ESCLAVOS Enlaces
X X X
X X X
E S T Á N D A R E S
S I N C R O N Í A
Tabla 6.7
X X X
Definitions and terminology Synchronization Networks.
ITU-T, G.810 (08/96)
X X X
X
158
Estándares para el PCR y el plan de sincronía
X X X
Synchronization Timing Interface Standard Characteristics PRCs
Generic requirements Synchronization Networks
ITU-T, G.811 (09/97)
X
Timing Requirements at the outputs of slave clocks (PDH)
ITU-T G.812 (06/98)
E S T Á N D A R E S E S P E C I A L I Z A D O S
E S T Á N D A R E S
X
Timing Characteristics PRCs
ANSI T1.101 (01/97)
Y
X
Synchronization Interface Standard
ANSI T1.101 (01/97)
E S T Á N D A R E S ESPECIALIZADOS ITU-T G.811 (09/97)
ETSI-En 300 462
E S T Á N D A R E S B Á S I C O S
D E
X
Carrier
X
Generic requirements Synchronization Networks
E S T Á N D A R E S B Á S I C O S ITU-T G.810 ETSI-En 300 462 (08/96)
Y
¿GPS-Rubidio ó Carrier? Simpleza para la Definitions and integración terminology al backbone Synchronization Networks.
P L A N
¿GPS-Rubidio ó Carrier? Precisión y Estabilidad
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS
Distribución referencias
PCR Stratum 1
Sistemas tecnológicos
Línea de flujo, Topología
P C R
Las siguientes tablas muestran la intersección de los criterios arquitectónicos de diseño, implementación y operación para los sistemas tecnológicos que conforman el sistema de sincronía. Estos criterios están basados en estándares internacionales empleados en la industria.
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS PARA EL SISTEMA DE SINCRONÍA BASADOS EN ESTÁNDARES
Identificación, integridad
PRC ESCLAVOS Enlaces
Sistemas tecnológicos
PRC ESCLAVOS Enlaces
Sistemas tecnológicos
X X
Estabilidad Precisión
X X
Estabilidad Precisión
X
X X
Tabla 6.8
X X
E S T Á N D A R E S
X X X
Generic requirements Synchronization Networks
X
Timing Characteristics PRCs
159
ITU-T G.801 (84, rev. 93)
X X
X X
X X
The control of Timing Controlled slip Requirements at rate objectives on the jitter and an Int.DX wander on the the outputs of 2048 Kbps H. slave clocks (PDH) …
X
Digital Sections and digital line systems
ITU-T G.823 ITU-T (I03/93) G.921 (93)
X
Synchronization Digital Interface Standard transmission model
ANSI T1.101 (01/97)
E S T Á N D A R E S E S P E C I A L I Z A D O S ITU-T, G.811 ITU-T G.812 ITU-T G.822 (09/97) (06/98) (80, rev. 93)
X X X
Definitions and terminology Synchronization Networks
E S T Á N D A R E S B Á S I C O S ITU-T G.810 ETSI-EN 300 462 (08/96)
Y
Estándares para el desempeño del plan de sincronía
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS Distribución Calidad en la adecuada de transmisión referencias en la de los red enlaces de larga distancia
X X
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS Distribución Calidad en la adecuada de transmisión referencias en la de los red enlaces de larga distancia
D E S E M P E Ñ O
Diseño, implementación y operación del plan de sincronía: razones del uso de estándares •
• • • • • •
Reducir las fluctuaciones de frecuencia y fase por ruido en relojes, transitorios, jitter y wander que provocan: • reducción del troughput en los enlaces del backbone debido a slips no controlados • efectos catastróficos sobre los servicios en tiempo real: audio PCM, audio y Video Compresos Evitar inestabilidad de los equipos de conmutación del backbone que utilizan la referencia de tiempo para funcionar. Establecer referencias centrales de tiempo de alta precisión. Prever problemas de anarquía de referencias de tiempo. Desarrollar un diseño que cumpla con los criterios arquitectónicos y la normatividad nacional e internacional. Mantener la referencia de tiempo a través de la malla del backbone. Simplificar las labores de mantenimiento preventivo y correctivo.
Impacto cualitativo de la baja disponibilidad del plan de sincronía de no observar los estándares • • • •
Heterogeneidad de frecuencias en cadenas de reloj. Interferencia de ruido externo en referencia primaria de tiempo. Acentuación de las fluctuaciones de fase por jitter o wander. Falta de visibilidad de la ruta de causalidad para el mantenimiento preventivo y correctivo.
Impacto cuantitativo de la baja disponibilidad en el plan de sincronía de no observar los estándares (minutos-horas) downtime • para realizar el mantenimientos preventivos o correctivos (horas-dias) slowtime • debido a la degradación de la sincronía del backbone debido a la lentitud de la red por la baja disponibilidad de los enlaces del backbone
160
Tabla 6.9
161
Definiciones, impacto y causas de ruido de fase y frecuencia
DEFINICIONES, IMPACTO Y CAUSAS DE RUIDO Y PERTURBACIONES EN EL SISTEMA DE SINCRONÍA
FLUCTUACIONES DE FASE
D E
F A S
CAUSAS diferencias de frecuencia y fase en señales de sincronía provocadas por el ruido interno y externo en los componentes de sincronía
P E R T U R B A C I O N E S R E L O J E S
IMPACTO perdida de conjuntos de bits que repercute en servicios críticos de tiempo real
D E E N
162
Definiciones, impacto y causas de ruido de fase y frecuencia (continuación)
variación máxima pico a pico de variación máxima de la ruido interno y externo en los componentes de los relojes tiempo de una señal de temporización fase de referencia dada con respecto de una señal ideal de temporización en un periodo de observación sincronización de largo plazo
Tabla 6.10
MTIE (Mean Time Interval Error)
variación final de la fase de referencia
sincronización de corto ruido interno y externo en los plazo componentes de los relojes
variación final de tiempo de una señal dada respecto de una señal ideal en un periodo de observación
TIE (Timing Interval Error) puede visualizarse como la diferencia final en que llegan a la meta dos corredores
sincronización de largo ruido interno y externo en los plazo componentes de los relojes
grado en que un reloj produce una misma frecuencia en un periodo determinado
peor caso: falta de un plan de sincronía el cociente de la diferencia entre sincronización de corto ruido interno y externo en los plazo componentes de los relojes la frecuencia real de salida y la frecuencia nominal sobre la frecuencia nominal
DEFINICIONES desviación en el periodo de tiempo nominal entre escritura y lectura de un par de "buffers" de conmutación correspondientes a dos interfaces independientes
I M P A C T O, Y C A U S A S E Y F R E C U E N C I A
Sobre la Estabilidad
Sobre la Precisión
PERTURBACIÓN Slips
D E F I N I C I O N E S,
PERDIDA DE DATOS
FLUCTUACIONES DE FRECUENCIA
Wander
UI
PERTURBACIÓN Jitter
Tabla 6.11
Hz)
ráfagas aleatorias de slips
N/A
163
F A S E
cambios diurnos y anuales de temperatura generan cambios físicos en los medios de transmisión lo cual provoca fluctuaciones de fase de mediano y largo plazos
N/A
Definiciones, impacto y causas de ruido de fase y frecuencia (continuación)
frecuencias de wander se (<10
UI(E1)= 488ns, UI(T1)= 648 ns jitter de baja frecuencia
unidades de jitter UI (unidades de intervalo) periodo de tiempo entre dos pulsos de señal libres de jitter
frecuencias de jitter (10? 100)Khz
D E
CAUSAS acentuación en trayectorias de regeneración y/o multiplexación
I M P A C T O, Y C A U S A S D E P E R T U R B A C I O N E S Y F R E C U E N C I A E N E N L A C E S
DEFINICIONES IMPACTO fluctuaciones de corto plazo de los generación de slips instantes significantes de una señal digital respecto su posición ideal en el tiempo.
D E F I N I C I O N E S,
FLUCTUACIONES DE CORTO PLAZO Y SUS UNIDADES
FLUCTUACIONES DE LARGO PLAZO
1X10-10/año Rubidio
1X10^-11/año GPS
1X10^-12/año Hidrógeno
Tabla 6.12
-
20Hz
reducido
reducido
muy reducido
muy reducido
espectro
164
Impacto
P C R
61ns
24.4ns
1s/3'000 años
1s/3'000'000 tasas aleatorias de años slips que pueden 1s/300'000 acentuarse en años la cadena de relojes 1s/30'000 años
tiempo QoS de (se atrasa o transmisión adelanta)
D E L
Índices precisión y estabilidad del PCR en el corto plazo
< 0.125 UI (1/8 16Mhz UI)
0.05 UIpp
-
-
-
-
1X10^-13/año Cesio
1X10^-11Hz/Hz 0.1 partes cada billón 1X10^-11Hz/Hz 0.1 partes cada billón 1X10^-11Hz/Hz 0.1 partes cada billón 1X10^-11Hz/Hz 0.1 partes cada billón -
ITU-T G.811 (09/97) (2.048 Khz)
Contenido
Y E S T A B I L I D A D C O R T O P L A Z O
Precisión mínima Estabilidad
P R E C I S I Ó N E N E L
Bregni (2002), ITU-T G.811 Caballero (2003) (09/97) (2.048 Khz)
Desviación
periodo de observación= 60s Discont. de fase
Jitter intrínseco
Precisión Stratum 1
Variable
Í N D I C E S
fracciones de segundo, cortes de video y audio en sesiones de tiempo real
servicio
Precisión y estabilidad del PRC: índices de confiabilidad en la red del carrier vs. impacto en el servicio
SISTEMAS TECNOLÓGICOS
PRC (Primary Reference Clock)
SISTEMAS TECNOLÓGICOS
PRC (Primary Reference Clock)
Wander Intrínseco
Variable
-
Tabla 6.13
TDEV 0.1s
t> 1000 s
MTIE
0.1s
f ≤ 10 Hz f ≤ 10 Hz
0.03t ns 30ns
30ns
3ns
3ns
t> 300ns, máximo= 3000ns
Slips que pueden acentuarse en la cadena de relojes
25ns
165
E N
QoS de transmisión
Impacto
P C R
tiempo
D E L
Índices precisión y estabilidad del PCR en el largo plazo
f ≤ 10 Hz
f ≤ 10 Hz
f ≤ 10 Hz
espectro
Contenido
3 ns
1X10^–5t+ 0.29µs
0.275 * 0.001t+ 0.025µs
-
MTIE
Estabilidad
Y E S T A B I L I D A D L A R G O P L A Z O
ITU-T G.811 (09/97) (2.048 Khz)
Precisión
P R E C I S I Ó N E L
Bregni (2002), ITU-T G.811 Caballero (2003) (09/97) (2.048 Khz)
Desviación
Í N D I C E S
fracciones de segundo, cortes de video y audio en sesiones de tiempo real
servicio
Tabla 6.14
166
Índices precisión y estabilidad de relojes esclavos en el corto plazo
Precisión y estabilidad de relojes esclavos: índices de confiabilidad en la red del carrier vs. impacto en el servicio
Tabla 6.15
167
Índices precisión y estabilidad de relojes esclavos en el largo plazo
Tabla 6.16
168
Jitter, wander y slips en enlaces: índices de confiabilidad en la red del carrier vs. impacto en el servicio
Jitter, wander y slips en enlaces: índices de confiabilidad en la red del carrier vs. impacto en el servicio
CONCLUSIÓN La envolvente operativa representa la tolerancia final del sistema de sincronía, y ésta se establece con la definición de pivotes de disponibilidad determinable y de deltas de cumplimiento arquitectónico. Dicha envolvente se estructuró sobre los cuatro subsistemas funcionales encontrados en la normatividad Internacional: generación de referencia primaria, plan de sincronía, desempeño y administración. De los cuatro subsistemas anteriores, el de administración no fue tratado a detalle41, sin embargo el resto basa su operación en los siguientes subsistemas tecnológicos a saber: relojes primarios, relojes esclavos y enlaces de larga distancia. La armonía de estos subsistemas funcionales requiere de un diseño constituido sobre los criterios arquitectónicos: diseño, implementación, operación y mantenimiento. Cabe mencionar que la línea base de operación se icluyó dentro del subsistema de desempeño correspondiente a la arquitectura funcional. Es importante recalcar que algunas de las razones para estructurar el sistema de sincronía basado en estándares son: •
• • • •
Reducir las fluctuaciones de frecuencia y fase por ruido en relojes, transitorios, jitter y wander que provocan: • reducción del troughput en los enlaces del backbone debido a slips no controlados • efectos catastróficos sobre los servicios en tiempo real: audio PCM, audio y video compresos Evitar inestabilidad de los equipos de conmutación del backbone que utilizan la referencia de tiempo para funcionar. Desarrollar un diseño que cumpla con los criterios arquitectónicos y la normatividad nacional e internacional. Mantener la referencia de tiempo a través de la malla del backbone. Simplificar las labores de mantenimiento preventivo y correctivo.
Por otro lado, es posible prever los efectos negativos de un mal diseño sobre el servicio del sistema de sincronía, los cuales se derivan de no observar dichos criterios arquitectónicos y de obviar los índices de confiabilidad de la línea base de operación. Algunos de estos impactos incluyen: • • • • •
Heterogeneidad de frecuencias en cadenas de reloj. Interferencia de ruido externo en referencia primaria de tiempo. Acentuación de las fluctuaciones de fase por jitter o wander. Falta de visibilidad de la ruta de causalidad para el mantenimiento preventivo y correctivo. Incremento aleatorio del MTTR respecto de la línea base de alta disponibilidad anual.
41
El subsistema de administración en el backbone es un sistema funcional separado del sistema de infraestructura de soporte, por lo dicho subsistema requiere un tratamiento exhaustivo adicional, y el cual esta fuera del alcance de esta tesis.
169
REFERENCIAS ANSI T1.101 (01/97). Synchronization Interface Standard. Bhatnagar, P. K. (1997). Engineering Networks for synchronization, CCS7, and ISDN. New York: IEEE Telecommunications Handbook Series. Bregni, Stefano (2002). Synchronization of Digital Telecommunications Networks. England: John Wiley & Sons, Ltd. Caballero M. José, Hens Fransico, Segura Rogers, Guimerpa Andreu (2003). Installation and Maintenance of SDH/SONET, ATM, xDSL, and Syncronization Networks. Norwood MA.: Artech House. Dally, W. J., Poulton J. W. (1998). Digital Systems Engineering. New York: Cambridge University Press. ETSI-En 300 462. Transmission and Multiplexing, Generic requirements for Synchronization Networks. ITU-T Rec. G.801 (84, rev. 93). Digital Transmission Model. ITU-T Rec. G.810 (08/96). Definitions and Terminology for Synchronization Networks. ITU-T Rec. G.811 (09/97). Timing Characteristics of Primary Reference Clocks. ITU-T Rec. G.812 (06/98). Timing Requirements at the Outputs of Slave Clocks Suitable for Plesiochronous Operation of International Digital Links. ITU-T Rec. G.822 (80, rev. 93). Controlled Slip Rate Objectives on an International Digital Connection. ITU-T Rec. G.823 (03/93). The Control of the Jitter and Wander Within Digital Networks which are Based on the 2048 Kbps Hierarchy. ITU-T Rec. G.921 (93). Digital Sections and Digital Line Systems. Kiefer, Roland (1998). Test solutions for digital networks. Tübingen Germany: Hünting GmbH, Heidelberg. Johnson, H., Graham Martin (1993). High Speed Digital Design. New Jersey: Prentice Hall PTR. Johnson, H., Graham Martin (2003). High Speed Signal Propagation. New Jersey: Prentice Hall PTR.
170
CAPÍTULO 7
ENVOLVENTE OPERATIVA DEL
SISTEMA DE ENLACES DE LARGA DISTANCIA
PREMISAS Definición 7.1 La confiabilidad de los parámetros de desempeño de los enlaces de larga distancia para un cliente corporativo depende de la disponibilidad de los subsistemas funcionales constituidos por: ♦ ♦ ♦ ♦
el carrier, la última milla, el desempeño del canal de transmisión, así como de la gestión correspondiente a dichos enlaces.
Definición 7.2 La ITU establece las siguientes referencias hipotéticas para los enlaces de larga distancia: –
ITU-T G.801 – HRX, Hypotetical Reference Connection (27,500 Km) – HRDL ó HRDP Hypotetical Reference Digital Link ó Hypotetical Reference Digital Path (280→2,500 Km) – HRDS, Hypotetical Reference Digital Section (50→280 Km)
–
ITU-T G.821 – High grade (hasta 25,000 Km) – Medium grade (hasta 1000 Km) – Local grade, equivalente a HRDS (50 – 280 Km)
–
ITU-T G.826 – Nacional: entre Local grade y Medium grade – Internacional: entre Medium grade y High grade.
Definición 7.3 La criticidad de las líneas de transmisión disminuye conforme el punto de referencia se acerca a los equipos terminales del cliente. Son más críticas las líneas internacionales y nacionales que las líneas locales. Por lo anterior, y por el grado de incertidumbre de operación es en las secciones locales donde se originan más errores de transmisión. Definición 7.4 El consumidor corporativo tiene poco control sobre los índices operacionales del carrier y de la interfaz de última milla, ya que normalmente dichos índices los controla el operador de los enlaces. Sin embargo, el consumidor corporativo puede mitigar las áreas de vulnerabilidad locales por un lado, y exigir al operador una línea base de operación para los enlaces de larga distancia (SLA). Definición 7.5 Será empleado el término “sistema de enlaces de larga distancia” ó simplemente “enlaces de larga distancia” para referirse al suprasistema funcional en cuestión.
171
INTRODUCCIÓN Utilizando el enfoque holístico para el sistema de enlaces de larga distancia, será establecida una arquitectura de referencia que estará basada en cuatro subsistemas funcionales. Las envolventes operativas representan las tolerancias finales de la infraestructura de soporte, y estas se establecen con la definición de pivotes de disponibilidad determinable y de deltas de cumplimiento arquitectónico. Estos subsistemas funcionales (el carrier, la última milla, desempeño y administración) son reunidos en forma estratificada para visualizar fácilmente la interdependencia de los mismos. Además esta estratificación permite mostrar una línea simple de causalidad funcional. Cada estrato funcional alberga en una forma específica a tres subsistemas tecnológicos a saber: WAN del carrier, Interfaz de última milla y mecanismos de monitoreo. A su vez, cada subsistema tecnológico esta constituido por mecanismos tecnológicos de hardware y/o software. Por lo anterior, es posible prever que los criterios adoptados para estructurar cada uno de esos mecanismos conferirán grados de disponibilidad a los enlaces de larga distancia. La figura siguiente muestra los subsistemas funcionales del sistema de enlaces de larga distancia en una forma estratificada. El cumplimiento de criterios arquitectónicos en forma ascendente (abajo hacia arriba) permite percibir una arquitectura homogénea y consistente.
Línea base de operación de los enlaces de larga distancia
Administración Desempeño Última milla
Monitoreo
=
Carrier
SUBSISTEMAS FUNCIONALES Figura 7.1
Interfaz de última milla
Red Wan del Carrier
Interfaz de última milla
Red Wan del Carrier
MECANISMOS TECNOLÓGICOS
Arquitectura general de referencia del sistema de los enlaces de larga distancia enfoque funcional y tecnológico
En esta tesis no será realizado el desarrollo lógico-simbólico de las relaciones funcionales internas y externas de los enlaces de larga distancia. Dicha descripción funcional de la arquitectura de referencia se asume como válida. Por lo anterior se acepta que existen las relaciones de interdependencia suficientes para considerar como fundamentales los estratos funcionales y subsistemas tecnológicos antes expuestos. Para justificar la existencia de esta arquitectura general, esta tesis ha tomado como referencia las más recientes publicaciones de la ITU, ANSI, IEEE y varias referencias bibliográficas sólidas disponibles en el mercado especializado del tema. Los estándares ITU-T Rec. G.801 (84, rev. 93) “Digital Transmission Model” e ITU-T Rec. G.921 (93) “Digital Sections and Digital Line Systems” observan los subsistemas funcionales expuestos en esta tesis como fundamentales de un enlace de larga distancia.
172
LOS SUBSISTEMAS FUNCIONALES Cada subsistema funcional representa una función específica que es posible gracias a la intersección de criterios arquitectónicos con los mecanismos tecnológicos de hardware. Estos criterios incluyen el diseño, la implementación, la operación y el mantenimiento que estructuran el sistema de enlaces de larga distancia. Dichos criterios arquitectónicos integran una serie de recomendaciones propuestas por diferentes organismos normativos, internacionales.
EL CARRIER La siguiente tabla muestra la relación entre los mecanismos tecnológicos de hardware y las recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño e implementación correspondientes al carrier de los enlaces de larga distancia. Mecanismos tecnológicos de hardware
Recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño e implementación
Mecanismo de la red WAN del carrier ¿Cuál será el mejor proveedor de servicio (carrier)?
(diseño) • cobertura, • garantía de servicio, • precio (implementación) • Simpleza para la integración del reloj al backbone o Para nuestro caso hemos restringido el estudio al uso de enlaces E1 PDH.
Tabla 7.1
Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para la elección e implementación del carrier
LA ÚLTIMA MILLA La siguiente tabla muestra la relación entre los mecanismos de hardware y las recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño e implementación correspondientes a la última milla del sistema de enlaces de larga distancia. Mecanismos tecnológicos de hardware
Recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño e implementación
Mecanismos tecnológicos de última milla ¿Cuál será el mejor tipo de acceso?
(diseño) • velocidad, • tipo de acceso, • medios de transmisión • sincronía (implementación) • Identificación física de mecanismos: o etiquetado, o códigos, o organización, o orden, o limpieza.
Tabla 7.2
Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para la elección e implementación de la última milla
173
EL DESEMPEÑO La siguiente tabla muestra la relación entre los mecanismos de hardware y las recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño y operación correspondientes al desempeño de los enlaces de larga distancia. Mecanismos tecnológicos de hardware
Recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño y operación
Mecanismo de la red WAN del carrier Mecanismos tecnológicos de última milla
(diseño) • capacidad de canal, • retrazo de transferencia, • Slips • BER, • Jitter, • Wander. (línea base de operación) • Conservar los índices de confiabilidad para el desempeño
Tabla 7.3
Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para el desempeño de los enlaces de larga distancia
ADMINISTRACIÓN La siguiente tabla muestra la relación entre los mecanismos de hardware y las recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño, implementación, operación y mantenimiento correspondientes la administración del sistema de enlaces de larga distancia. Mecanismos tecnológicos de hardware
Recomendaciones derivadas de los criterios arquitectónicos generales de diseño, implementación y operación y mantenimiento
Mecanismo de la red WAN del carrier Mecanismos tecnológicos de última milla
(diseño-implementación) • Documentación (actualizada) (operación) • Procedimientos de operación (mantenimiento) • Procedimientos de monitoreo Procedimientos de mantenimiento
Tabla 7.4
Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para la administración de los enlaces de larga distancia
174
Interfaz de última milla
Tabla 7.5
Interfaz de última milla
Red Wan del carrier
Seleccionar línea base: características de interfaces entrada salida Diseño
Red Wan del carrier
DESEMPEÑO
ADMINISTRACIÓN
Seleccionar línea base: BER
Interfaz de última milla
ÚLTIMA MILLA
175
Envolvente operativa para loe enlaces de larga distancia
Procedimientos de conexión
Operación
Mantener línea base de operación
Operación
Diseño
Simpleza para la integración al backbone Implementación Identificación física de mecanismos: etiquetado, códigos, organización, orden, limpieza
Documentación (actualizada)
D E
Procedimientos de monitoreo, y procedimientos de mto. preventivocorrectivo
Mantenimiento
A R Q U I T E C T Ó N I C O S Implementación
Velocidad, tipo de acceso, medios de transmisión
Elección del carrier, cobertura, garantía de servicio, precio Diseño
Red Wan del carrier
C R I T E R I O S
CARRIER
Diseño
SISTEMAS TECNOLÓGICOS
O P E R A T I V A P A R A E N L A C E S L A R G A D I S T A N C I A
SISTEMAS FUNCIONALES
E N V O L V E N T E
La siguiente tabla muestra la intersección de los sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y criterios arquitectónicos que estructura la envolvente operativa del sistema de enlaces de larga distancia.
ENVOLVENTE OPERATIVA
INTERSECCIONES DE LOS SISTEMAS FUNCIONALES-TECNOLÓGICOS Y CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS EN LA
0% 1
0%
0%
0%
mod.
Desviación-r_ 7
1 1 1
1 1 1
1 1 1
dev.
delta-cumplimiento_7
Mantener línea base de operación
Mantener línea base de operación
Mantener línea base de operación
Operación
Criterios de evaluación de la arquitectura del subsistema de sincronía consistente con el postulado
etiquetado, códigos, organización, orden, limpieza
Simpleza para la integración al backbone etiquetado, códigos, organización, orden, limpieza
Elección del carrier, cobertura, garantía de servicio, precio Seleccionar línea base: BER
Seleccionar línea base: características de interfaces entrada salida
Implementación
Diseño
EVALUACIÓN
DE LOS ENLACES DE LARGA DISTANCIA
1
1
1
176
En la tabla anterior puede observarse, que en la primera columna de la izquierda se encuentran los mecanismos tecnológicos correspondientes a la envolvente operativa correspondiente a los enlaces de larga distancia, en el siguiente grupo de columnas de la derecha se encuentran los criterios arquitectónicos y finalmente se encuentra una tabla de evaluación arquitectónica. La evaluación de los enlaces de larga distancia toma en cuenta que cada criterio cumplido tiene un peso de una unidad. De esta manera, si todos los criterios se cumplen, entonces la tabla completa tiene un peso de 9 unidades. Este peso máximo de 9 unidades representa una desviación relativa del 0% respecto de los criterios y mecanismos definidos.
Tabla 7.6
Interfaz de última milla
Red Wan del carrier
Mecanismos Tecnológicos Red Wan del carrier
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS DE LA ENVOLVENTE OPERATIVA
Definición 7.6 Desviación-r_7 = 100%(1 – Σdev./9) Definición 7.7 Por otro lado, para ponderar la afectación de la disponibilidad de los enlaces de larga distancia es necesario introducir un factor de cumplimiento. Este factor de cumplimiento es llamado “delta_cumplimiento_7”. De esta forma, a menos que todos los criterios (9 en este caso) se cumplan, entonces la estructura cumplirá y tendrá el valor de la unidad (1). Si este valor es cero entonces la delta de cumplimiento no afectará la disponibilidad del sistema de suministro linealmente, sino que enviará a indeterminación la disponibilidad total del sistema (ver postulado 6.1) Postulado 7.1 a) Si, delta_cumplimiento_n = 1 (donde n= 7, 8)42 y el resto de las deltas de cumplimiento valen 1, y las disponibilidades del la sección del carrier y el MUX de última milla son determinables, entonces la disponibilidad total del sistema de enlaces de larga distancia es determinable. b) Si, delta_cumplimiento_n = 0 (donde n= 7, 8) 43 no importando que el resto de las deltas de cumplimiento valgan 1, y las disponibilidades del carrier y el MUX de última milla sean determinables, la disponibilidad total del sistema de enlaces de larga distancia será indeterminable.
42
n = 7, 8 ya que representa la existencia de las evaluaciones de la arquitectónica y de la línea base de los enlaces de larga distancia, ver capítulo nueve. 43 n = 7, 8 ya que representa la existencia de las evaluaciones de la arquitectónica y de la línea base de los enlaces de larga distancia, ver capítulo nueve.
177
X
Tabla 7.8
DEMUX Local
Mecanismos tecnológicos
Y
X
X
ITU-T G.703 (10/98) Physical/Electrical Characteristics of Hierarchical Digital Interfaces
178
Tablas que muestran la intersección de los criterios arquitectónicos y estándares para la última milla
X
Identificación: Integridad eléctrico mecánica, etiquetado, códigos, organización, orden, limpieza (E1 PDH)
E S T Á N D A R E S E S P E C I A L I Z A D O S
E S T Á N D A R E S
ITU-T G.801 (93) Digital Transsmision Model
M I L L A
Interfaces físicas: velocidad, tipo de acceso, medios de TX ( E1 PDH)
Ú L T I M A
E S T Á N D A R E S B Á S I C O S
L A CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS
X
X
Tablas que muestran la intersección de los criterios arquitectónicos y estándares para el carrier
X
X
Digital Sections and Digital Line Systems
Digital Transsmision Model
Simpleza para la integración del carrier al backbone (E1 PDH)
ITU-T G.921 (93)
E S T Á N D A R E S E S P E C I A L I Z A D O S
ITU-T G.801 (93)
E S T Á N D A R E S
Elección del carrier:cobertura, garantía de servicio, precio (E1 PDH)
Y E S T Á N D A R E S B Á S I C O S
C A R R I E R
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS
Tabla 7.7
Sección digital Nacional o local
Sistemas tecnológicos
E L
Las siguientes tablas muestran la intersección de los criterios arquitectónicos de diseño, implementación y operación para los sistemas tecnológicos que conforman los enlaces de larga distancia. Estos criterios están basados en estándares internacionales empleados en la industria.
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS PARA ENLACES DE LARGA DISTANCIA BASADOS EN ESTÁNDARES
X
X
DEMUX Local
X
X
Tabla 7.9
X
X
X
X
Error performance parameters and objectives for international, CBR DP at or above the primary rate
X
Maintenance International TN. Performance Limits for Bringing-IntoService and Maintenance of International PDH
179
Estándares para el desempeño del carrier y la última milla
X
Error performance of an international HDX operating at a bit rate below the primary rate
Digital Sections and Digital Line Systems
Digital Transsmision Model
ITU-T M.2100 (08/96)
X
Physical/electrical characteristics of hierarchical digital interfaces
ITU-T G.703 (10/98)
E S P E C I A L I Z A D O S
ITU-T G.826 (08/96)
ITU-T G.821 (08/96)
ITU-T G.921 (93)
ITU-T G.801 (93)
Línea base: capacidad, retrazo, BER, Jitter, Wander ( E1 PDH). Operación: Mantener línea base
E S T Á N D A R E S
E S T Á N D A R E S
E S T Á N D A R E S B Á S I C O S
Y
CRITERIOS ARQUITECTÓNICOS
Sección digital Nacional o local
Sistemas y mecanismos tecnológicos
D E S E M P E Ñ O
Diseño, implementación y operación de los enlaces de larga distancia: razones del uso de estándares • • •
•
establecer y mantener la línea base de operación para los subsistemas tecnológicos que conforman los enlaces de larga distancia evitar mal acoplamiento de los servicios de la red del carrier con los enlaces de larga distancia simplificar la identificación de errores en el enlace de larga distancia evitar incertidumbre en el los canales de transmisión del backbone evitar inestabilidad de los equipos de conmutación del backbone amortiguar los efectos de las fluctuaciones del servicio en los enlaces de larga distancia que transmiten la referencia de tiempo regiones distantes del backbone evitar los efectos catastróficos del jitter sobre los servicios en tiempo real que corren sobre la red
Impacto cualitativo de la baja disponibilidad de los enlaces de larga distancia de no observar los estándares • • • • • •
intermitencia de enlaces de larga distancia interrupciones y degradaciones aleatorias , recurrentes o crónicas de servicio de transmisión de datos debidas ráfagas de códigos de línea destruidos degradación de la capacidad efectiva de transferencia del backbone degradación de la calidad de los servicios de tiempo real segundos acumulados hasta llegar a horas o días de pérdida de datos debido a la ausencia de la referencia de tiempo estado continuo o estable debido a tasas de jitter constante
Impacto cuantitativo de la baja disponibilidad de los enlaces de larga distancia de no observar los estándares (minutos-horas) downtime • para realizar el mantenimientos preventivos o correctivos (horas-dias) slowtime • debido a la degradación de la sincronía del backbone • debido a la lentitud de la red por la baja disponibilidad de los enlaces del backbone
180
DEFINICIONES, IMPACTO Y CAUSAS DE ÍNDICES/PERTURBACIONES EN LOS ENLACES
Tabla 7.10
Definiciones, impacto y causas de BER
181
Tabla 7.11
182
Indices de confiabilidad BER-ESR
BER-ESR: índices de confiabilidad en la red del carrier vs. impacto en el servicio
Tabla 7.12
183
Indices de confiabilidad BER-SESR
BER-SESR: índices de confiabilidad en la red del carrier vs. impacto sobre el servicio
Tabla 7.13
184
Indices de confiabilidad BER-BBER
BER-BBER: índices de confiabilidad en la red del carrier vs. impacto sobre el servicio
Tabla 7.14
185
Índices mecánico-eléctricos de las interfaces de última milla
Interfaces E1: especificaciones mecánico-eléctricas (índices de confiabilidad), y efectos sobre el servicio en la última milla
CONCLUSIÓN La envolvente operativa representa la tolerancia final de los enlaces de larga distancia, y ésta se establece con la definición de pivotes de disponibilidad determinable y de deltas de cumplimiento arquitectónico. Dicha envolvente se estructuró sobre los cuatro subsistemas funcionales encontrados en la normatividad internacional: el carrier, la última milla, el desempeño y la administración. De los cuatro subsistemas anteriores, el de administración no fue tratado a detalle44, sin embargo el resto basa su operación en los siguientes subsistemas tecnológicos a saber: la red WAN del carrier y la interfaz de última milla. La armonía en la operación de estos subsistemas funcionales requiere del cumplimiento de criterios arquitectónicos de: diseño, implementación, operación y mantenimiento, los cuales fueron derivados de estándares internacionales. Cabe mencionar, que la línea base de operación está incluida dentro del subsistema de desempeño correspondiente a la arquitectura funcional. Es importante recalcar que algunas de las razones para estructurar los enlaces de larga distancia basados en estándares son: • •
•
evitar mal acoplamiento de los servicios de la red del carrier con los enlaces de larga distancia simplificar la identificación de errores en el enlace de larga distancia evitar incertidumbre en el los canales de transmisión del backbone evitar inestabilidad de los equipos de conmutación del backbone amortiguar los efectos de las fluctuaciones del servicio en los enlaces de larga distancia que transmiten la referencia de tiempo regiones distantes del backbone evitar los efectos catastróficos del jitter sobre los servicios en tiempo real que corren sobre la red
Por otro lado, es posible prever los efectos negativos de un mal diseño sobre el servicio de los enlaces de larga distancia, los cuales se derivan de no observar dichos criterios arquitectónicos y de obviar los índices de confiabilidad de la línea base de operación. Algunos de estos impactos incluyen: • • • • • •
intermitencia de enlaces de larga distancia interrupciones y degradaciones aleatorias , recurrentes o crónicas de servicio de transmisión de datos debidas ráfagas de códigos de línea destruidos degradación de la capacidad efectiva de transferencia del backbone degradación de la calidad de los servicios de tiempo real segundos acumulados hasta llegar a horas o días de pérdida de datos debido a la ausencia de la referencia de tiempo estado continuo o estable debido a tasas de jitter constante
44
El subsistema de administración en el backbone es un sistema funcional separado del sistema de infraestructura de soporte, por lo dicho subsistema requiere un tratamiento exhaustivo adicional, y el cual esta fuera del alcance de esta tesis.
186
REFERENCIAS ANSI T1.101 (01/97). Synchronization Interface Standard. Bhatnagar, P. K. (1997). Engineering Networks for synchronization, CCS7, and ISDN. New York: IEEE Telecommunications Handbook Series. Bregni, Stefano (2002). Synchronization of Digital Telecommunications Networks. England: John Wiley & Sons, Ltd. Dally, W. J., Poulton J. W. (1998). Digital Systems Engineering. New York: Cambridge University Press. ETSI-En 300 462. Transmission and Multiplexing, Generic Requirements for Synchronization Networks. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 1996 (Bregni, S. Maccabruni). Clock stability characterization and measurement in telecommunications. ITU-T Rec. G.810 (08/96). Definitions and terminology for Synchronization Networks. ITU-T Rec. G.811 (09/97). Timing Characteristics of Primary Reference Clocks. Johnson, H., Graham Martin (1993). High Speed Digital Design. New Jersey: Prentice Hall PTR. Johnson, H., Graham Martin (2003). High Speed Signal Propagation. New Jersey: Prentice Hall
187
188
CAPÍTULO 8
PROCEDIMIENTO DE CORRECCIÓN
DE TOLERANCIAS DE ALTA DISPONIBILIDAD PARA LA INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE DEL BACKBONE Este capítulo sintetiza en tres etapas el procedimiento de corrección de tolerancias de la infraestructura de soporte: la preparación de la información del backbone en estudio, la evaluación avanzada de la infraestructura de soporte y finalmente la definición de las medidas de corrección respectivas
PREMISAS La solución propuesta por esta tesis fue definida como un procedimiento de corrección de tolerancias de alta disponibilidad para la infraestructura de soporte. Por lo que este procedimiento es una metodología de evaluación y corrección de pivotes de disponibilidad y de desviaciones arquitectónicas. El backbone de datos de una red es un sistema complejo constituido por subsistemas jerárquicos con una arquitectura funcional que depende en última instancia de sus componentes físicos de hardware. El desempeño de estos componentes de hardware depende a su vez de la limpieza de la energía que los hace funcionar. En el caso de la conmutación de alta velocidad (nanosegundos) del backbone, el desempeño también depende de la calidad de la generación y transmisión de la sincronía, así como de la estabilidad de operación de los enlaces de larga distancia.
Misión crítica de la infraestructura de red La infraestructura de soporte ubicada en el backbone puede definirse como un sistema de misión crítica. Este sistema soporta las telecomunicaciones centrales de los usuarios de toda la red corporativa. El fallo de un UPS en una oficina remota no impacta a la corporación tanto como el fallo del sistema de suministro de energía de misión crítica en un nodo de backbone, ya que éste último debe estar diseñado para dar servicio en forma ininterrumpida a decenas de oficinas, Liotine, M. (2003). El procedimiento de corrección de tolerancias estará basado en una envolvente operativa integrada por los resultados de los capítulos 5 al 7. Donde, el objetivo final de corrección será lograr una disponibilidad mínima para la infraestructura de soporte en el rango de (99.5→ 99.9)% (alta disponibilidad).
189
EL PROCEDIMIENTO DE CORRECCIÓN DE TOLERANCIAS El procedimiento de corrección de tolerancias para los mecanismos tecnológicos de la infraestructura del backbone puede dividirse de la siguiente manera:
Preparación de la información del backbone en estudio Figura 9.1 Enlistar generalidades de red, esto permitirá: ♦ definir el contexto de la red ♦ tipificar el backbone Figura 9.2 Mostrar el diseño y operación de los sistemas tecnológicos del backbone, esto permitirá: ♦ mostrar la arquitectura tecnológica del backbone Figura 9.3 Evaluar el cumplimiento arquitectónico y la sintomatología de los subsistemas funcionales del backbone, esto permitirá: ♦ mostrar si el backbone cumple con todas sus funciones o no Figura 9.4 Definir prioridades de evaluación estructural especializada, esto permitirá ♦ Enfocar las áreas vulnerables
Evaluación avanzada 5. Enlistar las especificaciones generales y subsistemas funcionales de la Infraestructura de soporte. 6. Evaluación avanzada del diseño de la infraestructura de soporte respecto de la envolvente operativa, esto permitirá: ♦ mostrar las desviaciones de los subsistemas tecnológicos y de la línea base de operación.
Medidas de corrección 7. Interpretar los resultados de la evaluación avanzada. 8. Definir las medidas de corrección de tolerancias de alta disponibilidad en los subsistemas en estudio. Estas medidas de corrección deberán incluir la definición de pivotes de disponibilidad determinable y la corrección de las desviaciones relativas al cumplimiento arquitectónico. El siguiente diagrama de flujo muestra gráficamente el procedimiento de corrección de tolerancias En el siguiente capítulo se observará a detalle la implementación de este procedimiento a un caso de estudio.
190
Procedimiento de corrección de tolerancias Preparación del backbone en estudio Enlistar generalidades de red
Información específica de la red en estudio
Mostrar el diseño y operación de los sistemas tecnológicos del backbone
Evaluar el cumplimiento arquitectónico y la sintomatología de los subsistemas funcionales del backbone
Análisis basado en la arquitectura de referencia del backbone y los datos del caso de estudio
Definir prioridades de evaluación estructural especializada
Evaluación avanzada Enlistar las especificaciones generales y subsistemas funcionales de la Infraestructura de soporte
Evaluación avanzada del diseño de la infraestructura de soporte respecto de la envolvente operativa
Medidas de corrección
Información específica de la red en estudio
Análisis basado en la arquitectura de referencia de la infraestructura de soporte y los datos del caso de estudio
Interpretar los resultados de la evaluación avanzada
Definir las medidas de corrección de tolerancias de alta disponibilidad en los subsistemas en estudio
Figura 8.1
Con los resultados será necesario desarrollar la administración de un proyecto que dimensione recursos y tiempos de implementación Lo cual no esta contemplado en esta tesis
Diagrama del procedimiento de corrección de tolerancias de alta disponibilidad para la infraestructura de soporte
191
CONCLUSIÓN Este capítulo sintetizó en tres etapas el procedimiento de corrección de tolerancias de la infraestructura de soporte: preparación de la información del backbone en estudio, evaluación avanzada de la infraestructura de soporte y definición de las medidas de corrección. La aplicación de este procedimiento es el punto cero de innovación para la optimización de toda la red. Lo anterior se argumenta como valido independientemente de las tecnologías de jerarquía superiores de red. Dicha aplicación del procedimiento permitirá alcanzar niveles de alta disponibilidad en la Infraestructura de soporte del backbone. Donde, el incremento de estos niveles reditúe a la empresa, minimizando las pérdidas por improductividad de red y mejoren la percepción de los usuarios finales. El resultado anterior viene a convertirse en una premisa para la optimización de los procesos internos y externos de la empresa, y el cual permite la reducción de las escalas de tiempo y la consecuente aceleración de dichos procesos.
192
REFERENCIAS Liotine, M. (2003). Mission-Critical Network Planning. Norwood, MA: Artech House. McCabe, James D. (2003). Network Analysis, Architecture & Design, Second Edition. Kaufmann Publishers.
Morgan
Pasricha, Harpreet y Jagu, Dattakiran (2004). Designing Networks with Cisco. Hingham, Massachusetts: Hingham, Massachussets Shepard, Steven (2002). Telecommunications Convergence: How to bridge the gap between technologies and services (2nd Ed.). New York: McGraw-Hill. Turban, E., McLean, E., Wheterbe, J. (2001). Information Technology for Management, Second Edition. John Wiley & Sons.
193
194
CAPÍTULO 9
IMPLEMENTACIÓN INTRODUCCIÓN
Este capítulo mostrará una implementación del procedimiento para la corrección de tolerancias a un caso real en una red corporativa nacional multiservicio de siete regiones y más de 250 oficinas remotas. Aquí se muestran la preparación de la información del backbone en estudio, las tablas de evaluación avanzada de la infraestructura de soporte y las medidas de corrección propuestas. Así, es posible observar la coherencia de la investigación realizada en los capítulos previos. En este sentido se comprobará en forma pragmática la validez de la solución planteada. Cabe hacer notar que este es un caso de estudio cuya identidad permanecerá en el anonimato por razones de seguridad, además de que se han modificado algunos datos por razones didácticas.
PREPARACIÓN DE LA INFORMACIÓN DEL BACKBONE EN ESTUDIO La preparación de la información del backbone en estudio según el capítulo ocho consta de cuatro pasos: 1. Enlistar generalidades de red, esto permitirá: ♦ definir el contexto de la red ♦ tipificar el backbone 2. Mostrar el diseño y operación de los sistemas tecnológicos del backbone, esto permitirá: ♦ mostrar la arquitectura tecnológica del backbone 3. Evaluar el cumplimiento arquitectónico y la sintomatología de los subsistemas funcionales del backbone, esto permitirá: ♦ mostrar si el backbone cumple con todas sus funciones o no 4. Definir prioridades de evaluación estructural especializada, esto permitirá ♦ Enfocar las áreas vulnerables
195
Generalidades de la red Definición 9.1 Cobertura
Definición 9.2 Heterogeneidad de protocolos:
♦ Presencia Nacional en los 32 estados de la República ♦ Siete Nodos Regionales de Backbone (ver diagrama siguiente)
♦ ATM, ♦ IP ♦ Ethernet, ♦ TDM, ♦ Voz sobre ATM, ♦ Voz sobre IP, ♦ Videoconferencia H.320, H.323 e ISDN
Edad ♦
Cuatro años
Tipo
♦ Red convergente para datos, voz y video
Backbone ♦
ATM sobre PDH
Definición 9.3 Perfil de servicios: Datos o o o o o o o o o o
Servicios Web sobre plataformas Microsoft 30,000 PCs Intranet nacional Correo electrónico Acceso de Internet centralizado en el Nodo de la CD de México Transferencia de archivos de datos Terminal a Terminal Impresión en red Digitalización de archivos Transferencia de bases de datos Seguridad: Servidores ISA para aplicaciones WEB e internet, Antivirus por Terminal y por Servidor, Firewalls Distribuidos
o o o o o
Servicios interregionales en malla nacional sobre el backbone 5000 teléfonos en red Operadora automática por sitio Buzón de voz Conmutadores de voz por oficina
o
60 salas de Video conferencia interactiva para oficinas representativas en ciudades principales las cuales permiten impartir cursos, juntas colectivas y eventos especiales. Siete sistemas regionales de administración de videoconferencia Broadcasting Multi-colaboración Capacidad para realizar conexiones interinstitucionales e Internacionales
Voz
Video
o o o o
196
197
Figura 9.1 Cobertura geográfica del backbone en estudio. Para facilitar la notación se emplearán números para designar las regiones geográficas
Cobertura geográfica del backbone
DISEÑO Y OPERACIÓN DE LOS SUBSISTEMAS TECNOLÓGICOS DEL BACKBONE Según la definición 3.3, el diseño del backbone coincide con los siguientes criterios arquitectónicos: ♦
♦
flujo jerárquico de tráfico o núcleo/distribución/acceso o tolerancia a fallas o seguridad. flujo específico de tráfico: o cómputo distribuido o Intranet-extranet
Not a : pa r a v e r if ic a r la o pe r a c ió n d e l ba c k b on e r e v i sa r e l a n e x o 1 .
El núcleo del backbone CORAZÓN DE RED Subsistemas Funcionales
Subsistemas Tecnológicos Mecanismos de Sofware y/o lógica de diseño Mecanismos de Hardware
Enrutamiento
Direccionamiento ATM basado en NSAPs (Network Service Acces Point) Switches ATM PNNI (Private Network-to network Interface) no jerarquico Switches ATM
Desempeño
Categorías de tráfico ATM: UBR para datos, VBR-rt para Videoconferencia, CBR para voz Switches ATM
Seguridad
Reglas de acceso, HTTPS, SNMP v3, validación de claves de cada sistema Switches ATM
Direccionamiento
Gestión utilizando SNMPMIBs de desempeño, Administración alarmas y estatus Gestor de red SERVIDOR Sitema de suministro de energía, Sincronía no Infraestructura de jerarquica, enlaces de larga UPS, No existe plan de distancia PDH sincronía, Enlaces E1 soporte Tabla 9.1 Subsistemas funcionales y tecnológicos del núcleo del backbone
198
Servidores Multipunto H.320 Sobre V.35 y ATM
Seguridad
Tabla 9.2
Sitema de suministro de energía, Sincronía deribada UPS, No existe plan del corazón de la red de sincronía
Sistemas de administración Servidores centralizada para los siete Multipunto H.320 Sobre V.35 y ATM servidores multipunto
199
Subsistemas funcionales y tecnológicos del nivel de distribución del backbone
Gestor de red SERVIDOR
Gestión utilizando SNMPMIBs de desempeño, Gestor de red alarmas y estatus SERVIDOR Administración Sitema de suministro de energía, Sincronía Sitema de suministro de deribada del corazón de UPS, No existe plan Infraestructura de energía, Sincronía deribada UPS, No existe de sincronía del corazón de la red plan de sincronía la red soporte
Gestión utilizando SNMPMIBs de desempeño, alarmas y estatus
Validación de claves de cada sistema
Reglas de acceso, SNMP Switches v2, validación de claves Multiservicio Media Capacidad de cada sistema
Reglas de acceso, HTTPS, SNMP v3, validación de Switch-Routers claves de cada sistema ATM/IP
Desempeño
Enrutamiento estático sobr Servidores Multipunto H.320 el backbone para Sobre V.35 y ATM servidores multipunto
Switches Multiservicio Media Capacidad
Servidores H.320 sobre TDM, (VBRrt: Multipunto H.320 Sobre V.35 y ATM ATM)
Switch-Routers ATM/IP Compresión de voz sobre Switches cell-relay y sobre Circuit Multiservicio Emulation (CBR: ATM) Media Capacidad
Direccionamiento ATM
Switch-Routers UBR (Unspecified Bit Rate) ATM/IP
Servidores Multipunto H.320 Sobre V.35 y ATM
Switches Multiservicio Media Capacidad
Direccionamiento Propietario badado en nombres Enrutamiento de PVCs utilizando protocolo propietario para diferenciación de tráfico
OSPF sobre LANE
Mecanismos de Hardware
Mecanismos de Sofware y/o lógica Mecanismos de Hardware de diseño
Mecanismos de Sofware y/o lógica de diseño
Enrutamiento
Switch-Routers ATM/IP
Mecanismos de Hardware
Distribución de Videoconferencia Subsistemas Tecnológicos
NSAP/IP
Mecanismos de Sofware y/o lógica de diseño
Distribución de Voz Subsistemas Tecnológicos
DISTRIBUCIÓN DE SERVICIOS
Direccionamiento
Subsistemas Funcionales
Distribución de Datos Subsistemas Tecnológicos
Distribución de tráfico y servicios del backbone
WAN: Cell-relay over TDM dedicated lines and ATM over TDM E1s
No low level access control mechanisms, Microsoft acces control , weak access policies
Gestión utilizando SNMPMIBs de desempeño, alarmas y estatus
Enrutamiento
Desempeño
Seguridad
Administración
WAN (Backbone y Remoto): Switches Multiservicio y ATM de media a baja capacidad LAN (Remoto): switches Capa 2/3 WAN (Backbone y Remoto): Switches Multiservicio y ATM de media a baja capacidad LAN (Remoto): switches Capa 2/3 WAN (Backbone y Remoto): Switches Multiservicio y ATM de media a baja capacidad LAN (Remoto): switches Capa 2/3 WAN (Backbone y Remoto): Switches Multiservicio y ATM de media a baja capacidad LAN (Remoto): switches Capa 2/3 WAN (Backbone y Remoto): Switches Multiservicio y ATM de media a baja capacidad LAN (Remoto): switches Capa 2/3
Mecanismos de Hardware
Tabla 9.3
WAN (Backbone y Remoto): Switches Multiservicio y ATM de media a baja capacidad LAN (Remoto): Soft switch WAN (Backbone y Remoto): Switches Multiservicio y ATM de media a baja capacidad LAN (Remoto): Soft switch WAN (Backbone y Remoto): Switches Multiservicio y ATM de media a baja capacidad LAN (Remoto): Soft switch WAN (Backbone y Remoto): Switches Multiservicio y ATM de media a baja capacidad LAN (Remoto): Soft switch WAN (Backbone y Remoto): Switches Multiservicio y ATM de media a baja capacidad LAN (Remoto): Soft switch
Mecanismos de Hardware
Multiplexores E1 PDH, Circuit Emulation ATM
WAN: Sin direccionamiento H.320 sobre TDM ó H.320 over VBR rt ATM
Embeded monitoring mechanisms
Multiplexores E1 PDH, Circuit Emulation ATM
N/A
Multiplexores E1 PDH, Circuit Emulation ATM
WAN: Sin direccionamiento H.320 sobre TDM ó H.320 over ATM
N/A
Multiplexores E1 PDH, Circuit Emulation ATM
Mecanismos de Hardware
WAN: Sin direccionamiento H.320 sobre TDM ó H.320 over ATM
Mecanismos de Sofware y/o lógica de diseño
Acceso de Videoconferencia Subsistemas Tecnológicos
WAN: IP/Cellrelay Sitema de suministro de energía, Sincronía Sitema de suministro de deribada del corazón de UPS, No existe plan de energía, Sincronía deribada UPS, No existe plan la red sincronía del corazón de la red de sincronía
WAN (Backbone y Remoto): IP/Cellrelay
WAN (Backbone y Remoto): IP/Cellrelay
WAN (Backbone y Remoto): IP/Cellrelay
WAN (Backbone y Remoto): IP/Cellrelay
Mecanismos de Sofware y/o lógica de diseño
Acceso de Voz Subsistemas Tecnológicos
DISTRIBUCIÓN DE SERVICIOS
200
Subsistemas funcionales y tecnológicos del nivel de acceso del backbone
Sitema de suministro de Infraestructura de energía, Sincronía deribada UPS, No existe plan de del corazón de la red sincronía soporte
WAN: OSPF sobre cellrelay u OSPF sobre LANE, LAN: OSPF
Direccionamiento
Mecanismos de Sofware y/o lógica de diseño
WAN: IP/Cellrelay ; LAN: Ethernet/IP
Subsistemas Funcionales
Acceso de Datos Subsistemas Tecnológicos
Acceso del tráfico del backbone
Subsistemas tecnológicos vs. mecanismos tecnológicos en el backbone DISEÑO DEL BACKBONE Región 5
Región 2
Distribución
Distribución
MCU Video
MCU Video
Distribución
Distribución
Voz
M U X
Switches Multiservicio
Distribución
Distribución
Sevidores
Switch-Router/Datos
UPS
Región 3
M U X
M U X
M U X
M U X
Core
Acceso
M U X
Core
Switch /ATM
Switch /ATM
Energía
Sevidores
Región 1
Voz
Acceso
Distribución
Sevidores
MCU Video
M U X
Switches Multiservicio
Distribución Switch -Router/Datos
Distribución
Distribución
Per turbac iones
Pertur bac iones
UPS
Energía
Distribución Enlaces regionales
Enlaces regionales
Switches Multiservicio
M U X
internet
M U X
Distribución Switch-Router/Datos
Distribución
Distribución
Sevidores
Switch -Router/Datos
Core Switch /ATM
Core
Core UPS
Switch /ATM
Switch/ATM
Enlaces Nacionales
Energía
Acceso
Perturbaciones
Voz
Acceso
Switches Eteher net
Enlaces regionales
Perturbaciones
Distribución
Región 4
Distribución
MCU Video
MCU Video
Distribución Voz
Enlaces regionales Pertur bac iones
Acceso Switches Multiservicio
M U X M U X
M U X
M U X
M U X
M U X
Acceso
Enlaces regionales
Switches Multiservicio
Distribución
Distribución
Sevidores
Switch -Router/Datos
Core
Per turbac iones
Distribución
Switch/ATM
Voz
Energía UPS
Energía
Región 6
Región 7
Distribución
Distribución
MCU Video
MCU Video
Distribución
Distribución
Voz
Voz
Enlaces regionales Pertur bac iones
Distribución Sevidores
Acceso Switches Multiservicio
Distribución Switch -Router/Datos
UPS
M U X
M U X
M U X
M U X
M U X
M U X
Core
Core
Switch/ATM
Switch /ATM
Energía
Energía
Acceso Switches Multiservicio
Distribución Switch -Router/Datos
Enlaces regionales Pertur bac iones
Distribución Sevidores
UPS
Figura 9.2 Diagrama que muestra los subsistemas y mecanismos tecnológicos de todos los niveles de flujo de tráfico del backbone
201
100%
100%
1 1
1
100%
1 1
1
1
1
5
1 0 0 1 1 0
5
100%
1 1
1
1
1
6
1 0 0 1 1 0
6
100%
1 1
1
1
1
7
1 0 0 1 1 0
7
Presenta síntomas nacional
100%
0
Tablas basadas en la definición 3.1 de la arquitectura de referencia para el backbone y en el impacto sobre los servicios (capítulos 5,6 y 7).
100%
100%
1 1
1
1
1
4
1 0 0 1 1 0
4
cumple tolerancia nacional
202
En la tabla superior es posible observar que cada criterio cumplido por nodo regional tiene el peso de una unidad. De esta manera, los subsistemas funcionales de cada nodo de backbone cumplirán siempre que todos y cada uno de los criterios sean cubiertos. Así, se observa que en este caso de estudio ningún nodo de backbone cumple, pues en cada columna existe por lo menos un cero. En la segunda tabla se observa que todas las regiones presentan síntomas lo que sugiere baja disponibilidad en la infraestructura de soporte.
Tabla 9.4
1 1
1 1
Falta de un plan de sincronía. Interrupciones de conectividad con aplicaciones centrales del backbone que sumadas resultan más de 8.76 hrs al Presenta síntomas c/nodo
1
1
1
1
Alteración de la integridad de equipos debido a efectos 1 eléctricos de energía. Degradación en servicios de Audio PCM, Audio y Video 1 Compresos: Clics, robotización de voz, cortes aleatorios o síncronos, perdida recuadros de imagen en video conferencia (slow-down-time).
Síntomas que indican baja disponibilidad en la infraestructura de soporte
Inestabilidad de los equipos de conmutación del backbone 1 que utilizan la referencia de tiempo para funcionar bloqueo de sistemas (down-time).
1
2
1
3
regiones
1 0 0 1 1 0
3
criterios
1 0 0 1 1 0
2
área afectada
1
regiones
1 0 0 1 1 0
criterios
RELACIONADOS CON DISPONIBILIDAD INDETERMINADA
Arquitectura Backbone Jerarquía de flujo Tolerancia a fallos Seguridad Procesamiento distribuido Intranet extranet Cumple tolerancia c/nodo
área afectada
DIAGNÓSTICO GENERAL DE LA ARQUITECTURA DEL BACKBONE Y SÍNTOMAS
Evaluación del cumplimiento arquitectónico y la sintomatología de los subsistemas funcionales del backbone
Prioridades de evaluación Una inspección del diseño del backbone permite reconocer a los siguientes como sistemas afectados por la infraestructura de soporte. Subsistema Funcional Enrutamiento-Direccionamiento Capa2 ATM, Desempeño, Seguridad, Gestión
Subsistema Tecnológico Core
Servicio Datos, Voz, Videoconfer encia Datos
Mecanismo Tecnológico Switch ATM
Switch-Router Enrutamiento-Direccionamiento Capa Distribución central 2/Capa 3 ATM-TCP/IP, Desempeño, Seguridad, Gestión Switch Multiservicio Enrutamiento-Direccionamiento Capa Distribución Voz 2/Capa 3 ATM-TCP/IP, Desempeño, Seguridad, Gestión Enrutamiento-Direccionamiento Capa Distribución Videoconfer Servidor de Videoconferencia 2/Capa 3 ATM-TCP/IP, Desempeño, encia Multipunto Seguridad, Gestión Enrutamiento-Direccionamiento Capa Acceso Datos, Voz, Switch Multiservicio 2/Capa 3 ATM-TCP/IP, Desempeño, Videoconfer Seguridad, Gestión encia Tabla 9.5 Sistemas afectados por la baja disponibilidad de la infraestructura de soporte La lista anterior coincide con los subsistemas funcionales que aparecen en el diagrama de relaciones directas del capítulo 4. Esto indica que este backbone es un candidato idóneo para aplicar el procedimiento de corrección de tolerancias de infraestructura de soporte. De esta manera se puede diagnosticar que es necesario establecer una evaluación avanzada de la infraestructura de soporte basada en: 1. Los postulados 3.1, 3.3 y en la definición 3.6 de la envolvente operativa. 2. La inclusión de todos los nodos regionales del backbone en la evaluación arquitectónica.
203
ACCESO
DISTRIBUCIÓN
SWITCH ATM
CORE
Unidadades
2 1 3 3 80 20 3 4
POTENCIA (W) X Unidad
1000 1700 400 20 120 400 100 300 4000
Tabla 9.6
% de utilización del UPS
Potencia de UPS
Carga Total por Nodo Regional
PERIFÉRICOS ACCESO MULTISERVICIO LAN
SERVIDORES
VOZ
MUX
SWITCH-ENRUTADOR SERVIDOR DE VIDEOCONFERENCIA
MECANISMOS
SUBSISTEMA STECNOLÓGICO FUENTES
potencia AC (VA)
900 16000 55860 70000 80%
32000 2000
1200 60
2000 1700
Unidadades
6
1 3 3 10 2
1 1
1800 9520 15000 63%
49
400 60 360 4000 200
1000 1700
potencia AC (VA)
6
1 3 3 30 2
2 2
FUENTES
Unidadades
9
10 2
1 4
1 1
50
9
30 1
1 4
2 3
potencia AC (VA)
10080 15000 67%
2700
4000 200
400 80
1000 1700
Unidadades
4
1 3 4 10 2
1 1
48
4
1 3 4 30 2
2 2
potencia AC (VA)
9040 15000 60%
1200
400 60 480 4000 200
1000 1700
Unidadades
7
1 4 5 8 2
1 1
5
48
8
1 4 5 24 2
2 2
9280 15000 62%
2100
400 80 600 3200 200
1000 1700
potencia AC (VA)
204
Potencia de consumo de los mecanismos tecnológicos del backbone
3 2 264
224 17
3 3
4 8
FUENTES
4
FUENTES
3
FUENTES
2
Unidadades
6
1 5 4 8 2
1 1
6
48
7
1 5 4 24 2
2 3
FUENTES
1
potencia AC (VA)
8880 15000 59%
1800
400 100 480 3200 200
1000 1700
2
1 2 5 8 2
1 1
7
41
2
1 2 5 24 2
2 3
FUENTES
Consumo de Potencia en los 7 nodos regionales vs. Capacidad de los UPSs
Unidadades
7740 15000 52%
600
400 40 600 3200 200
1000 1700
Especificaciones generales y sistemas funcionales del suministro de energía eléctrica en los nodos de backbone
5. Enlistar las especificaciones generales y subsistemas funcionales de la Infraestructura de soporte. 6. Evaluación avanzada del diseño de la infraestructura de soporte respecto de la envolvente operativa, esto permitirá: ♦ mostrar las desviaciones de los subsistemas tecnológicos y de la línea base de operación.
Los pasos siguientes corresponden la etapa de evaluación avanzada:
EVALUACIÓN AVANZADA
potencia AC (VA)
Estructura • Sitio con ambiente acondicionado no estable en el largo plazo • Incumplimiento de prácticas básicas Tierras físicas y aparta rayos de implementación común • Zonas equipotenciales de baja frecuencia Sistemas de acondicionamiento eléctrico • • • •
Transformador aislante de entrada UPS con módulo redundante (disponibilidad indeterminada Transformador aislante de salida incluido en el UPS Solo un nodo posee generador de respaldo
Especificaciones generales y sistemas funcionales de la sincronía en los nodos de backbone Precisión de señal primaria de referencia ♦
Stratum 4 no estable (Disponibilidad indeterminada)
Plan de sincronía ♦
No existente
Garantía de desempeño en enlaces de larga distancia ♦
No existente
Especificaciones generales y sistemas funcionales de los enlaces de larga distancia en los nodos de backbone SLAs en trayectoria del carrier ♦
Ninguno (disponibilidad indeterminada)
SLAs en última milla ♦
Ninguno (disponibilidad indeterminada)
En los datos anteriores es posible observar la ausencia de una línea base de operación en los mecanismos tecnológicos. En el UPS del sistema de suministro de energía, en los subsistemas de sincronía y enlaces se carece de disponibilidades determinables. El siguiente diagrama muestra los sistemas tecnológicos de la infraestructura de soporte. En este diagrama es posible observar los tres sus subsistemas tecnológicos principales correspondientes a los tres subsistemas funcionales. Para contrastar dichos subsistemas de la infraestructura de soporte se han empleado los siguientes formatos: ♦ color gris para remarcar la disponibilidad indeterminada del sistema de suministro de energía. o Los recuadros gris pálido y con tramas de punto atrás de los mecanismos tecnológicos corresponden a las zonas equipotenciales de baja frecuencia en los sitios de backbone. o Los recuadros gris pálido y sin tramas por delante del UPS, eléctrodos de tierra y aparta rayos corresponden al sistema de distribución central. o Las líneas negras y punteadas que salen del UPS representan el alambrado.
205
♦ Es empleado el color fucsia para remarcar la disponibilidad indeterminada del sistema de sincronía o Las líneas fucsia y de grano separado corresponden a las señales de sincronía que viajan sobre los enlaces PDH de larga distancia y que transfieren la referencia Stratum 4 generada en el MUX del backbone de la región 1. ♦ Es empleado el color marrón para remarcar la disponibilidad indeterminada de los enlaces de larga distancia.
206
INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE CON DISPONIBILIDAD INDETERMINADA Región 5
Región 2
Distribución
Distribución
MCU Video
MCU Video
Distribución
Distribución
Voz
Switches Multiservicio
Distribución
Distribución
Sevidores
Switch-Router/Datos
Voz M U X
M U X
M U X
M U X
M U X
Core
M U X
Switch /ATM
Distribución
Distribución
Sevidores
Switch -Router/Datos
Sevidores
Región 1
Voz
Acceso
Distribución
Sevidores
MCU Video
Switches Multiservicio
Distribución Switch -Router/Datos
Distribución
Distribución
Perturbac iones
Per turbac iones
UPS Energía Redundante
Distribución
Enlaces regionales
Enlaces regionales
Switches Multiservicio
Core
Switch /ATM
UPS Redundante Energía
Región 3
Acceso
M U X
M U X
internet
M U X
Distribución Switch-Router/Datos
Core Switch /ATM
Core
Core
UPS Redundante Energía
Switch /ATM
Switch/ATM
Enlaces Nacionales
Acceso
Perturbac iones
Acceso
Switches Etehernet
Enlaces regionales
Perturbaciones
Distribución
Región 4
MCU Video
Distribución MCU Video
Distribución Voz
Enlaces regionales Perturbaciones
Acceso Switches Multiservicio
M U X M U X
M U X
M U X
M U X
M U X
Acceso Switches Multiservicio
Distribución
Distribución
Sevidores
Switch -Router/Datos
Core
Enlaces regionales Perturbac iones
Distribución
Switch/ATM
Voz
UPS Energía Redundante
UPS Redundante Energía Región 6 MCU Video
MCU Video
Distribución
Distribución
Voz
Voz
Enlaces regionales Per tur baciones
Distribución Sevidores
Acceso Switches Multiservicio
Distribución Switch -Router/Datos
Región 7
Distribución
Distribución
M U X
M U X
M U X
M U X
M U X
M U X
Core
Core
Switch/ATM
Switch /ATM
Acceso Switches Multiservicio
Distribución Switch -Router/Datos
Enlaces regionales Perturbac iones
Distribución Sevidores
AC UPS Redundante Energía
SINC. ON PDH
UPS Energía Redundante Generador
Figura 9.3 Infraestructura de soporte con disponibilidad indeterminada El diseño del subsistema de suministro de energía del backbone de los nodos del backbone solo contiene un UPS redundante y un sistema de tierras de baja frecuencia. Mientras que la señal primaria de sincronía45 se origina en un MUX en la región 1 y se distribuye por los enlaces de larga distancia PDH hacia el resto de las regiones. 45
de baja precisión y estabilidad (stratum 4)
207
Evaluación nacional de la estructura de del sistema de suministro de energía del caso en estudio. Para hacer referencia a los criterios evaluados vea la tabla correspondiente de estructura y evaluación de criterios arquitectónicos del capítulo 5.
208
La tabla anterior muestra las desviaciones arquitectónicas de la estructura de los sistemas de suministro de energía por región y nacionalmente (desviación-r_1=29%). También se muestra la delta_cumplimiento_1 = 0 que indica que este subsistema funcional no cumple como parte de un sistema de infraestructura de soporte de disponibilidad determinada (ver definiciones 5.6, 5.7 y postulado 5.1).
Tabla 9.7
Evaluación avanzada de subsistemas tecnológicos del sistema de suministro de energía
Evaluación nacional de la seguridad de del sistema de suministro de energía del caso en estudio. Para hacer referencia a los criterios evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios arquitectónicos de seguridad del capítulo 5.
209
La tabla anterior muestra las desviaciones arquitectónicas de la seguridad de los sistemas de suministro de energía por región y nacionalmente (desviación-r_2 = 15%). También se muestra la delta_cumplimiento_2 = 0 que indica que este subsistema funcional no cumple como parte de un sistema de infraestructura de soporte de disponibilidad determinada (ver definiciones 5.8, 5.9 y postulado 5.1)
Tabla 9.8
210
La tabla anterior muestra las desviaciones arquitectónicas del desempeño de los sistemas de suministro de energía por región y nacionalmente (desviación-r_3 = 49%). También se muestra la delta_cumplimiento_3 = 0 que indica que este subsistema funcional no cumple como parte de un sistema de infraestructura de soporte de disponibilidad determinada (ver definiciones 5.10, 5.11 y postulado 5.1)
Tabla 9.9 Evaluación nacional del subsistema de desempeño del sistema de suministro de energía del caso en estudio. Para hacer referencia a los criterios evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios arquitectónicos de desempeño del capítulo 5.
211
Tabla 9.10 Evaluación nacional del la línea base de operación del sistema de suministro de energía del caso en estudio. Para hacer referencia a los Índices evaluados vea las tablas correspondientes del capítulo 5.
Evaluación avanzada de la línea base de operación del sistema de suministro de energía
Nota: se asume que la tabla anterior representa datos de mediciones tomadas en campo.
La tabla anterior muestra las desviaciones de los sistemas de suministro de energía por región y nacionalmente respecto de la línea base de operación (desviación-r_4 = 34%). También se muestra la delta_cumplimiento_4 = 0 que indica que el subsistema de suministro eléctrico no cumple con la línea base de operación para determinar un nivel de disponibilidad específico (ver postulado 5.1).
212
213
La tabla anterior muestra las desviaciones arquitectónicas del sistema de sincronía por región y nacionalmente (desviación-r_5 = 67%). También se muestra la delta_cumplimiento_5 = 0 que indica que el sistema de sincronía no cumple como parte de un sistema de infraestructura de soporte de disponibilidad determinada (ver definiciones 6.7, 6.8 y postulado 6.1)
Tabla 9.11 Evaluación nacional de la arquitectura del sistema de sincronía del caso en estudio. Para hacer referencia a los criterios evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios arquitectónicos de sincronía del capítulo 6.
Evaluación avanzada de subsistemas tecnológicos del sistema de sincronía
SISTEMAS TECNOLÓGICOS
0.75 UIpp
36.9 UIpp 18 UIpp
Wander
Wander
-
-
tolerancia máxima
-
-
-
-
G.921 ITU-T G.822 (93)
0.2 UIpp
G.823 ITU-T (93)
tolerancia máxima
-
ITU-T (93)
tolerancia máxima
Enlaces de larga distancia Jitter
Variable
1
1
0
1
5
0
1
0
1
6
0
0
0
0
mod.
43% 0
1
1
1
1
7
1 0 0 0 0 1 20% 40% 40% 40% 60% 20%
1
1
0
1
4
0 80%
1
1
0
1
3
1
1
1
1
2
1
0
0
0
1
región
(SIETE REGIONES)
desviacion-r_6 delta_cumplimiento_6
0.01Hz? 1.667Hz
0.000012Hz? 0.00488Hz
(20?18'000)Hz
(18'000? 1000'000)Hz
espectro
EVALUACIÓN NACIONAL DE LA LÍNEA BASE DE OPERACIÓN DEL SISTEMA DE SINCRONÍA
Evaluación avanzada de la línea base de operación del sistema de sincronía
214
La tabla anterior muestra las desviaciones de los sistemas de sincronía por región y nacionalmente respecto de la línea base de operación (desviación-r_6=43%). También se muestra la delta_cumplimiento_6 = 0 que indica que el subsistema de sincronías no cumple con los índices de operación para determinar un nivel de disponibilidad (ver postulado 6.1). En esta tabla aparecen solo los índices correspondientes a los enlaces de larga distancia, relacionados con jitter, wander y slips que tienen que ver directamente con las señales de sincronía.
Nota: se asume que la tabla anterior representa datos de mediciones tomadas en campo.
Tabla 9.12 Evaluación nacional del la línea base de operación del sistema de sincronía del caso en estudio. Para hacer referencia a los Índices evaluados vea las tablas correspondientes del capítulo 6.
Enlaces de larga distancia
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
Dev-r 7,2 delta c 7,2
1
0
1
44%
33%
67%
33%
1
0
1
Dev-r7,3
1
0
1
0
0
0
56%
33%
100%
33%
dev.
3
0 delta-c 7,3
0
0
0
mod.
0
0
0
0
mod.
1
0
1
0
0
0
Dev-r 7,4 delta c 7,4
1
0
1
4
56%
33%
100%
33%
dev.
1
1
1
Dev-r 7,5
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
mod.
1
0
1
0
0
0
Dev-r 7,6 delta c 7,6
1
0
1
56%
33%
100%
33%
dev.
6
1
1
1
Dev-r 7,7
1
1
1
0
0
0
7
0 delta-c 7,7
0
0
0
mod.
desviacion-r_7 delta_cumplimiento_7
33%
33%
33%
33%
dev.
5
0 delta-c 7,5
0
0
0
mod.
(SIETE REGIONES)
33%
33%
33%
33%
dev.
0
48%
0
0
0
0
33%
76%
33%
mod. sum-dev
215
La tabla anterior muestra las desviaciones arquitectónicas del desempeño de los sistemas de suministro de energía por región y nacionalmente (desviación-r_7 = 48%). También se muestra la delta_cumplimiento_7 = 0 que indica que el sistema de sincronía no cumple como parte de un sistema de infraestructura de soporte de disponibilidad determinada (ver definiciones 7.6, 7.7 y postulado 7.1).
Tabla 9.13 Evaluación nacional de la arquitectura de los enlaces de larga distancia del caso en estudio. Para hacer referencia a los criterios evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios arquitectónicos de enlaces de larga distancia del capítulo 7.
56%
33%
100%
33%
dev.
0
Dev-r 7,1 delta c 7,1
1
1
2
dev.
mod.
1
EVALUACIÓN NACIONAL DE LA ARQUITECTURA DE LOS ENLACES DE LARGA DISTANCIA
Evaluación avanzada de subsistemas tecnológicos en los enlaces de larga distancia
SESR
ESR (280-1250)km
1 0%
0 14%
57%
0
0
0
1 0 0
1
1
3
86%
0
0
0
0 0 0
0
1
4
57%
0
0
0
1 0 0
1
1
5
desviacion-r_8 delta_cumplimiento_8
1
1
1 1 1
1
1
2
0
1
1 1 1
1
1
1
71%
0
0
0
0 0 0
1
1
6
mod.
0
0
0
0 0 0
0
1
41% 0
0%
1
1
1
1 1 1
1
1
7
216
La tabla anterior muestra las desviaciones operativas del carrier por región y nacionalmente (desviación-r_8 = 41%). También se muestra la delta_cumplimiento_8 = 0 que indica que el carrier no cumple como parte de un sistema de infraestructura de soporte de disponibilidad determinada (ver definiciones 7.6, 7.7 y postulado 7.1).
Nota: se asume que la tabla anterior representa datos de mediciones tomadas en campo.
Tabla 9.14 Evaluación nacional de la línea base del carrier del caso en estudio. Para hacer referencia a los índices evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios arquitectónicos de enlaces de larga distancia del capítulo 7.
BBER (proporción de errores de bloques de bit por seg.) national portion or medium grade (280-1250)km
SESR (proporción de errores severos por segundo)
0.0185%
0.70% 0.0350% 0.035% 800-5000 Bits/block 0.37%
(280-1250)km
ESR SESR BBER
1.2%
tolerancia máxima
0.015%
(280-1250)km
HRDL
SESR
ESR
Variable
ESR (proporción de errores por segundo)
ITU-T M.2100 (95)
ITU-T G.826 (99)
ITU-T G.821 (96)
Estándar
EVALUACIÓN NACIONAL DE LA LÍNEA BASE DE OPERACIÓN DEL CARRIER (SIETE REGIONES)
Evaluación avanzada de la línea base de operación de los enlaces de larga distancia
SISTEMAS TECNOLÓGICOS
carrier
Tabla 9.15 Evaluación nacional de la línea base de la última milla en estudio. Para hacer referencia a los índices evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios de enlaces de larga distancia del capítulo 7. Nota: se asume que la tabla anterior representa datos de mediciones tomadas en campo.
La tabla anterior muestra las desviaciones de la última milla por región y nacionalmente respecto de la línea base de operación (desviación-r_9 = 0%). También se muestra la delta_cumplimiento_9 = 1 que indica que el carrier cumple como parte de un sistema de infraestructura de soporte de disponibilidad determinada (ver definiciones 7.6, 7.7 y postulado 7.1).
217
MEDIDAS DE CORRECCIÓN 7. Interpretar los resultados de la evaluación avanzada, 8. Definir las medidas de corrección de tolerancias de alta disponibilidad en los subsistemas en estudio. Estas medidas de corrección deberán incluir la definición de pivotes de disponibilidad determinable y la corrección de las desviaciones relativas al cumplimiento arquitectónico.
Interpretación de resultados de la evaluación avanzada Definición 9.4 La disponibilidad total de un sistema compuesto por un conjunto “N” de subsistemas funcionales distintos e interdependientes puede expresarse como la disponibilidad de sistemas conectados en serie, donde: N = 1, 2, 3, …n, y A = A1A2A3, …An Definición 9.5 Existen cinco mecanismos tecnológicos pertenecientes a los tres subsistemas funcionales de la infraestructura de soporte que son los pivotes de disponibilidad necesarios y suficientes para integrar las disponibilidades determinables. Por lo anterior dichos sistemas deben cumplir con los mecanismos de confiabilidad y redundancia para asumirlos como estables y determinables en el largo plazo, disponibilidad mínima = 99.95%. ASE1: disponibilidad del centro de distribución de energía ASE2: disponibilidad de la estructura de referencia equipotencial ASS1: disponibilidad menor del conjunto de relojes de referencia ASL1: disponibilidad de los enlaces de larga distancia ASL2: disponibilidad del MUX de última milla Postulado 9.1 Si el sistema de infraestructura de soporte del backbone esta compuesto por tres subsistemas funcionales con disponibilidades: ASE: disponibilidad del subsistema de distribución de energía eléctrica, ASS: disponibilidad del subsistema de sincronía ASL: disponibilidad del subsistema de enlaces de larga distancia y tomando en cuenta los postulados 5.1, 6.1 y 7.1 y las deltas de desviación relativa de cumplimiento, entonces la disponibilidad de cada subsistema funcional puede expresarse como:
A SE1 • A SE2 ∆1 • ∆ 2 • ∆ 3 • ∆ 4 A SS1 A SS = ∆5 • ∆6 A • A SL 2 A SL = SL1 ∆ 7 • ∆8 • ∆ 9 A SE =
Donde:
∆1 = delta_cumplimiento_1: cumplimiento de diseño arquitectónico estructural del sistema de suministro de energía
218
∆2 = delta_cumplimiento_2: cumplimiento de diseño arquitectónico de seguridad del sistema de suministro de energía ∆3 = delta_cumplimiento_3: cumplimiento de diseño arquitectónico de desempeño del sistema de suministro de energía ∆4 = delta_cumplimiento_4: cumplimiento de la línea base de operación del sistema de suministro de energía ∆5 = delta_cumplimiento_5: cumplimiento de diseño arquitectónico del sistema de sincronía ∆6 = delta_cumplimiento_6: cumplimiento de la línea base de operación del sistema de sincronía ∆7 = delta_cumplimiento_7: cumplimiento de diseño arquitectónico de los enlaces de larga distancia ∆8 = delta_cumplimiento_8: cumplimiento de la línea base de operación del carrier de larga distancia ∆9 = delta_cumplimiento_9: cumplimiento de la línea base de operación del MUX de última milla Definición 9.6 Con base en el postulado 9.1, la disponibilidad del sistema de infraestructura de soporte puede expresarse como:
AΙ =
A SE1 • A SE2 • A SS1 • A SL1 • A SL2 ∆1 • ∆ 2 • ∆ 3 • ∆ 4 • ∆ 5 • ∆ 6 • ∆ 7 • ∆ 8 • ∆ 9
Definición 9.7 El promedio de desviación relativa del cumplimiento de la infraestructura de soporte respecto de la envolvente operativa definida en esta tesis puede expresarse como: 9
∑∆ 1
9
n
, donde n (1, 2, 3…9)
219
Resultado de disponibilidad actual del sistema de infraestructura Los resultados de disponibilidad según las definiciones 9.5 y 9,6 son los siguientes: Disponibilidad total del sistema de infraestructura de soporte:
AΙ =
A SE1 • A SE2 • A SS1 • A SL1 • A SL2 = indeterminación 0 • 0 • 0 • 0 • 0 • 0 • 0 • 0 •1
Promedio de desviación relativa de cumplimiento respecto de la envolvente operativa: Dev-r_IS = (29% + 15%+ 49% + 34% + 67% + 43% + 48% + 41% + 0%)/9 = 36.2% Lo anterior indica que el sistema de infraestructura del caso de estudio no tiene disponibilidad determinada, es decir que el diseño arquitectónico del mismo no cumple con los estándares requeridos. Donde este incumplimiento puede expresarse en un 36.2% de desviación relativa a la envolvente operativa.
Medidas de correción de tolerancias de alta disponibilidad La corrección de las tolerancias operativas del sistema de infraestructura debe cumplir las dos condiciones siguientes: 1. Corregir los pivotes de disponibilidad de la definición 9.5 para cada subsistema funcional de la infraestructura de soporte. 2. Corregir las desviaciones relativas de cumplimiento de cada subsistema funcional de la infraestructura de soporte.
220
Corrección del sistema de suministro eléctrico A continuación aparecen seis tablas, las dos primeras corresponden a la corrección y/o implementación de mecanismos tecnológicos para determinar los pivotes de disponibilidad, mientras que las cuatro últimas corresponden a las correcciones de las primeras cuatro deltas de desviación relativa de cumplimiento nacional correspondientes a los criterios arquitectónicos para la infraestructura de soporte. PIVOTES DE DISPONIBILIDAD NACIONAL DEL SISTEMA DE SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA Mecanismos tecnológicos
Medidas de corrección de disponibilidad
Etapa de entrada
Implementar un generador con filtros armónicos. (Definir especificaciones con un especialista) Garantizar la operación del generador con filtros armónicos.
Etapa de bypass
Etapa de UPS
Etapa de salida
Región 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1
Garantizar la operación del transformador de entrada ya implementado. Garantizar la operación de tierra y neutro hacia electrodo principal Implementar transformador de bypass para el aislamiento efectivo entre cargas críticas y no críticas
1 1 1 1 1 1 1
Garantizar la integridad de un conductor dedicado para por tierra y por neutro hacia el electrodo principal
1 1 1 1 1 1 1
Garantizar el funcionamiento de los 2 módulos de los UPS
1 1 1 1 1 1 1
Garantizar operación de transformador de salida Garantizar la integridad de un conductor dedicado para por tierra y por neutro hacia el electrodo principal
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Garantizar la integridad de un conductor dedicado para por tierra y por neutro hacia el electrodo principal
1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
TOLERANCIA MÍNIMA
ASE1: disponibilidad del centro de distribución de energía (configuración 6) estructura cinturones de cobre
conexiones de alta frecuencia
99.95%
Implementar malla con cinturones de cobre o acero con dimensiones de cuadros de cinturones menor-igual 500 mm de lado Garantizar la soldadura de los cinturones de cruce entre cinturones Garantizar conexiones suficientes y no galvánicas de la malla hacia el edificio Garantizar conexiones de alta frecuencia de la malla hacia tuberías de agua, escalerillas, ductos eléctricos.(longitud de los conductores debe ser distinta una de otra y menor a 500 mm.)
1 1 1 1 1 1 1
Garantizar conexiones de alta frecuencia de la malla hacia aire acondicionado, ventilación, paneles de interconexión, tableros de switches. Garantizar conexiones de alta frecuencia de la malla hacia los pedestales del piso falso. Garantizar conductores de alta frecuencia entre malla y gabinetes. Cables de datos pegados al plano de referencia.
1 1 1 1 1 1 1
ASE2: disponibilidad de la estructura de referencia equipotencial
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 TOLERANCIA MÍNIMA
99.99%
Tabla 9.16 Pivotes de disponibilidad nacional para el sistema de suministro eléctrico
221
DELTAS DE CUMPLIMIENTO (1, 2, 3) DESVIACIÓN RELATIVA NACIONAL CERO Mecanismos Tecnológicos
Criterios arquitectónicos
sumdev
Corrección Corrección Corrección Corrección Corrección
Distribución
0% 0% 0% 0% 0%
de de de de de
zona media tensión (Acometida) zona baja tensión zona riesgo zona operación y mantenimiento zonas equipotenciales baja frecuencia
Implementación de zonas equipotenciales alta frecuencia
0%
Garantizar estabilidad en la distribución de temperatura y humedad Garantizar la cercanía de la acometida respecto de los mecanismos de acondicionamiento Eléctrico Garantizar la correcta distribución entre sistemas de acondicionamiento E. y cargas Implementar señalamientos Implementar etiquetas de cargas y mecanismos Garantizar la calidad Junturas, Tornillos, Prisioneros, Remaches Garantizar la calidad conductores y conectores eléctricos
0% 0% 0% Identificación Integración
0% 0% 0% 0%
Garantizar la separación de cargas no críticas y de acondicionamiento ambiental
0%
desviación-r_1 delta_cumplimiento_1
0% 1
Garantizar reactancia e Inductancia capacitiva mínima en conductores de tierra Garantizar plena conectividad de tierras para cargas sensibles Garantizar aparta rayos categoría C Garantizar resguardo físico de las instalaciones eléctricas y de red
Estructura-seguridad 0% Tierra-aparta rayos
0%
0% Acceso y Peaje en el 0% sitio
0% 1
desviación-r_2 delta_cumplimiento_2 Garantizar neutro en regletas 1.73 a 2 veces respecto de fase Garantizar cercanía de regletas de toma vs. cargas Garantizar THD en un valor menor o igual a -3% en PCC Garantizar convergencia rápidas para corrientes de falla, ruido y rayos en zonas equipotenciales de alta frecuencia.
Estructura-seguridad-0% desempeño 0% 0% Índices de confiabilidad 0%
Garantizar respuesta rápida en switches de transferencia: generador, bypass y UPSs Garantizar línea base de operación para voltaje y corriente
0%
Garantizar regulación = 0.25%, armónico en generador
0%
y supresión de tercer
desviación-r_3 delta_cumplimiento_3
0%
0% 1
Tabla 9.17 Deltas de cumplimiento relativo (1, 2, 3) con desviación cero para el sistema de suministro de energía eléctrica
222
223
Tabla 9.18 Delta de cumplimiento relativo (4) con desviación cero para el sistema de suministro de energía eléctrica
Corrección del sistema de sincronía A continuación aparecen tres tablas, la primera corresponde a la corrección y/o implementación de mecanismos tecnológicos para determinar el pivote de disponibilidad del sistema de sincronía, mientras que las dos últimas corresponden a las correcciones de las deltas cinco y seis de desviación relativa de cumplimiento nacional correspondientes a los criterios arquitectónicos para la infraestructura de soporte.
Tabla 9.19 Pivotes de disponibilidad nacional para el sistema de sincronía
224
DELTA DE CUMPLIMIENTO (5) DESVIACIÓN RELATIVA NACIONAL CERO Mecanismos Tecnológicos
Criterios A.
sum-dev
Implementar reloj GPS-Rubidio en condiciones de estabilidad operativa
Diseño y operación
0%
Establecer y mantener primarios Establecer y mantener secundarios Establecer y mantener de larga distancia Mantener prácticas de
lógica de referencia en el
backbone para relojes
0%
lógica de referencia en el
backbone para relojes
0%
lógica de referencia en el
backbone sobre enlaces
0%
implementación para relojes secundarios
Mantener prácticas de implementación para relojes primarios Mantener prácticas de implementación de enlaces de larga distancia
desviacion-r_5 delta_cumplimiento_5
Implementación
0% 0% 0%
0% 1
Tabla 9.20 Delta de cumplimiento relativo (5) con desviación cero para el sistema de sincronía
Tabla 9.21 Delta de cumplimiento relativo (6) con desviación cero para el sistema de sincronía
225
Corrección de los enlaces de larga distancia A continuación aparecen cuatro tablas, las dos primeras corresponden a la corrección y/o implementación de mecanismos tecnológicos para determinar los pivotes de disponibilidad del los enlaces de larga distancia, mientras que las dos últimas corresponden a las correcciones de las deltas siete y ocho de desviación relativa de cumplimiento nacional correspondientes a los criterios arquitectónicos para la infraestructura de soporte. PIVOTES DE DISPONIBILIDAD NACIONAL DE ENLACES DE LARGA DISTANCIA Mecanismos tecnológicos Carrier
Medidas de corrección de disponibilidad
región 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1 TOLERANCIA
1 Slip/80h HRDL: (280?2500)Km
ASL1: disponibilidad de los enlaces de larga distancia Mecanismos tecnológicos MUX
99.9%
Medidas de corrección de disponibilidad
región 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1 TOLERANCIA
MUX con 99.99% de disponibilidad
ASL2: disponibilidad del MUX de última milla
99.99%
Tabla 9.22 Pivotes de disponibilidad nacional para los enlaces de larga distancia DELTA DE CUMPLIMIENTO (7) DESVIACIÓN RELATIVA NACIONAL CERO Mecanismos Tecnológicos
sum-dev
Criterios A.
Garantizar SLAs de 99.9% para Diseño el carrier Mantener prácticas de Implementación-operación implementacióny operación para carrier
0% 0%
Mantener prácticas de implementación y operación para última milla
0%
desviacion-r_7 delta_cumplimiento_7
0% 1
Tabla 9.23 Delta de cumplimiento relativo (7) con desviación cero para el sistema de sincronía DELTA DE CUMPLIMIENTO (8) DESVIACIÓN RELATIVA NACIONAL CERO HRDL
tolerancia máxima
sum-dev
ITU-T G.821 ESR (96) SESR
(280-1250)km
1.2% 0.015%
0% 0%
ITU-T G.826 ESR (99) SESR BBER
(280-1250)km
0.70% 0.0350% 0.035% 800-5000 Bits/block 0.37%
0% 0% 0%
0.0185%
0%
Mecanismos tecnológicos
Estándar
carrier
ITU-T M.2100 (95)
Variable
ESR
(280-1250)km
SESR
desviacion-r_8 delta_cumplimiento_8
0%
0% 1
Delta de cumplimiento relativo (8) con desviación cero para el sistema de sincronía
226
CONCLUSIÓN La implementación de la corrección de tolerancias del caso de estudio constó de tres etapas: 1) la preparación basada en la documentación del backbone, la cual permitió un diagnóstico inicial de los síntomas y la consecuente definición de las prioridades de evaluación avanzada, 2) la evaluación avanzada del diseño de los tres subsistemas funcionales de la infraestructura de soporte y 3) la definición de las medidas de corrección de los mecanismos tecnológicos involucrados. En este sentido se observó que la red del caso de estudio no poseía pivotes de disponibilidad determinables y adolecía de la desviación relativa de ocho de nueve deltas de cumplimiento arquitectónico. Con la implementación de las correcciones correspondientes se permitió el cumplimiento de una envolvente operativa, la cual determinará la disponibilidad para la infraestructura de soporte. En el siguiente capítulo se calculará la disponibilidad final corregida de la infraestructura de soporte y se mostrará un diagrama que caracterizará la envolvente operativa en cuestión.
227
REFERENCIAS Capítulos 3, 4, 5, 6, 7, 8. www.marconi.com Guizani, M., Rayes, A. (1999). Design ATM Switching Networks. New York: McGraw Hill Keshav, S. AT&T Labs-Research (1997). An Engineering Approach to Computer Networking: ATM Networks, the Internet, and the Telephone Network. Hew Jersey: AddisonWesley.
228
CAPÍTULO 10
RESULTADOS Y CONCLUSIONES FINALES
Este capítulo muestra los resultados del caso práctico y las conclusiones finales de la tesis. Se logra la corrección de la infraestructura de soporte en cuestión, al pasar de pivotes con disponibilidad indeterminada y elevadas deltas de desviación a una disponibilidad total del 99.83%. Con lo que es posible calcular el máximo de horas anuales improductivas de la infraestructura de soporte del backbone (14.89 hrs.) y relacionarlo con las componentes económicas de la productividad de aplicaciones y usuarios finales. Este resultado era imposible antes de la corrección.
RESULTADO DE DISPONIBILIDAD CORREGIDA DEL SISTEMA DE INFRAESTRUCTURA Los resultados de disponibilidad según las definiciones 9.5 y 9,6 son los siguientes: Disponibilidad total del sistema de infraestructura de soporte:
AΙ =
99.95 • 99.99 • 99.999 • 99.9 • 99.99 = = 99.83% 1 •1 •1 •1 •1 •1 •1 •1 •1
Promedio de desviación relativa de cumplimiento respecto de la envolvente operativa: Dev-r_IS = (0% + 0%+ 0% + 0% + 0% + 0% + 0% + 0% + 0%)/9 = 0% Lo anterior indica que el sistema de infraestructura del caso de estudio fue mejorado De esta forma, se corrigieron sus pivotes de disponibilidad y se corrigió la desviación relativa de cumplimiento del 36% al 0%. Es decir, que el diseño arquitectónico de la infraestructura de soporte ahora cumple con las tolerancias requeridas para brindar alta disponibilidad.
229
CORRECCIÓN DE TOLERANCIAS DE ALTA DISPONIBILIDAD
Antes
Después
Pivotes de disponibilidad
AI/0 AI/0 AI/0 AI/0 AI/0
99.95% 99.99% 99.999% 99.9% 99.99%
AI/0
99.83%
DESVIACIONES RELATIVAS DE CUMPLIMIENTO
Antes 29% 15% 49% 34% 67% 43% 48% 41% 0%
Después 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%
36.2%
0.00%
Tabla 10.1 Corrección de tolerancias de alta disponibilidad en la infraestructura de soporte del backbone de datos en caso de estudio Nota: se asume que el sistema funcional de gestión del backbone opera con al menos la misma disponibilidad que el sistema de infraestructura de soporte.
CORRECCIÓN DE SÍNTOMAS
RELACIONADOS CON DISPONIBILIDAD INDETERMINADA EN LA INFRAESTRUCTURA DE SOPORTE
Criterios arquitectónicos del backbone Tolerancia a fallos Seguridad
Antes
0% 0%
Cumple tolerancia c/nodo 0%
Después 100% 100%
100%
Antes Síntomas Alteración de la integridad de equipos debido a efectos eléctricos de energía. 100%
Después 0%
Degradación en servicios de Audio PCM, Audio y Video Compresos: Clics, robotización de voz, cortes aleatorios o síncronos, perdida recuadros de imagen en video conferencia (slow-down-time).
100%
0%
Inestabilidad de los equipos de conmutación del backbone que utilizan la referencia de tiempo para funcionar bloqueo de sistemas (down-time).
100%
0%
Falta de un plan de sincronía. Interrupciones de conectividad con aplicaciones centrales del backbone que sumadas resultan más de 8.76 hrs al
100% 100%
0% 0%
Presenta síntomas 100%
0%
Tabla 10.2 Corrección de síntomas relacionados con la baja disponibilidad de la infraestructura de soporte
230
NO HOLÍSTICO
CAPAS SUPERIORES
NO
SI
SI
Después 14.89
Antes AIS/0 = Indeterminado
No existían referencias numéricas
Comercialmente viable
No es lo mismo tener un valor indeterminado de horas improductivas de red que tener un dato numérico (ejemplo 14.89 hrs en el caso de estudio)
Para corroborar la viabilidad comercial de la solución basta ponderar el valor que representa la certidumbre de horas productivas para una corporación
El procedimiento es comercialmente viable para redes de alta disponibilidad.
Después Existe un procedimiento implementable
231
Tabla 10.3 Conclusiones finales
Antes No existía procedimiento
Viabilidad Tecnológicamente viable
CONDICIONES DE VIABILIDAD PARA LA SOLUCIÓN PLANTEADA EN LA HIPÓTESIS
Rezagos estructurales en la infraestructura de soporte del backbone Existencia de procesos de innovación y mejor de uso de los recursos de red
Objetivos Improductividad anual de la infraestructura de soporte Percepción negativa de usuarios finales por problemas asociados a la baja tolerancia de la infraestructura de soporte
OBJETIVOS DE CORTO Y LARGO PLAZO PARA LA SOLUCIÓN PLANTEADA EN LA HIPÓTESIS
CONCLUSIONES FINALES
El siguiente diagrama de bloques muestra la infraestructura de soporte corregida. En este diagrama es posible observar las correcciones de los pivotes de disponibilidad y de las deltas de desviación relativa. Para contrastar dichos correcciones se han empleado los siguientes formatos: ♦ color blanco para remarcar la configuración de los centros de distribución de energía con una configuración de alta disponibilidad o Los recuadros cuadriculados atrás de los mecanismos tecnológicos corresponden a las zonas equipotenciales de alta frecuencia en los sitios de backbone. Estas zonas equipotenciales están directamente aterrizadas a los electrodos de tierras. o Las líneas negras continuas que salen del switch de transferencia representan el alambrado corregido. o El sistema de distribución cuenta con tres electrodos interconectados: acometida, entrada y salida. ♦
Es empleado el color verde para remarcar la disponibilidad del sistema de sincronía o Las líneas verdes de punto y línea corresponden a las señales de sincronía que viajan sobre los enlaces PDH de larga distancia y que transfieren la referencia Stratum 1 generada en condiciones normales en la región 1 y generada en condiciones de falla en la región 4. o Las figuras de reloj de color negro representan los PCR. o Las figuras de reloj de color verde oscuro representan las referencias stratum 3. o Las figuras de reloj de color verde claro representan las referencias stratum 4. o Cada reloj conectado directamente al switch de core de cada nodo es un PLL y cuenta con redundancia 1+1 y con capacidad para mantener una referencia stratum 1 por 48 hrs, en caso de perder su referencia primaria. ♦ Es empleado el color verde para remarcar la disponibilidad del carrier para los enlaces nacionales.
232
Estructura de referencia de alta frecuencia
DISPONIBILIDAD CORREGIDA
Distribución
Distribución
Estructura de referencia de alta frecuencia
Dist ribución
99.83%
MCU Video
Distribución
Voz
Acceso
Enlaces regionales
Voz
M U X
Switches Multiservicio
Perturbaciones
M U X
M U X
M U X
Stratum 3
Distribución
Distribución
Sevidores
Switch -Router/Datos
M U X
Acceso
M U X
Core
Core
Switch/ATM
P D H
Enlaces regionales
Switches Multiservicio
Perturbaciones
Stratum 4
S D H
S D H
MU X
Switch/ATM
P D H
Distribución
Distribución
Switch-Router/Datos
Sevidores
MUX
Acometida 3φ
Generador
Región 3
Acometida 3φ Transf. (entrada)
UPS Redundante
Tra nsfer. SW
Transf. Bypass
Estructura de referencia de alta frecuencia
Acceso
M U X
Switches Multiservicio
M U X
Distribución
Estructura de referencia de alta frecuencia
Voz
Perturbaciones
Sevidores
internet
M U X
Distribución
Stratum 4
Distribución
Distribución
Sevidores
Switch -Router/Datos
Stratum 1
Core Switch/ATM
P D H
S D H
Iridio
Stratum 3
Acometida 3φ
Generador
UPS Redundante
Switch -Router/Datos
GP S
MU X
Transf. (entrada)
Aparta rayos clase C
Generador
Región 1 Distribución
Distribución Enlaces regionales
Transf . (entrada)
Transf. Bypass
MCU Video
Aparta rayos clase C
UPS Redundante
Transfer . SW
Core
Core Tra nsfer. SW
S D H
Transf. Bypass
Switch /ATM
Switch /ATM
P D H
Acceso
Aparta rayos clase C
Región 2
MCU Video
Switches Etehernet
Región 5
MU X
Región 4
Estructura de referencia de alta frecuencia
Stratum 1
Distribución
GP S
Distribución
MCU Video
Enlaces Nacionales
MCU Video
Distribución
Perturbaciones
Voz
Acceso
Enlaces regionales
M U X
Switches Multiservicio
Perturbaciones
M U X
M U X
M U X
Iridio
Stratum 3
M U X
M U X
Acceso
Enlaces regionales
Switches Multiservicio
Sevidores
Core
Distribución
Distribución
Switch/ATM
Switch -Router/Datos
Perturbaciones
Distribución P D H
Voz
S D H
MU X
Acometida 3φ Acometida 3φ
Aparta rayos clase C
Transf. (entrada)
Generador
Región 6
UPS Redundante
Transfer . SW
Tra nsfer. SW
UPS Redundant e
Transf. (entrada)
Transf. Bypass
Transf. Bypass
Estructura de referencia de alta frecuencia
Distribución
Dist ribución
MCU Video
Distribución
Voz
Voz
Acceso
Enlaces regionales
M U X
Switches Multiservicio
Perturbaciones
M U X
M U X
M U X
Stratum 4
Distribución
Distribución
Sevidores
Switch -Router/Datos
M U X
Core P D H
S D H
S D H
MU X
Generador
UPS Redundante Transf. Bypass
Enlaces regionales
Switches Multiservicio
Perturbac iones
Stratum 4
Core Switch/ATM
M U X
Acceso
P D H
Switch /ATM
Distribución
Distribución
Switch -Router/Datos
Sevidores
MU X
Acometida 3φ Transf. (entrada)
Región 7
Estructura de referencia de alta frecuencia
MCU Video
Distribución
Aparta rayos clase C
Aparta rayos clase C
Generador
Acometida 3φ Tra nsfer. SW
AC SINC. ON PDH
Transfer. SW
UPS Redundante Transf. Bypass
Tra nsf. (entrada )
Generador
Aparta rayos clase C
Figura 10.1 Diagrama final del backbone con alta disponibilidad después de la corrección de tolerancias de alta disponibilidad
233
REFERENCIAS Capítulos precedentes
234
APÉNDICE 1
OPERACIÓN DEL BACKBONE DEL CASO IMPLEMENTADO
OPERACIÓN DEL NÚCLEO (CORE) DEL BACKBONE Protocolos ATMTCP/IP Número de equipos Flujo capa 1 WAN Recuperación de código de línea WAN
Hardware 7 Switches ATM en el backbone TDM-PDH
Flujo capa 2
Son empleados múltiples E1s clear chanel, HDB3, No CRC. La sincronía es recuperada de alguno de los primeros E1 de un grupo y es utilizada como referencia para todo el equipo ATM. Los múltiplos de E1 entre dos nodos de core comunes, son multiplexados inversamente en módulos de Multiplexación Inversa en ATM, listos para recibir y enviar celdas.
ATM
El ASX maneja el tráfico ATM transfiriendo UBR, VBRrt y CBR
AAL
El ASX adapta el tráfico ATM transfiriendo UBR, VBRrt y CBR hacia los equipos de la capa de distribución
Flujo capa 3
N/A
Aplicaciones Enrutamiento
N/A PNNI no jerárquico
Ventajas
Permite el manejo adecuado de calidad de servicio para todos los servicios en red y desempeño en conexiones LAN y WAN. Alta granularidad46. Hardware altamente confiable, Buenas capacidades de monitoreo.
Sincronía
46
El término “granuralidad” hace referencia a la capacidad de escalar, es decir de fraccionar los recursos o características de los sistemas.
235
OPERACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE DATOS DEL BACKBONE Protocolos ATMTCP/IP Número de equipos Flujo capa 1 Recuperación de código de línea Sincronía
Flujo capa 2 ATM
AAL Flujo capa 3 Aplicaciones Topología lógica de conexión Enrutamiento No de sistemas autónomos Número de áreas OSPF Sumarización de áreas
Ventajas
47 48
Hardware 7 Switch Routers STM-4, Gigabit, Ethernet, Fast Etehernet Para las conexiones STM-4 las conexiones son establecidas con la configuración por defecto del fabricante, para las conexiones 10/100/1000 son utilizados los códigos de línea correspondientes al estándar. La sincronía para las interfaces STM-4 es recuperada del corazón ATM de la red. Las tramas STM-4, y 10/100/1000 son empleadas con la configuración por defecto. El tráfico de paquetes es consolidado en celdas a través de LANE47. Para el caso de la distribución de datos WAN. En el caso de los equipos multiservicio el tráfico es encapsulado sobre “cellrelay”. UBR Se emplea LANE para consolidar el tráfico de paquetes sobre el corazón de ATM. Aparecen ELANS específicas donde existe interacción entre equipos ATM o terminales tales como servidores con NIC ATM. Tráfico IP. Aplicaciones institucionales en Web, bases de datos, tráfico de Internet, correo electrónico, monitoreo SNMP, Transferencia e impresión de archivos Cliente servidor (ISAs) y termial a terminal OSPF 1 7 áreas básicas SI El tráfico de VLANs diferentes en switch routers puede ser manejado sin enrutamiento cuando los dispositivos terminales se encuentran conectados. Los servicios de LANE y DLE48 permiten tolerancia a fallas para tráfico de capa 2. El tráfico de la capa de distribución se transporta conmutado en capa 2 hacia el core y no enrutado en capa 3. Rápida convergencia de enrutamiento sobre OSPF, simpleza de configuración, aceptación de subneting, soporte de múltiples rutas, protocolo de estado.
LANE: Lan Emulation (Emulación de Redes de Área Local) DLE: Distributed LAN Emulation
236
OPERACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE VOZ DEL BACKBONE Protocolos ATMTCP/IP Número de equipos Flujo capa 1 Recuperación de código de línea
Sincronía
Flujo capa 2
ATM
AAL Flujo capa 3 Aplicaciones Enrutamiento Ventajas
49
Hardware Siete plataformas Multiservicio que incluyen los mecanismos de ditribución de voz TDM, E1-T1, V35 Son empleados E1s estructurados, HDB3, No CRC para la interconexión de los switches Multiservicio hacia los switches de Corazón de red. Todos los switches multiservicio derivan su sincronía de los E1s estructurados proveniente de los enlaces regionales como referencia primaria. Para encapsular el tráfico analógico de voz proveniente de los “soft-switches” remotos en cellrelay, primero debe comprimirse utilizando algún tipo de compresión tal como ACELP. Dicha compresión se efectúa en los equipos switches multiservicio en módulos de hardware especiales para efectuar compresión. Después se adapta a celdas de tamaño fijo. En cuanto las celdas están preparadas son enrutadas por los mismos switches multiservicio. Los switches multiservicio están interconectados lógicamente entre si en formando una malla. Una vez consolidado el tráfico de cellrelay dentro de los switches multiservicio, este tráfico es Multiplexado en el mismo switch en tramas de PDH E1 y transferido hacia los switches de ATM utlizando interfaces G.703. Las tramas E1-PDH son interpretadas en módulos CES de los switches ATM-Core y por medio de una malla completa de SPVC's49 es transferido el tráfico a través del corazón ATM. La malla de SPVC es definida estableciendo conexiones punto a punto (puerto físico CES origen y NSAP del puerto destino) además de especificar el número de time slots por canal. N/A Mensajería centralizada, consulta desde una PC en red. N/A Los servicios de voz son transportados sobre el corazón ATM evitando costos de laga distancia telefónica.
SPVCs: Smart Permanent Virtual Circuits
237
OPERACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE VIDEOCONFERENCIA DEL BACKBONE Protocolos ATMTCP/IP Número de equipos Flujo capa 1
Hardware
ATM/AAL
7 Servidores de Videoconferencia punto multipunto OC-3, 25M, V.35 , E1 Los servidores de Videoconferencia operan con los protocolos H.320, H.323 e ISDN para comprimir y transferir el tráfico de videoconferencia, además poseen interfases STM-1 y V.35 como interfaces físicas. Las interfaces STM-1 van directamente conectadas a los equipos ATM, mientras que las interfases V.35 requieren de un multiplexor PDH (MUX) para reenviarlas por canales de 384K hacia los sitios remotos. La sincronía para las interfaces STM-1 de los servidores es recuperada de los switches ATM para cada puerto físico. Para la sincronía H.320, la señal es tomada por alguno de los puertos V.35 del MUX. Aun que a la red pueden ser integradas terminales IP o ISDN, todo el tráfico es consolidado sobre H.320 dentro del servidor de videoconferencia y transferido sobre el corazón ATM. Los 7 servidores de videoconferencia procesan las tramas provenientes de las terminales H.320, H.323 e ISDN. La transferencia de tráfico hacia las oficinas remotas emplea enlaces de 512Kbps que conectan los switches multiservicio de las oficinas remotas. El tráfico H.320 adaptado sobre VBR-nrt entre MCUs es transferido sobre el core ATM. La traducción y enrutamiento estático lo efectúa un enrutador especializado de ATM que permite el manejo de categorías de tráfico.
Flujo capa 3
N/A
Aplicaciones Enrutamiento
Videoconferencias interactivas Estático Es posible conservar la calidad de la transferencia de tráfico con base en el corazón de ATM. Todas las secciones de videoconferencia son interactivas (bidireccionales).
Recuperación de código de línea
Sincronía
Flujo capa 2
Ventajas
238
OPERACIÓN DEL ACCESO DEL BACKBONE Protocolos ATMTCP/IP Número de equipos Flujo capa 1 Recuperación de código de línea Sincronía
Flujo capa 2 ATM AAL
Flujo capa 3 Aplicaciones Topología lógica de conexión Enrutamiento No de sistemas autónomos Número de áreas
Hardware Siete plataformas multiservicio TDM, E1, Múltiplos de DS0, V35 Son empleados E1s clear channel o múltiplos DS0, utilizando HDB3, y No CRC para la interconexión de los switches Multiservicio hacia los switches de ATM. Todos los switches multiservicio derivan su sincronía de los E1s estructurados provenientes de los enlaces regionales. Para encapsular el tráfico de datos proveniente de los switch router o de los switches capa 2 en los sitios remotos, dicho tráfico es procesado en los switches multiservicio en cellrelay. En cuanto las celdas están preparadas son enrutadas por los mismos switches multiservicio. Los switches multiservicio están interconectados lógicamente entre si formando una malla sobre el corazón ATM. Desde algunos sitios de alta densidad, el tráfico es transportado por medio de switches ATM de baja capacidad y aglutinado directamente al corazón ATM. El tráfico de capa 2 proveniente del acceso es vaciado al corazón en celdas ATM. Todo el tráfico de datos proveniente del acceso es transferido con categoría de UBR sobre el corazón de ATM. Tráfico IP. El tráfico IP es desencapsulado de cellrealy o de las celdas ATM y enrutado parte en los switches multiservicio y otra pare en los swich-roter. Aplicaciones institucionales en Web, bases de datos, tráfico de Internet, correo electrónico, monitoreo SNMP, Transferencia e impresión de archivos Cliente servidor (proxies) y peer to peer OSPF 1 7 áreas Básicas
Sumarización de áreas SI
239
240
LISTA DE FIGURAS Figura 2.1
Campos conceptual y real del mundo................................................................................ 20
Figura 2.2
Diagrama de sistema-I....................................................................................................... 21
Figura 2.3
Sistema-I y su ambiente..................................................................................................... 22
Figura 2.4
Diagrama de Sistema-II..................................................................................................... 23
Figura 2.5
Diagrama general de sistema............................................................................................. 24
Figura 2.6 subsistemas
Diagrama de la organización de negocios utilizando los procesos empresariales como 26
Figura 2.7
Diagrama de un sistema de información, suprasistema y ambiente ................................. 27
Figura 2.8
Diagrama del sistema de red ............................................................................................. 30
Figura 2.9
Diagrama de relaciones directas de la infraestructura de soporte IS hacia el backbone . 31
Figura 2.10
Relaciones indirectas de la red hacia el suprasistema de procesos empresariales............ 32
Figura 3.1
Generaciones de redes: McCabe, James D. (2003) t. 1.4.2. ............................................... 38
Figura 3.2
Arquitectura de referencia ................................................................................................ 43
Figura 3.3
Criterio arquitectónico de distribución geográfica LAN/MAN/WAN.............................. 43
Figura 3.4
Criterio de jerarquía funcional de flujo de tráfico núcleo/distribución/acceso ................ 44
Figura 3.5
El criterio arquitectónico cliente a cliente ......................................................................... 44
Figura 3.6
El criterio arquitectónico cliente-servidor......................................................................... 45
Figura 3.7
El criterio arquitectónico cliente-servidor jerárquico....................................................... 45
Figura 3.8
El criterio arquitectónico de cómputo distribuido ............................................................ 45
Figura 3.9
El criterio arquitectónico proveedor servicios .................................................................. 46
Figura 3.10
El criterio arquitectónico intranet/extranet ...................................................................... 46
Figura 3.11
El criterio arquitectónico punto a punto ........................................................................... 46
Figura 3.12
Los tres niveles de flujo jerárquico de tráfico ................................................................... 49
Figura 3.13
Redundancia en switches como mecanismo de tolerancia a fallas .................................... 50
Figura 3.14
Mecanismos de seguridad: zonas militarizadas en una red DMZ I y DMZ II.................. 51
Figura 3.15
Arquitectura de referencia de McCabe............................................................................. 51
Figura 3.16
Relaciones funcionales directas de la infraestructura de soporte hacia el backbone ...... 54
Figura 3.17
Relaciones funcionales indirectas de la infraestructura de soporte hacia el backbone ... 55
Figura 3.18
Envolvente operativa de la infraestructura de soporte del backbone............................... 56
Figura 4.1
Disponibilidad versus confiabilidad .................................................................................. 71
Figura 5.1 Servicio típico para la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica IEEE Std. 241-1990 ........................................................................................................................................................ 75
241
Figura 5.2 Arquitectura general de referencia del sistema de suministro de energía enfoque funcional y tecnológico..................................................................................................................................................... 76 Figura 5.3 Recomendación de separación de cargas en los circuitos de distribución utilizando elementos de acondicionamiento de energía (transformadores de aislamiento). IEEE Std. 1100-1999 ............................ 84 Figura 5.4 Ejemplo de la disposición espacial de los sistemas de acondicionamiento eléctrico (centro distribución para cargas críticas, comúnmente UPS). IEEE Std. 1100-1999.............................................. 85 Figura 5.5 Carga con un circuito de doble switch de protección y doble electrodo de tierra, IEEE Std. C62.43™-2005............................................................................................................................................... 86 Figura 5.6 Las categorías de área para la correcta implementación de sistemas aparta rayos son un ejemplo, donde la identificación de secciones espaciales es crucial. IEEE C62.41-1991.............................. 87 Figura 5.7 Cargas típicas en un edificio comercial. IEEE Std. 241-1990 ..................................................... 88 Figura 5.8 Equipos de acondicionamiento de energía eléctrica. IEEE Std. 1100-1999................................ 88 Figura 5.9 Constitución de cables de múltiples hilos. IEEE Std. 241-1990 ver también, NEC-NFPA 70 2005 y NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999.................................................................................... 89 Figura 5.10 Algunos elementos de soporte y guía para el sistema de alambrado. IEEE Std. 241-1990 ver también, NEC-NFPA 70 2005 y NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999................................... 90 Figura 5.11 Conductos de alambrado. IEEE Std. 241-1990, ver también, NEC-NFPA 70 2005 y NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999...................................................................................................... 90 Figura 5.12 Interconexión de los electrodos de tierra del edificio. IEEE Std. 1100-1999. ver también, NECNFPA 70 2005 y NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999 ........................................................... 91 Figura 5.13 Requerimientos de tierras del sistema para transformadores de aislamiento EEE Std. 11001999 ............................................................................................................................................................... 91 Figura 5.14 Diagrama simétrico de localización típica de protecciones para cargas en contra de transitorios. IEEE Std. 1100-1999 ................................................................................................................ 92 Figura 5.15 Errores típicos de sistemas de tierra en circuitos finales. Estos errores pueden evitarse si se siguen patrones de integración, identificación y distribución. IEEE Std. 1100-1999................................... 92 Figura 5.16 Conexión dedicada de referencia de tierra desde la toma de entrada en un subsistema de acondicionamiento IEEE Std. 1100-1999...................................................................................................... 97 Figura 5.17 Conexión dedicada de referencia de tierra desde un segundo electrodo (observar que la continuidad entre distintas referencias debe conservarse). IEEE Std. 1100-1999 ....................................... 97 Figura 5.18 Origen de las descargas electrostáticas naturales o rayos eléctricos. IEEE PC62.42-2000™/D 11 ................................................................................................................................................................... 98 Figura 5.19 Niveles isokeraúnicos en el mundo IEEE C62.41-1991............................................................. 98 Figura 5.20 Relaciones entre voltaje, duración y tasa de cambio de un transitorio originado en una descarga electrostática y sus efectos comunes sobre los sistemas de carga. IEEE Std. C62.41.2................. 99 Figura 5.21 Propiedades del cobre y aluminio IEEE Std. 241-1990............................................................. 99 Figura 5.22 Discontinuidad conductiva entre las tierras de cargas compartiendo transferencia de energía y señales (misma localidad). IEEE Std. 1100-1999........................................................................................ 100 Figura 5.23 Conductor de seguridad para dos referencias de tierras separadas. IEEE Std. 1100-1999 ... 100 Figura 5.24 IEEE C62.41-1991ver también, NEC-NFPA 70 2005 y NORMA Oficial Mexicana NOM-001SEDE-1999 .................................................................................................................................................. 101 Figura 5.25 Índices de operación de cargas vs. desviaciones de energía en los sistemas de distribución IEEE Std 1100-1999.................................................................................................................................... 105
242
Figura 5.26 Respuesta de la impedancia de un conductor a diferentes frecuencias IEEE Std. 1100-1999 106 Figura 5.27 Voltaje versus corriente en una carga de impedancia constante. IEEE Std 1100-1999 ......... 107 Figura 5.28 Voltaje versus corriente en una carga de impedancia variable. IEEE Std 1100-1999............ 107 Figura 5.29 Espectro armónico de corriente incluyendo la fase de la polución de una fuente conmutada electrónica. La gráfica considera las componentes múltiplos de tres y los componentes impares. IEEE Std 1100-1999 .................................................................................................................................................... 107 Figura 5.30 Factor de peso de la distorsión armónica que producen diferentes cargas. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) ............................................................................................................................................ 108 Figura 5.31 IEEE P519.1™/D9a (January 2004)........................................................................................ 109 Figura 5.32 Fórmula para calcular la distorsión armónica total en un sistema de distribución en el punto común de acoplamiento. IEEE P519.1™/D9a (January 2004)................................................................... 109 Figura 5.33 Fórmula para calcular el total de distorsión demandada en un sistema de distribución en el punto común de acoplamiento. IEEE P519.1™/D9a (January 2004)......................................................... 109 Figura 5.34 Ejemplo de la representación simplificada de la evaluación de fuentes armónicas en un edificio. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) ............................................................................................. 110 Figura 5.35 Ejemplo de la cancelación de armónicos para las cargas un edificio. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) ............................................................................................................................................ 110 Figura 5.36 Limites de distorsión armónica como ráfagas de corta duración durante un periodo de 24 horas. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) ................................................................................................ 111 Figura 5.37 Contenido armónico estimado para diferentes cargas en un edificio. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) ............................................................................................................................................ 111 Figura 5.38 Configuración básica de un UPS estático en línea. IEEE P519.1™/D9a (January 2004)....... 111 Figura 5.39 Configuración típica de un sistema de distribución con un generador como fuente redundante. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) ........................................................................................................... 112 Figura 5.40 Niveles de compatibilidad electromagnética para el régimen de baja frecuencia 50-60 Hz, para voltajes máximos de 240 y 415 V y corriente máxima de hasta 16 A por fase. Estos datos están referenciados al estándar 61000-2-2 del IEC. Dugan, C. R., McGranaghan, F. M., Santoso S. Beaty, H. W. (2003)........................................................................................................................................................... 113 Figura 5.41 Ejemplo de cancelación de espectros producidos por dos distintas cargas. La polución armónica final no es la suma del total de distorsión armónica de cada una de las cargas. IEEE P519.1™/D9a (January 2004) ..................................................................................................................... 114 Figura 5.42 Parámetros de potencia involucrados en el impacto o daño de cargas. IEEE Std 1100-1999 115 Figura 5.43 Umbrales de falla para algunos semiconductores. IEEE Std 1100-1999 ................................ 115 Figura 5.44 Arreglos de switches de transferencia trifásicos IEEE Std, 1100-1999................................... 116 Figura 5.45 Transitorio oscilatorio que es resultado de la conmutación de una carga capacitiva al circuito de distribución. IEEE Std. 1100-1999......................................................................................................... 117 Figura 5.46 Transitorio impulsivo que es resultado de la conmutación de una carga inductiva al circuito de distribución. IEEE Std. 1100-1999......................................................................................................... 117 Figura 5.47 Transitorio rápido (Electrical Fast Trasient) resultado de la conmutación de un contactor electromecánico. (Los contactotes electromecánicos normalmente forman parte máquinas de potencia). IEEE Std. 1100-1999................................................................................................................................... 117 Figura 5.48 Circuito equivalente simplificado del sistema de distribución en un edificio. IEEE Std. 11001999 ............................................................................................................................................................. 118
243
Figura 5.49 Condiciones típicas de un transitorio oscilatorio generado por la interrupción de energía en un circuito de potencia el cual tiene resonancia múltiple en el contactor. IEEE Std. 1100-1999............... 118 Figura 5.50 Condiciones típicas de un transitorio oscilatorio generado por la interrupción de energía en un circuito de potencia el cual tiene resonancia múltiple en el contactor. IEEE Std 1100-1999................ 118 Figura 5.51 Distribución porcentual de probabilidad de rayos y su nivel energético en una zona con recurrencia de tormentas eléctricas. IEEE Std 1100-1999......................................................................... 119 Figura 5.52 Acoplamiento inductivo de un conductor que transfiere un transitorio de alta energía producido por un rayo hacia otros circuitos. IEEE Std 1100-1999............................................................ 119 Figura 5.53 Voltaje inducido a los circuitos cercanos. IEEE Std 1100-1999.............................................. 120 Figura 5.54 Espectro de frecuencias del contenido de transitorios comunes. IEEE Std. 1100-1999 ......... 120 Figura 5.55 Lista de criterios que debe considerarse en los métodos de empalmes para tierras y aparta rayos. IEEE Std 1100-1999 ......................................................................................................................... 121 Figura 5.56 Sistemas de electrodos de tierra generales versus frecuencia utilizando dos tipos prácticas A y B. IEEE Std 1100-1999............................................................................................................................... 121 Figura 5.57 Sistema de tierras de baja frecuencia con estructuras de asilamiento y con dos electrodos. Este sistema cumple con la recomendación del NEC/NOM. IEEE Std 1100-1999 ............................................ 122 Figura 5.58 Sistema de tierras para alta frecuencia con malla de referencia, estructuras de asilamiento para equipos y dos electrodos. Este sistema cumple con la recomendación del NEC/NOM. IEEE Std 11001999 ............................................................................................................................................................. 122 Figura 5.59 Impedancia de zonas de dos tipos de zonas equipotenciales (sistemas de tierra) para los sistemas de cómputo. Incluye dos casos el de un sistema de baja frecuencia y un sistema de alta frecuencia. IEEE Std 1100-1999.................................................................................................................................... 123 Figura 5.60 Referencia de señal de tierra de alta frecuencia empleando una malla de referencia (SRG) o un plano de referencia (SRP) para un centro de cómputo. IEEE Std 1100-1999 ...................................... 123 Figura 5.61 Estructura de referencia de tierra basada en una malla de cinturones de cobre. IEEE Std 1100-1999 .................................................................................................................................................... 126 Figura 5.62 Estructura de referencia utilizando malla de alambre de acero soldado. IEEE Std 1100-1999 ..................................................................................................................................................................... 128 Figura 5.63 Estructura de referencia utilizando charola de cables. IEEE Std 1100-1999......................... 130 Figura 5.64 Piso falso y conexiones a la malla de referencia. Esta es la estructura de referencia más económica pero menos confiable ya que requiere de mucho cuidado en la instalación y en el mantenimiento. IEEE Std. 1100-1999......................................................................................................... 132 Figura 5.65 Diseño (configuración) 1. IEEE Std. 1100-1999 ...................................................................... 136 Figura 5.66 Diseño (configuración) 2. IEEE Std. 1100-1999 ...................................................................... 136 Figura 5.67 Diseño (configuración) 3. IEEE Std. 1100-1999 ...................................................................... 136 Figura 5.68 Diseño (configuración) 4. IEEE Std. 1100-1999 ...................................................................... 137 Figura 5.69 Diseño (configuración) 5. IEEE Std. 1100-1999 ...................................................................... 137 Figura 5.70 Diseño (configuración) 6. IEEE Std. 1100-1999 ...................................................................... 137 Figura 5.71 Diseño (configuración) 7. IEEE Std. 1100-1999 ...................................................................... 138 Figura 5.72 Diseño (configuración) 8. IEEE Std. 1100-1999 ...................................................................... 138 Figura 5.73 Una contracción de voltaje (sag). IEEE Std 1100-1999........................................................... 138 Figura 5.74 Una elongación de voltaje (swell). IEEE Std 1100-1999.......................................................... 139
244
Figura 5.75 Ejemplo del desempeño de una fuente conmutada de entrada de 120V y de salida de 5V durante dos perturbaciones de corto plazo. (Contracción e interrupción de voltaje) IEEE Std 1100-1999 ..................................................................................................................................................................... 139 Figura 5.76 En la curva anterior podemos observar los valores de tolerancia para el suministro de voltaje de equipos de TI. Curva ITIC (CBMEA) Information Technology Industry Council (ITIC) http://www.itic.org ...................................................................................................................................... 140 Figura 6.1 tecnológico
Arquitectura general de referencia del sistema de sincronía, enfoque funcional y 152
Figura 7.1 Arquitectura general de referencia del sistema de los enlaces de larga distancia enfoque funcional y tecnológico................................................................................................................................ 172 Figura 8.1 Diagrama del procedimiento de corrección de tolerancias de alta disponibilidad para la infraestructura de soporte .......................................................................................................................... 191 Figura 9.1 Cobertura geográfica del backbone en estudio. Para facilitar la notación se emplearán números para designar las regiones geográficas ........................................................................................ 197 Figura 9.2 Diagrama que muestra los subsistemas y mecanismos tecnológicos de todos los niveles de flujo de tráfico del backbone....................................................................................................................... 201 Figura 9.3
Infraestructura de soporte con disponibilidad indeterminada ....................................... 207
Figura 10.1 Diagrama final del backbone con alta disponibilidad después de la corrección de tolerancias de alta disponibilidad ............................................................................................................... 233
245
LISTA DE TABLAS Tabla 3.1
Sistemas funcionales y propiedades de complejidad......................................................... 38
Tabla 3.2
Subsistemas funcionales, capacidad y mecanismos tecnológicos ...................................... 39
Tabla 3.3
Operaciones vs. subsistemas funcionales en el núcleo....................................................... 47
Tabla 3.4
Operaciones vs. subsistemas funcionales en la distribución.............................................. 48
Tabla 3.5
Operaciones vs. subsistemas funcionales en el acceso ....................................................... 48
Tabla 3.6
Flujo jerárquico vs. operaciones y sistemas funcionales ................................................... 49
Tabla 4.1
Cronología de la ingeniería de desempeño ........................................................................ 60
Tabla 5.1
Subsistemas tecnológicos y criterios arquitectónicos de la estructura.............................. 77
Tabla 5.2
Subsistemas tecnológicos y criterios arquitectónicos de la seguridad............................... 77
Tabla 5.3
Subsistemas tecnológicos y criterios arquitectónicos del desempeño................................ 78
Tabla 5.4
Subsistemas tecnológicos y criterios arquitectónicos de la administración ...................... 78
Tabla 5.5
Envolvente operativa del sistema de distribución de energía............................................ 79
Tabla 5.6 estructura
intersección de los sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y estándares para la 80
Tabla 5.7
Evaluación de criterios arquitectónicos de estructura ...................................................... 82
Tabla 5.8
Sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y estándares ........................................... 93
Tabla 5.9
Evaluación de criterios arquitectónicos de seguridad....................................................... 95
Tabla 5.10
Sistemas funcionales, mecanismos tecnológicos y estándares de desempeño.................. 102
Tabla 5.11
Evaluación de criterios arquitectónicos de desempeño................................................... 104
Tabla 5.12 La tabla anterior muestra la estructura de referencia de tierra más confiable nivel 5 pero de implementación más costosa. ................................................................................................................. 124 Tabla 5.13
La tabla anterior muestra la estructura de referencia de tierra de nivel 4..................... 125
Tabla 5.14
La tabla anterior muestra la estructura de referencia de tierra nivel 3 ......................... 127
Tabla 5.15
La tabla anterior muestra la estructura de referencia de tierra nivel 2 ......................... 129
Tabla 5.16
La tabla muestra la estructura de referencia de tierra nivel 1........................................ 131
Tabla 5.17
Etapa de entrada y bypass............................................................................................... 133
Tabla 5.18
Etapa de UPS y bypass .................................................................................................... 134
Tabla 5.19
Tolerancia versus diseño de los centros de distribución ................................................. 135
Tabla 5.20
Definiciones de distorsión armónica................................................................................ 141
Tabla 5.21
Definiciones de transitorios ............................................................................................. 142
Tabla 5.22 5.76.
Definiciones de interrupciones y fluctuaciones de corto y largo plazos, ver figuras 5.73 a 143
246
Tabla 5.23
Índices armónicos y ruido de banda ancha ..................................................................... 145
Tabla 5.24
Índices transitorios .......................................................................................................... 146
Tabla 5.25
Índices de interrupciones y fluctuaciones de corto plazo................................................ 147
Tabla 5.26
Índices de interrupciones y fluctuaciones de largo plazo................................................ 148
Tabla 6.1
Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para el PRC................... 153
Tabla 6.2
Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para el plan de sincronía153
Tabla 6.3 Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para el desempeño del sistema de sincronía .................................................................................................................................... 154 Tabla 6.4 Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para la administración del sistema de sincronía .................................................................................................................................... 154 Tabla 6.5
Envolvente operativa del sistema de sincronía................................................................ 155
Tabla 6.6 postulado 6.1
Criterios de evaluación de la arquitectura del subsistema de sincronía consistente con el 156
Tabla 6.7
Estándares para el PCR y el plan de sincronía ............................................................... 158
Tabla 6.8
Estándares para el desempeño del plan de sincronía...................................................... 159
Tabla 6.9
Definiciones, impacto y causas de ruido de fase y frecuencia ......................................... 161
Tabla 6.10
Definiciones, impacto y causas de ruido de fase y frecuencia (continuación) ................. 162
Tabla 6.11
Definiciones, impacto y causas de ruido de fase y frecuencia (continuación) ................. 163
Tabla 6.12
Índices precisión y estabilidad del PCR en el corto plazo............................................... 164
Tabla 6.13
Índices precisión y estabilidad del PCR en el largo plazo............................................... 165
Tabla 6.14
Índices precisión y estabilidad de relojes esclavos en el corto plazo ............................... 166
Tabla 6.15
Índices precisión y estabilidad de relojes esclavos en el largo plazo............................... 167
Tabla 6.16 en el servicio
Jitter, wander y slips en enlaces: índices de confiabilidad en la red del carrier vs. impacto 168
Tabla 7.1 Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para la elección e implementación del carrier......................................................................................................................... 173 Tabla 7.2 Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para la elección e implementación de la última milla.............................................................................................................. 173 Tabla 7.3 Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para el desempeño de los enlaces de larga distancia............................................................................................................................ 174 Tabla 7.4 Mecanismos tecnológicos y recomendaciones arquitectónicas para la administración de los enlaces de larga distancia ...................................................................................................................... 174 Tabla 7.5
Envolvente operativa para loe enlaces de larga distancia............................................... 175
Tabla 7.6 postulado
Criterios de evaluación de la arquitectura del subsistema de sincronía consistente con el 176
Tabla 7.7 carrier
Tablas que muestran la intersección de los criterios arquitectónicos y estándares para el 178
Tabla 7.8 última milla
Tablas que muestran la intersección de los criterios arquitectónicos y estándares para la 178
Tabla 7.9
Estándares para el desempeño del carrier y la última milla ........................................... 179
Tabla 7.10
Definiciones, impacto y causas de BER ........................................................................... 181
247
Tabla 7.11
Indices de confiabilidad BER-ESR.................................................................................. 182
Tabla 7.12
Indices de confiabilidad BER-SESR................................................................................ 183
Tabla 7.13
Indices de confiabilidad BER-BBER............................................................................... 184
Tabla 7.14
Índices mecánico-eléctricos de las interfaces de última milla ......................................... 185
Tabla 9.1
Subsistemas funcionales y tecnológicos del núcleo del backbone.................................... 198
Tabla 9.2
Subsistemas funcionales y tecnológicos del nivel de distribución del backbone ............. 199
Tabla 9.3
Subsistemas funcionales y tecnológicos del nivel de acceso del backbone ...................... 200
Tabla 9.4 Tablas basadas en la definición 3.1 de la arquitectura de referencia para el backbone y en el impacto sobre los servicios (capítulos 5,6 y 7)......................................................................................... 202 Tabla 9.5
Sistemas afectados por la baja disponibilidad de la infraestructura de soporte............. 203
Tabla 9.6
Potencia de consumo de los mecanismos tecnológicos del backbone .............................. 204
Tabla 9.7 Evaluación nacional de la estructura de del sistema de suministro de energía del caso en estudio. Para hacer referencia a los criterios evaluados vea la tabla correspondiente de estructura y evaluación de criterios arquitectónicos del capítulo 5. ............................................................................... 208 Tabla 9.8 Evaluación nacional de la seguridad de del sistema de suministro de energía del caso en estudio. Para hacer referencia a los criterios evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios arquitectónicos de seguridad del capítulo 5. ................................................................................ 209 Tabla 9.9 Evaluación nacional del subsistema de desempeño del sistema de suministro de energía del caso en estudio. Para hacer referencia a los criterios evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios arquitectónicos de desempeño del capítulo 5......................................................... 210 Tabla 9.10 Evaluación nacional del la línea base de operación del sistema de suministro de energía del caso en estudio. Para hacer referencia a los Índices evaluados vea las tablas correspondientes del capítulo 5. 211 Tabla 9.11 Evaluación nacional de la arquitectura del sistema de sincronía del caso en estudio. Para hacer referencia a los criterios evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios arquitectónicos de sincronía del capítulo 6................................................................................................. 213 Tabla 9.12 Evaluación nacional del la línea base de operación del sistema de sincronía del caso en estudio. Para hacer referencia a los Índices evaluados vea las tablas correspondientes del capítulo 6. .... 214 Tabla 9.13 Evaluación nacional de la arquitectura de los enlaces de larga distancia del caso en estudio. Para hacer referencia a los criterios evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios arquitectónicos de enlaces de larga distancia del capítulo 7. ....................................................... 215 Tabla 9.14 Evaluación nacional de la línea base del carrier del caso en estudio. Para hacer referencia a los índices evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios arquitectónicos de enlaces de larga distancia del capítulo 7.................................................................................................................. 216 Tabla 9.15 Evaluación nacional de la línea base de la última milla en estudio. Para hacer referencia a los índices evaluados vea la tabla correspondiente de evaluación de criterios de enlaces de larga distancia del capítulo 7. 217 Tabla 9.16
Pivotes de disponibilidad nacional para el sistema de suministro eléctrico.................... 221
Tabla 9.17 Deltas de cumplimiento relativo (1, 2, 3) con desviación cero para el sistema de suministro de energía eléctrica ................................................................................................................... 222 Tabla 9.18 Delta de cumplimiento relativo (4) con desviación cero para el sistema de suministro de energía eléctrica 223 Tabla 9.19
Pivotes de disponibilidad nacional para el sistema de sincronía..................................... 224
Tabla 9.20
Delta de cumplimiento relativo (5) con desviación cero para el sistema de sincronía .... 225
248
Tabla 9.21
Delta de cumplimiento relativo (6) con desviación cero para el sistema de sincronía .... 225
Tabla 9.22
Pivotes de disponibilidad nacional para los enlaces de larga distancia........................... 226
Tabla 9.23
Delta de cumplimiento relativo (7) con desviación cero para el sistema de sincronía .... 226
Tabla 10.1 Corrección de tolerancias de alta disponibilidad en la infraestructura de soporte del backbone de datos en caso de estudio ......................................................................................................... 230 Tabla 10.2 soporte
Corrección de síntomas relacionados con la baja disponibilidad de la infraestructura de 230
Tabla 10.3
Conclusiones finales......................................................................................................... 231
249
