UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTIAGO DE GUAYAQUIL FACULTAD DE EDUCACIÓN TÉCNICA PARA EL DESARROLLO MAESTRÍA EN TELECOMUNICACIONES TELECOMUNICACIONES TÌTULO: LA FO EN LOS NUEVOS ESTÁNDARES DE REDES ÓPTICAS DE MUY ALTA VELOCIDAD. GPON AUTORES: Ingeniero Carlos Espinoza Briggs Ingeniero Front Office-Claro Ingeniera Karina Valenzuela Burbano Administradora de Red -Hospital Docente de Especialidades Guayaquil Dr. Abel Gilbert Pontón Ingeniera Sophia Álava Oyola Analista de Productos Pymes y Corp. -Claro
TUTOR: DR. ARTURO INFANTE RIELO MODULO: SISTEMA DE TRANSMISIÓN ÓPTICA
Guayaquil, Ecuador 2015 1
RESUMEN
GPON es una tecnología de acceso mediante fibra óptica con arquitectura punto a multipunto más avanzada en la actualidad, en el que todos los usuarios reciben la misma información, pero sólo quedan con la que está dirigida hacia ellos, y son soluciones de acceso de alta capacidad para servicios triple-play (voz, vídeo y datos). Con estas redes no solo solucionaría la molestia de la saturación de las redes de cobre, sino que además se pueden brindar nuevos y mejores servicios de alta velocidad de transmisión de datos con la aspiración de ofrecer al cliente un producto de calidad. La red GPON tiene como principal objetivo ofrecer un ancho de banda mucho más alto que sus anteriores predecesoras y de esta manera lograr una mayor eficiencia para el transporte de servicios basados en IP.
Palabras Claves: Red / GPON / Datos / Fibra Óptica / IP IP
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RESUMEN
GPON es una tecnología de acceso mediante fibra óptica con arquitectura punto a multipunto más avanzada en la actualidad, en el que todos los usuarios reciben la misma información, pero sólo quedan con la que está dirigida hacia ellos, y son soluciones de acceso de alta capacidad para servicios triple-play (voz, vídeo y datos). Con estas redes no solo solucionaría la molestia de la saturación de las redes de cobre, sino que además se pueden brindar nuevos y mejores servicios de alta velocidad de transmisión de datos con la aspiración de ofrecer al cliente un producto de calidad. La red GPON tiene como principal objetivo ofrecer un ancho de banda mucho más alto que sus anteriores predecesoras y de esta manera lograr una mayor eficiencia para el transporte de servicios basados en IP.
Palabras Claves: Red / GPON / Datos / Fibra Óptica / IP IP
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INDICE GENERAL 1 2
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INTRODUC INTRODUCCION CION ............................... ................................................ ................................. ................................. ................................. ................ 5 1.1 QUE ES G-PON ................... ................................... ................................. ................................. ................................. ...................... ..... 5 MARCO MARCO TEORICO TEORICO ............................... ............................................... ................................. .................................. .............................. ............. 6 2.1 FUNCIONAMIENTO, ARQUITECTURA Y ESTRUCTURA DE UNA RED G-PON ......... 6 2.1.1 FUNCIONAMIENTO FUNCIONAMIENTO DE UNA RED G-PON .................. ......... .................. .................. .............. ..... 6 2.1.2 ARQUITECTURA DE DE UNA RED G-PON ................... ......... ................... ................... ................. ....... 9 2.1.3 ESTRUCTURA DE UNA RED GPON ................................................ 11 2.2 CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS TECNICAS Y CAPACIDADES CAPACIDADES DE GPON. .............. ......... ..... 14 2.2.1 REDES DE ACCESO DE FIBRA ÓPTICA FTTH – GPON ................. ......... ........ 16 2.2.2 TOPOLOGIA TOPOLOGIA FTTx................................ ................................................ .................................. ............................ ........... 17 2.2.3 FTTN (Fiber To The Node). ................................................................ 18 2.2.4 FTTH................. FTTH.................................. .................................. ................................. ................................. ............................... .............. 19 2.2.5 FTTC................. FTTC.................................. .................................. ................................. ................................. ............................... .............. 20 2.2.6 FTTB.................................. ................................................... ................................. ................................. ............................... .............. 21 2.2.7 FTTP.................................. ................................................... ................................. ................................. ............................... .............. 22 2.2.8 FTTD................. FTTD.................................. .................................. ................................. ................................. ............................... .............. 23 2.2.9 FTTA.................................. ................................................... ................................. ................................. ............................... .............. 24 2.3 LA DIVISIÓN DE LA SEÑAL DE LA CENTRAL A LOS USUARIOS .......... ......... . 24 2.4 CANALES EN G-PON ............................................................................... 25 2.5 NORMAS, CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y ALCANCE DE G-PON ..... 26 2.5.1 Multiplexación de la Información ........................................................ 27 2.5.2 WDM.................................. .................................................. ................................. ................................. ............................... .............. 28 2.5.3 TIPOS DE REDES WDM ................................................................... 29 2.5.4 EVOLUCIÓN DE LA NORMALIZACIÓN GPON .................. ......... ................... ............... ..... 30 2.5.5 DESCRIPCIÓN DEL ESTÁNDAR GPON. .................. ........ ................... .................. ............... ...... 32 2.6 TECNOLOGÍAS Y PROTOCOLOS UTILIZADOS POR LAS REDES GPON. ... 35 2.6.1 DBA Dynamic Bandwidth Bandwidth Allocation ................... .......... .................. ................... ................... ............. .... 36 2.6.2 ATM Asynchronous Asynchronous Transfer Mode Mode .................. ......... ................... ................... ................... ............... ..... 38 2.6.3 GEM GPON Encapsulation Method ................................................... 39 ASPECTOS ECONÓMICOS ECONÓMICOS.................. ........ ................... ................... ................... .................. ................... ................... ............. .... 41 CONCLUSIO CONCLUSIONES NES ................................. ................................................. ................................. .................................. ............................ ........... 43 GLOSARIO GLOSARIO ............................... ................................................ .................................. .................................. .................................. ...................... ..... 44 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICA ..................................................................... 48
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INDICE FIGURAS Figura 2.1 Arquitectura de red de GPON....................................... 9 Figura 2.2 2.2 OLTs........................................................................... 12 Figura 2.3
Splitters ópticos ........................................................ 13
Figura 2.4
ONT Unidad Óptica de Usuarios ............................... 14
Figura 2.5 Modelo de red GPON básica. .................................... 15 Figura 2.6 Topologia Fttx ............................................................... 18 Figura 2.7 Topología FTTN ........................................................... 19 Figura 2.8 Topología FTTH ........................................................... 20 Figura 2.9 Topologia FTTC............................................................ 21 Figura 2.10 Topología FTTB.......................................................... 22 Figura 2.11 Topología FTTP.......................................................... 23 Figura 2.12 Topología FTTD ......................................................... 24 Figura 2.13 Canales ascendentes y descendentes ..................... 25 Figura 2.14 WDM ........................................................................ 28 Figura 2.15 Dynamic Bandwidth Bandwidth Allocation.................................. 37 Figura 2.16 Asynchronous Transfer Mode ................................... 38 Figura 2.17 GPON Encapsulation Method ................................... 40 Figura 3.1 Valor de instalaciones FO en Claro ............................ 41 Figura 3.2 Valor de instalaciones FO en Claro ............................ 42 Figura 3.3 3.3 Valor de instalaciones instalaciones FO en CNT.............................. CNT.............................. 42 Figura 3.4 Valor de instalaciones instalaciones FO en Netlife........................... 42
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1 INTRODUCCION 1.1 QUE ES G-PON Es una red de fibra totalmente pasiva, sin repetidores dentro de la red o fuentes de poder intermedios, solo spliters, acopladores y atenuadores. Toda la información es transmitida bidireccionalmente sobre una sola fibra conocida como pon. Se utilizan dos longitudes de onda distintas, una para la información de bajada (ej. 1490 nm) y una para la información de subida (ej. 1510 nm). La información descendente (downstream) es transmitida en modo broadcast, es decir que la información le llega a todos los elementos de la red. Como la información le llega a todos los usuarios es necesario utilizar un sistema de encriptamiento para mantener la privacidad de las comunicaciones. Para la información ascendente (upstream) la transmisión es realizada utilizando un protocolo de acceso múltiple conocido como tdma, en donde cada elemento de la red tiene un periodo de tiempo específico para transmitir, permitiendo que un mismo canal de transmisión, en este caso la misma longitud de onda, sea compartido por varios usuarios. Una red de fibra que ofrece una alternativa de mayor ancho de banda frente a las soluciones actuales de dsl y cable.
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Las redes GPON tienen la estructura básica de una red pon, es decir, elementos activos en los extremos de la red y elementos pasivos que transmiten y reparten la señal desde la central hasta cada una de las casas de los abonados.
2 MARCO TEORICO 2.1 FUNCIONAMIENTO, ARQUITECTURA Y ESTRUCTURA DE UNA RED G-PON A continuación se presentarán datos característicos acerca del funcionamiento, la arquitectura y la estructura de una red GPON:
2.1.1 FUNCIONAMIENTO DE UNA RED G-PON La red GPON consta de un OLT, ubicado en las dependencias del operador, y las ONT en las dependencias de los abonados para FTTH. La OLT consta de varios puertos de línea GPON, cada uno soportando hasta 64 ONT. Aunque depende del suministrador, existen sistemas que pueden alojar hasta 7.168 ONTs en el mismo espacio que un DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer, Multiplexor de Acceso a la Línea Digital de Abonado). En las arquitecturas FTTN las ONT son sustituidas por MDU (MultiDwelling Units, Unidades Múltiples de Vivienda), que ofrecen habitualmente VDSL2 (Very-High-Bit-Rate Digital Subscriber Line 2, 6
Línea Digital de Abonado de Muy Alta Tasa de Transferencia 2) hasta las casas de los abonados, reutilizando así el par de cobre instalado pero, a su vez, consiguiendo las cortas distancias necesarias para conseguir velocidades simétricas de hasta 100 Mbps por abonado
Para conectar la OLT con la ONT con datos, se emplea un cable de fibra óptica para transportar una longitud de onda descendente. Mediante un pequeño divisor pasivo que divide la señal de luz que tiene a su entrada en varias salidas, el
tráfico descendente
originado en la OLT puede ser distribuido. Puede haber una serie de divisores pasivos 1 x n (donde n = 2, 4, 8, 16, 32, o 64) en distintos emplazamientos hasta alcanzar los clientes. Esto es una arquitectura punto a multipunto, algunas veces descrita como una topología en árbol.
Los datos ascendentes desde la ONT hasta la OLT (que son distribuidos en una longitud de onda distinta para evitar colisiones en la transmisión descendente) es agregado por la misma unidad divisora pasiva, que hace las funciones de mezclador en la otra dirección del tráfico. Esto permite que el tráfico sea recolectado
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desde la OLT sobre la misma fibra óptica que envía el tráfico descendente.
Para el tráfico descendente se realiza un broadcast óptico, aunque cada ONT sólo será
capaz de procesar el tráfico que le
corresponde o para el que tiene acceso por parte del operador, gracias a las técnicas de seguridad AES (Advanced Encryption Standard,
Estándar
Avanzado
de
Encriptación).
Para
el
tráfico ascendente los protocolos basados en TDMA aseguran la transmisión sin colisiones desde la ONT hasta la OLT. Además, mediante TDMA sólo se transmite cuando sea necesario, por lo cual, no sufre de la ineficiencia de las tecnologías TDM donde el período temporal para transmitir es fijo e independiente de que se tengan datos o no disponibles.
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2.1.2 ARQUITECTURA DE UNA RED G-PON La figura 2.1 presenta un ejemplo de la arquitectura de una red GPON:
Figura 2.1 Arquitectura de red de GPON. Fuente: http://www.ramonmillan.com/tutoriales/gpon.php Una de las características clave de PON es la capacidad de sobresuscripción. Esto permite a los operadores ofrecer a los abonados más tráfico cuando lo necesiten y la red esté con capacidad ociosa, es decir, cuando no haya otros abonados en la misma red PON que estén empleando todo su ancho de banda disponible. Esta funcionalidad es denominada DBA o (Dynamic Bandwidth Allocation, Ubicación Dinámica del Ancho de Banda) de la red PON punto a multipunto. En una red GPON, se asigna una longitud de onda para el tráfico de datos (Internet, VoIP, IPTV, etc.) descendente (1.490 nm) y otra 9
para el tráfico ascendente (1.310 nm). Además, a través del uso de WDM, se asigna una tercera longitud de onda (1.550 nm) que está dedicada para el broadcast de vídeo RF (broadcast analógico, broadcast digital, HDTV, y vídeo bajo demanda).
De este modo, el vídeo/TV puede ser ofrecido mediante dos métodos distintos simultáneamente: RF e IPTV. Mediante RF las operadoras de cable pueden hacer una migración gradual hacia IPTV. En este caso, las ONT dispondrán de una salida para vídeo RF coaxial que irá conectada al STB (Set-top Box) tradicional. Con IPTV la señal de vídeo, que es transformada por la cabecera en una cadena de datos IP se transmite sobre el mismo enlace IP como datos para acceso a Internet de banda ancha. El STB conectado mediante Gigabit Ethernet al ONT, convertirá de nuevo la cadena de datos en una señal de vídeo. Mediante IPTV y GPON, cuyos equipos incorporan capacidades de QoS (Quality of Service, Calidad de Servicio) y multicast IP avanzadas, los operadores puede ofrecer varios canales de alta calidad de imagen y sonido, incluidos HDTV, así como proporcionar servicios interactivos y personalizados, lo cual no es factible con vídeo RF. (Espinoza, 2010)
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2.1.3 ESTRUCTURA DE UNA RED GPON Una red GPON está formada básicamente por:
Un módulo OLT que se encuentra en el nodo central. Uno o varios divisores ópticos (splitter) que sirven para ramificar la red de fibra óptica.
Tantas ONUs como viviendas.
La transmisión se realiza entre la OLT y la ONU. En definitiva, PON trabaja compartiendo la capacidad entre las ONU de los usuarios, para lo que necesita utilizar dos frecuencias, una para el canal ascendente y otra para el descendente. 2.1.3.1 EQUIPO S ÓPTICOS Y PA SIVOS DE RE DES G-PON
La evolución de GPON en el futuro cercano es poder atender 128 servicios con cada fibra óptica, asegurando un ancho de banda para cada cliente igual al que actualmente se alcanza con 64 abonados por fibra. A continuación la descripción de equipos a utilizarse en una red GPON:
OLT: es uno de los componentes clave utilizados en las redes GPON, la terminal de línea óptica generalmente se coloca en la sala de control central. La típica terminal de línea óptica adopta el tamaño de 19 pulgadas de diseño de rack, es con 3U de altura y 16 ranuras, cada 2 de ellos se ofrece a un módulo de la OLT, 11
apoyando 8 OLT como máximo por módulo y 256 equipos de ONU a distancia. Este sistema lo convierten en un gran ancho de banda estable, la transmisión de datos de más de 10 a 20 kilómetros de distancia. Es capaz de transmitir la función de suministro a velocidad de cable L2/L3. Cada línea PON soporta 1Gbps ascendente y descendente de ancho de banda simétrico. También contiene abundantes características de operación manejables, como la dirección MAC (Media Access Control, Control de Acceso al Medio) limitada y la dirección IP limitada, control de ancho de banda, VLAN (Virtual LAN) y control de flujo. El terminal de línea óptica también cuenta con la función de gestión de red. (Espinoza, 2010) En la Figura 2.2 se muestran los elementos que forman una arquitectura GPON:
Figura 2.2 OLTs. Fuente: http://www.ramonmillan.com/tutoriales/gpon.php
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Splitters ópticos: tambien conocidos como divisores opticos dividen la señal enviada por el OLT hacia los equipos ONUs u ONTs, esta division es realizada pasivamente es decir sin necesidad de corriente o amplificacion alguna. Son de vital inportancia para las redes GPON. La Figura 2.3 muestra los splitters ópticos
Figura 2.3
Splitters ópticos
Fuente: http://sx-de-tx.wikispaces.com/FTTx+-+xPON
ONT: es el equipo que se instala en las premisas del cliente. La tarea principal de este dispositivo es realizar la interfase entre la red óptica y los equipos del cliente. El ONT puede tener puertos ethernet para servicios de datos, puertos E1s o POTS (Plain Old Telephone Service, Servicio Telefónico Ordinario Antiguo) para servicios de voz y puertos RF análogos para servicios de video.
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Figura 2.4 ONT Unidad Óptica de Usuarios Fuente: http://sx-de-tx.wikispaces.com/FTTx+-+xPON
2.2 CARACTERISTICAS TECNICAS Y CAPACIDADES DE GPON. Las redes ópticas pasivas no tienen componentes activos entre el servidor y el cliente o abonado. En su lugar se encuentran los divisores ópticos pasivos o splitters. La utilización de sistemas pasivos reduce considerablemente las inversiones y los costos de conservación. La arquitectura de GPON es conceptualmente similar a la de una recomendación anterior (BPON). Se han mejorado aspectos referidos a la gestión de servicios y a la seguridad pero, sobre todo, GPON ofrece tasas de transferencia de hasta 1,25 Gbps en 14
caudales simétricos o de hasta 2,5 Gbps para el canal descendente en caudales asimétricos. Las redes GPON, según su definición en el standard ITU-T G.984, tienen un alcance de 20Km y un número de usuarios de 64. Sin embargo, el estándar está preparado para prolongar las redes GPON hasta un máximo de 60 Km y aumentar el número de usuarios hasta 128. Sin embargo, la principal limitación en el despliegue de las redes GPON está en su propia arquitectura de red punto-multipunto. La Figura 2.5 presenta un modelo GPON básico.
Figura 2.5 Modelo de red GPON básica. Fuente: http://images.slideplayer.es/14/4321447/slides/slide_4.jpg
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2.2.1 REDES DE ACCESO DE FIBRA ÓPTICA FTTH – GPON 2.2.1.1 DEF INICIÓN FTTx .
La tecnología de telecomunicaciones FTTx (del inglés Fiber To The x) es un término genérico para designar cualquier acceso de banda ancha sobre fibra óptica que sustituya total o parcialmente el cobre del bucle de acceso al abonado. El acrónimo FTTx se origina como generalización de las distintas configuraciones desplegadas (FTTN, FTTC, FTTB, FTTH...), diferenciándose por la última letra que denota los distintos destinos de la fibra (nodo, acera, edificio, hogar...). (Ulloa, 2012) Entre las diferentes arquitecturas o despliegues se encuentran: FTTH - (Del inglés Fiber-to-the-home). En FTTH o fibra hasta el hogar, la fibra llega hasta el interior o fachada de la casa u oficina del abonado. FTTB - (Del inglés Fiber-to-the-building o Fiber-to-thebasement). En FTTB o fibra hasta el edificio, la fibra normalmente termina en un punto de distribución intermedio en el interior del edificio de los abonados. se accede a los abonados finales del edificio o de la casa mediante la tecnología VDSL2 (Very high bit-rate Digital Subscriber Line 2) sobre par de cobre.
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FTTN - (Del inglés Fiber-to-the-node). En FTTN o fibra hasta el vecindario, la fibra termina en un cabinete en la calle, típicamente en las inmediaciones del barrio o residencial. FTTC - (Del inglés Fiber-to-the-cabinet o fiber-to-the-curb). Similar a FTTN, pero el gabinete está más cerca del usuario, normalmente a menos de 300 metros. FTTP - (Del inglés Fiber-to-the-premises). Este término se puede emplear de dos formas: como término genérico para designar las arquitecturas FTTH y FTTB, o cuando la red de fibra incluye tanto viviendas como pequeños negocios.
2.2.2 TOPOLOGIA FTTx. La fibra óptica es, en la actualidad, la guía de onda comercial con mayor capacidad de transmisión en términos de ancho de banda y resistencia al ruido electromagnético. El término FTTx (Fiber To The X) denomina a las distintas posibilidades de despliegue de fibra óptica que varían de acuerdo al alcance de la fibra y la proximidad al usuario final, tal como se muestra en la siguiente figura .
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Figura 2.6 Topologia Fttx Fuente: (Gavilan, 2013)
2.2.3 FTTN (Fiber To The Node). Este tipo de arquitectura se la conoce como fibra óptica hasta el nodo o también fibra óptica hasta el vecindario. FTTN es un diseño de telecomunicaciones donde la fibra termina en una cabina o en un armario de la calle, más lejos de los abonados que en FTTH y FTTB, típicamente en las inmediaciones del barrio. El último tramo hasta el usuario es a través de cable coaxial o par trenzado (xDSL). Habitualmente el área que cubre es de menos de 1500 metros de radio, puede dar servicio a unos cuantos miles de clientes (Si el radio es menor de 300 metros entonces la arquitectura es FTTC). Fibra hasta el nodo permite la entrega de servicios de banda ancha, tales como Internet y protocolos de comunicaciones de alta 18
velocidad como el acceso a banda ancha por cable coaxial (DOCSIS) o alguna forma de xDSL que normalmente se utiliza entre el nodo y los clientes. Las tarifas de datos varían según el protocolo exacto utilizado y de acuerdo a qué tan cerca del cliente está el nodo. FTTN a menudo utiliza la infraestructura de par trenzado o cables coaxiales existentes para proporcionar un servicio de última milla. Por esta razón, la fibra hasta el nodo es menos costosa de implementar. Sin embargo, a largo plazo, su potencial de ancho de banda es limitado en relación con las implementaciones que aporta la fibra a los abonados. (Furukawa, 2012).
Figura 2.7 Topología FTTN Fuente: http://sx-de-tx.wikispaces.com/FTTx
2.2.4 FTTH Conocida como fibra hasta el hogar, enmarcada dentro de las tecnologías FTTx, se basa en la utilización de cables de fibra óptica y sistemas de distribución ópticos adaptados a esta tecnología para la distribución de servicios avanzados, como el Triple Play: 19
telefonía, Internet de banda ancha y televisión, a los hogares y negocios de los abonados. La tecnología FTTH propone la utilización de fibra óptica hasta el domicilio del usuario. La red de acceso entre el abonado y el último nodo de distribución puede realizarse con una o dos fibras ópticas dedicadas a cada usuario (una conexión punto-punto que resulta en una topología en estrella) o una red óptica pasiva (del inglés Passive Optical Network, PON) que usa una estructura arborescente con una fibra en el lado de la red y varias fibras en el lado usuario.
Figura 2.8 Topología FTTH Fuente: http://sx-de-tx.wikispaces.com/FTTx
2.2.5 FTTC FTTC es un método de servicios de banda ancha de alta velocidad para negocios y hogares, acortando la distancia que viaja la 20
conexión de la línea de cobre. Esto se logra mediante la instalación de "DSLAM de la calle" que actúan como un cambio pequeño cerca de la casa o negocio. La conexión entre estos DSLAM Street y la central telefónica es de fibra (por lo tanto de fibra hasta el gabinete). El resto de la distancia entre el DSLAM calle y las instalaciones del cliente es el cobre, pero la distancia es lo suficientemente corto como para usar la tecnología VDSL (Very-high-bitrate de línea de abonado digital), que tiene una velocidad máxima de carga teórica de 10 Mbps y una velocidad de descarga de 40Mbps.
Figura 2.9 Topologia FTTC Fuente: http://sx-de-tx.wikispaces.com/FTTx
2.2.6 FTTB
FTTB (fibra hasta el edificio, también llamada fibra hasta el sótano) es una forma de prestación de comunicación de fibra óptica que necesariamente se aplica sólo a aquellas propiedades que 21
contienen viven múltiples o espacios de trabajo. La fibra óptica termina antes de que realmente llega a los suscriptores que viven o trabajan el espacio en sí, sino que se extiende a la propiedad que contiene ese espacio que viven o trabajan. La señal se transmite a la distancia final utilizando todos los medios no ópticos, incluyendo par trenzado, cable coaxial, conexión inalámbrica, la comunicación o la red eléctrica.
Figura 2.10 Topología FTTB Fuente: Fuente: http://sx-de-tx.wikispaces.com/FTTx
2.2.7 FTTP La fibra óptica hasta las instalaciones FTTP se refiere a un tipo de tecnología de telecomunicaciones donde se utilizan cables de fibra óptica para conectar el equipo de distribución que se encuentra más 22
cercano al usuario destinatario de la conexión directamente a la red principal de telecomunicaciones.
La diferencia entre FTTP y FTTH (Fiber To The Home) radica en que la conexiónFTTH tiene un alcance directo hasta el espacio físico donde se encuentra el destinatario final de la conexión (hogar, negocio, etc.) mientras que la conexión de tipo FTTP se realiza hasta "el equipo distribuidor más cercano" al destinatario, llegando hasta el lugar físico donde se encuentra el destinatario de la conexión por otros medios como pueden ser cable coaxial o par trenzado de cobre, entre otros.
Figura 2.11 Topología FTTP Fuente: http://sx-de-tx.wikispaces.com/FTTx
2.2.8 FTTD Conexión de fibra óptica se instala desde la sala de ordenadores 23
principales de un terminal o un convertidor de fibra media, cerca de la mesa de los usuarios.
Figura 2.12 Topología FTTD Fuente: http://sx-de-tx.wikispaces.com/FTTx
2.2.9 FTTA Diferente del modelo FTTB, la señal óptica transmitida por la prestadora de servicios pasa por un splitter óptico ubicado en la sala de equipos del edificio de atención, dividiéndose y transmitiéndose individualmente a cada departamento/oficina.
2.3 LA DIVISIÓN DE LA SEÑAL DE LA CENTRAL A LOS USUARIOS Se la realiza a través de splitters ópticos pasivos que dividen la señal entrante de entre 64 fibras diferentes. Para que no se produzcan interferencias entre los contenidos en canal descendente 24
y ascendente se utilizan dos longitudes de onda diferentes superpuestas utilizando técnicas WDM. Al utilizar longitudes diferentes es necesario, por lo tanto, el uso de filtros ópticos para separarlas. Finalmente, las redes ópticas pasivas han de estar ajustadas en función de la distancia entre el usuario y la central, el número de splitters y su atenuación; de tal manera, que para que el nivel luminoso que reciba cada ONU esté dentro de los márgenes, o bien se ajusta el nivel del láser o la atenuación de los splitters.
2.4 CANALES EN G-PON La Figura 2.13 muestra la división de los canales ascendentes y descendentes:
Figura 2.13 Canales ascendentes y descendentes Fuente: http://wikitel.info/wiki/GPON Canal descendente: En canal descendente, una red PON va desde el OLT hacia el ONU del usuario, en forma de red punto-multipunto donde la OLT envía una serie de contenidos que pasan por los divisores y llegan a las unidades ONU, cuyo objetivo es el de filtrar 25
los contenidos y enviar al usuario sólo aquellos que vayan dirigidos a él. Se utiliza TDM para enviar la información en diferentes instantes de tiempo. Canal ascendente: En canal ascendente una PON es una red punto a punto donde las diferentes ONUs transmiten contenidos a la OLT. Por este motivo también es necesario el uso de TDMA para que cada ONU envíe la información en diferentes instantes de tiempo, controlados por la unidad OLT. Al mismo tiempo, todos las ONU se sincronizan a través de un proceso conocido como "Ranging".
2.5 NORMAS, CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y ALCANCE DE G-PON GPON ofrece una estructura de trama escalable de 622 Mbps hasta 2,5 Gbps, así como soporte de tasas de bit asimétricas. La velocidad más utilizada por los actuales suministradores de equipos GPON
es
de
2,488
Gbps descendente y
de
1,244
Gbps ascendente. Sobre ciertas configuraciones se pueden proporcionar hasta 100 Mbps por abonado. La red de acceso es la parte de la red del operador más cercana al usuario final, por lo que se caracteriza por la abundancia de protocolos y servicios. El método de encapsulación que emplea GPON es GEM (GPON Encapsulation Method, Método de 26
Encapsulación GPON) que permite soportar cualquier tipo de servicio (Ethernet, TDM, ATM, etc.) en un protocolo de transporte síncrono basado en tramas periódicas de 125 us. GEM se basa en el estándar GFP (Generic Framing Procedure, Procedimiento Genérico de Encapsulado) del ITU-T G.7041, con modificaciones menores para optimizarla para las tecnologías PON. GPON de este modo, no sólo ofrece mayor ancho de banda que sus tecnologías predecesoras, es además mucho más eficiente y permite a los operadores continuar ofreciendo sus servicios tradicionales (voz basada en TDM, líneas alquiladas, etc.) sin tener que cambiar los equipos instalados en las dependencias de sus clientes. Además, GPON implementa capacidades de OAM (Operation, Administration and Maintenance, Operación, Administración y Mantenimiento) avanzadas, ofreciendo una potente gestión del servicio
extremo
a
extremo.
Entre
otras
funcionalidades
incorporadas cabe destacar: monitorización de la tasa de error, alarmas y eventos, descubrimiento y ranging automático, etc.
2.5.1 Multiplexación de la Información En sentido descendente como ascendente la información viaja en la misma fibra óptica. Para lo que se utiliza una multiplexación WDM (Wavelength Division Multiplexing). 27
2.5.2 WDM. Es una técnica de transmisión por fibra óptica. Consiste en multiplexar diferentes longitudes de onda en una simple fibra. Entonces el espectro óptico correspondiente a la región de bajas pérdidas en fibras, se divide en algún número de canales de pequeña capacidad. WDM posee la capacidad de transparencia, esto debido a que no existe proceso electrónico alguno en la red. Los canales actúan como si fueran fibras independientes. Esta propiedad hace posible el soporte de varios formatos de datos y servicios en forma simultánea en la misma red. Esto da paso al soporte para futuros protocolos de transmisión así como los ya existentes.
Figura 2.14 WDM Fuente: http://assets.newport.com/web600w-EN/images/1317319.gif
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2.5.3 TIPOS DE REDES WDM A continuación se citan algunos tipos de enlaces WDM.
Enlace WDM. Dada la capacidad de transportar varios canales ópticos en una fibra, un enlace WDM cumple la función de lo que antes hacían varias fibras en paralelo, reduciendo los costos.
Red óptica pasiva. Su principal característica es que la fibra se comparte entre una Oficina Central y Unidades de Red Óptica, entre las cuáles se establece una conexión bidireccional en estructura de árbol, con control centralizado y enrutamiento en la Oficina Central.
Redes de difusión y de selección. Los transmisores difunden su señal a diferentes canales. Los receptores pueden seleccionar la señal deseada. Generalmente se basan en topología estrella. Su principal desventaja es la poca capacidad de reutilización de longitudes de onda, por lo que resulta conveniente para redes de área local pero no de mayores alcances.
Redes de Enrutamiento por Longitud de Onda. Están compuestas por uno o varios nodos selectores de longitud de onda llamados enrutadores de longitud de onda y por fibras 29
que los interconectan. Cada uno de estos enrutadores tiene puertos de salida y entrada, los que se conectan a nodos terminales o bien a otros enrutadores. Toman sus decisiones de acuerdo al puerto y la longitud de onda de la señal de entrada. Dado que dos canales cualesquiera no comparten el mismo enlace de fibra en alguna parte de la red, éstos pueden utilizar la misma longitud de onda en redes de enrutamiento por longitud de onda. Esta reutilización de la longitud de onda implica una tremenda reducción de la cantidad de longitud de onda requerido para construir redes de área amplia. Dependiendo del diseño y componentes en uso, un enrutador de longitud de onda puede poseer distintas capacidades, como por ejemplo, enrutamiento estático o reconfigurable, proveer o no conversión de longitud de onda.
2.5.4 EVOLUCIÓN DE LA NORMALIZACIÓN GPON Conforme con los avances dados por la Comisión de Estudio 15 de la UIT-T, surge:
La Recomendación UIT-T G.984.1 (16 marzo 2003), describe las características generales de un sistema PON con capacidad de gigabits.
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La Recomendación UIT-T G.984.2 (16 marzo 2003), describe la especificación de la capa dependiente de los medios físicos PMD de una red de acceso óptico.
La enmienda 1 a la Recomendación ITU-T G.984.2 .aceptada el 17 de febrero de 2006.
La Recomendación UIT-T G.984.3 (22 febrero 2004), describe la especificación de la capa de convergencia de transmisión TC (Transmission Convergence), para transportar diversos servicios entre la interfaz usuario-red y la interfaz del nodo de servicios ya sean datos, video, circuitos arrendados, POTS y servicios distribuidos.
La enmienda 1 a la Recomendación UIT-T G.984.3 aprobada el 14 de julio de 2005.
La enmienda 2 a la Recomendación UIT-T G.984.3 aprobada el 29 de marzo de 2006.
La enmienda 3 a la Recomendación UIT-T G.984.3 aprobada el 14 de diciembre de 2006.
La Recomendación UIT-T G.984.41 (13 junio 2004), describe la especificación de la interfaz de control y gestión de la terminación de red óptica, abarca la gestión de configuración, la gestión de averías y la gestión
de calidad de
funcionamiento de dicha terminación óptica no solo para la 31
explotación del GPON sino también para diversos servicios, tales como las capas de adaptación ATM 1, 2 y 5, GEM (GPON Encapsulation Method), servicios de emulación de circuitos, servicios Ethernet, servicios de voz, multiplexación por división de onda, entre otros.
La enmienda 1 a la Recomendación UIT-T G.984.4 aprobada el 29 de junio de 2005.
La enmienda 2 a la Recomendación UIT-T G.984.4 aprobada el 29 de marzo de 2006.
La enmienda 3 a la Recomendación UIT-T G.984.4 aprobada el 14 de diciembre de 2006.
La Recomendación UIT-T G.984.5 (22 de septiembre 2007), describe la banda de ampliación de las redes de acceso óptico con capacidad de gigabits.
La Recomendación UIT-T G.984.61 (marzo 2008), describe mejoras en el alcance para redes ópticas pasivas con capacidad de gigabits. (GÓMEZ, 2008)
2.5.5 DESCRIPCIÓN DEL ESTÁNDAR GPON. Definido como una innovación del conjunto de estándares PON, la Red Óptica Pasiva con capacidad de Gigabit, GPON, es el más
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reciente miembro de esta familia, establecido en el 2004 con la creación de las recomendaciones ITU-T G.984.X. El estándar que se expone, permite manejar amplios márgenes de ancho de banda, para prestar servicios a nivel comercial y residencial, mejorando sus prestaciones en el transporte de servicios IP1 y con una nueva capa de transporte diferente, el envío de la señal en forma ascendente y descendente con rangos de 1.244Gbps para el primer caso y de 2.488Gbps para el segundo ya sea de forma simétrica o asimétrica llegando bajo ciertas configuraciones a entregar hasta 100Mbps por usuario. Entre las principales diferencias que se presentan sobre sus antecesores, están:
Soporte completo para voz (TDM Time Division Multiplexing , SONET Synchronous Optical Network y SDH Synchronous Digital
Hierarchy ),
Ethernet
(10/100
Base
T),
ATM
( Asynchronous Transfer Mode).
Alcance nominal de 20Km con un presupuesto de 60Km dentro de las recomendaciones establecidas.
Soporte
de
varias
velocidades,
las
indicadas
para
APON/BPON y EPON.
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Alto nivel de funciones de Operación, Administración, Mantenimiento
y
Suministro
OAM&P
(Operation,
Administration, Maintenance and Provisioning ), de principio a fin en el manejo de los servicios.
Seguridad en el tráfico debido a la operación en modo de radiodifusión para la transmisión en modo descendente heredado del estándar PON
Los sistemas GPON se encuentran formados, en general, por un sistema de Terminación de Línea Óptica (OLT) y una Unidad de Red Óptica (ONU) o en su defecto una Terminación de Red Óptica (ONT) con una Red de Distribución Óptica (ODN) que las interconecta.
Se consideran las características básicas de cualquier estándar de este tipo, como la multiplexación, el esquema de transporte, las etapas y componentes del sistema, las características de los equipos que actualmente se están normalizando para su interoperabilidad entre diferentes marcas comerciales y los servicios específicos a prestar.
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Dado que se trata de una red pasiva, el alcance de la señal está restringido por las características de potencia máxima y mínima de los equipos terminales. En base a las adaptaciones tomadas por los fabricantes, el alcance de la señal llega a ser comúnmente de 20Km.
Para la conexión entre la OLT y las diferentes ONT, se las enlaza por medio de fibra óptica, con señales asignadas en diferentes longitudes de onda, para evitar colisiones en el envío de datos ya sea de forma ascendente o descendente. La función que tienen los divisores ópticos principalmente, es repartir y destinar la señal proveniente desde la OLT hacia los terminales ópticos en una cantidad de hasta 64 ONT.
2.6 TECNOLOGÍAS Y PROTOCOLOS UTILIZADOS POR LAS REDES GPON. En la transmisión de la información se cuenta con la aprobación del uso de la tecnología TDM (Time Division Multiplexing) para el envío descendente de la información con períodos de transmisión fijos y TDMA (Time Division Multiple Access) en sentido ascendente, que posibilita la ausencia de colisiones como se anotó con anterioridad. Debido a la topología en árbol de la red GPON, se utiliza 35
broadcasting para enviar la señal a todos los miembros de la red, que cuentan con la capacidad de discriminar los datos hacia el correspondiente ONT, utilizando técnicas de seguridad como el Estándar de Encriptación Avanzada AES (Advanced Encryption Standard), brindando mayor confiabilidad.
Además, utiliza de forma eficiente el ancho de banda al disponer de éste en los instantes en el cual hay tráfico y ampliando la capacidad de los usuarios en forma individual gracias a la técnica conocida como Asignación Dinámica del Ancho de Banda DBA (Dynamic Bandwidth Allocation).
En el transporte de datos, se ha optado por la aplicación de protocolos usados en estándares previos a GPON como lo es ATM (Asynchronous Transfer Mode) Modo de Transferencia Asíncrona y GEM (GPON Encapsulation Method), Método de Encapsulación GPON que resulta de una adaptación del estándar GFP (Generic Frame Procedure) definido en la recomendación ITU-T G.7041.
2.6.1 DBA Dynamic Bandwidth Allocation La Asignación Dinámica de Ancho de Banda (DBA), es una técnica por la cual el ancho de banda de un medio de comunicación 36
compartido puede ser asignado de forma adecuada y dependiendo de la necesidad entre diferentes usuarios. Es una forma de manejo de ancho de banda y es básicamente igual a la multiplexación estática, donde la compartición de un enlace se adapta de alguna forma para la demanda del tráfico instantáneo de los nodos conectados a dicho enlace.
Su funcionalidad rescata algunas de las opciones de redes compartidas cuando varios usuarios pertenecientes a una red no se hallen conectados, aquellos que si lo están se benefician con una mayor capacidad para la transmisión de datos, dando cabida a esa información en los intervalos no utilizados del ancho de banda.
Figura 2.15 Dynamic Bandwidth Allocation Fuente:https://www.ibm.com/developerworks/community/wikis/home?lang=en#!/wiki/ Tivoli+Endpoint+Manager/page/Bandwidth+Throttling
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2.6.2 ATM Asynchronous Transfer Mode ATM es una tecnología de transmisión de datos digital, implementado como un protocolo de red por conmutación de paquetes de tamaño fijo, con la ventaja sobre IP o Ethernet en el aprovechamiento de las cualidades de la conmutación de circuitos y de paquetes para la transmisión en tiempo real de la información, en un modelo de conexión orientada con el establecimiento de un circuito virtual entre los puntos de enlace previo al intercambio de datos. Se considera a este protocolo, como base de funcionamiento en tecnologías como SONET y SDH en la estructura central (backbone) de la red pública conmutada de telefonía PSTN (Public Switched Telephone Network).
Figura 2.16 Asynchronous Transfer Mode Fuente: http://www.centurylink.com/wholesale/pcat/datm.html 38
2.6.3 GEM GPON Encapsulation Method Se trata de la innovación en el protocolo de encriptación definido por la ITU-T G.984.3, el mismo que resulta una evolución del protocolo de entramado genérico GFP, que define las maneras de encapsular la información de longitud variable de diversas señales, para transportarlas por redes SDH (Jerarquía Digital Síncrona) u OTN (Oracle Technology Network). El método de encapsulación que emplea GPON permite soportar cualquier tipo de servicio (Ethernet, TDM, ATM, etc.) por lo que es un protocolo de transporte síncrono basado en tramas periódicas de 125 ms. Al ser una adaptación de GFP,
con modificaciones
menores para optimizarla para las tecnologías PON de manera que no sólo ofrece mayor ancho de banda, sino también más eficiencia y la posibilidad de permitir a las redes continuar ofreciendo sus servicios tradicionales sin tener que cambiar los equipos instalados en las dependencias de sus clientes En el protocolo GEM el tráfico se transporta mediante el protocolo de convergencia de transmisión GPON GTC (GPON Transmission Convergence) de forma transparente. En sentido ascendente, es decir, desde la OLT hacia la ONU se utiliza una partición de cabida útil GEM. La estación OLT atribuye la duración que se necesite en sentido descendente, hasta incluir toda la trama descendente. 39
La subcapa de entramado de la ONU filtra las tramas entrantes en base al identificador de puertos (Port-ID) entregando las tramas adecuadas al cliente GEM de la ONU adecuada. El adaptador OMCI del equipo ONU es el responsable del filtrado y encapsulado de células o tramas en sentido descendente y la encapsulación de las unidades de datos de protocolo PDU (Protocol Data Unit) en sentido ascendente. De manera anexa el adaptador OMCI de la estación realiza el filtrado y desencapsulado de las células y las tramas en sentido ascendente, también es el responsable de encapsular las PDU de 48 bytes procedentes de la lógica de control OMCI en el formato adecuado para su transporte hacia la ONU. (CHÁVEZ, 2010)
Figura 2.17 GPON Encapsulation Method Fuente: http://m.eet.com/media/1060316/gpon-fig2a.gif 40
3 ASPECTOS ECONÓMICOS La redes GPON basados en el despliegue de la fibra óptica hasta los hogares o FTTH, permite tener las mejores prestaciones que una red de transporte y acceso podría ofrecer, pero esta tecnología tiene un costo elevado en cuanto al tiempo de implementación, mantenimiento y el personal calificado para operar la red, esto hace que los costos incrementen en relación a otras redes con mayor despliegue. Pero la tendencia de las operadoras hace que el mercado sea competitivo por cuanto las tarifas para la tecnología FO tendrán a decrementar. En las siguientes gráficas se muestran la operadoras principales del país y sus planes y tarifas.
Figura 3.1 Valor de instalaciones FO en Claro Fuente: Creado por el autor
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Figura 3.2 Valor de instalaciones FO en Claro Fuente: Creado por el autor
Figura 3.3 Valor de instalaciones FO en CNT Fuente: Creado por el autor
Figura 3.4 Valor de instalaciones FO en Netlife Fuente: Creado por el autor 42
4 CONCLUSIONES La red óptica pasiva o GPON es uno de los estándares más tentadores a la hora de ofrecer una conexión con FO en áreas metropolitanas ya que divide la señal óptica entre varios abonados a través de una red de fibra completamente pasiva. La red GPON ofrece una capacidad de 2,5 Gbps downstream y 1,25 Gbps upstream compartidos por cada uno de los abonados sobre distancias de hasta 20 km. Este utiliza un protocolo GEM que va a permitir soportar cualquier tipo de servicio (Ethernet, TDM, ATM, etc.) con baja sobrecarga y con esto aprovecharíamos el máximo del ancho de banda tanto de un extremo al otro. Esta red óptica pasiva soportara tanto servicios síncronos (voz y vídeo) mediante Multiplexación en el tiempo con un alcance de 750m a 2.7km, con esto resultaría ideal para el incremento de los datos y con como para la oferta triple play. Hay que tener en cuenta los precios que varían según las operadoras no se puede que la operadora que ofrece a menor precio vamos a tener algún problema con la FO todo es márquetin para poder atraer a los clientes a utilizar sus servicios.
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5 GLOSARIO AES:
Advanced Encryption Standard, Estándar Avanzado de
Encriptación.
APON: Asynchronous Transfer Mode over Passive Optical Network. APON: ATM-PON, Asynchronous Transfer Mode PON, Modo de Transferencia Asíncrona PON.
BPON: Broadband PON - Red Óptica Pasiva de Banda Ancha. CST-GGS: Cold Start Topology-GPON Guess System. CNT: Corporación Nacional de Telecomunicaciones. DFB: Láser de Retroalimentación Distribuida, Distributed FeedBack Laser.
DBA:
Dynamic Bandwidth Allocation, Ubicación Dinámica del
Ancho de Banda.
DSL:
Digital Subscriber Line, Línea Digital de Abonado
EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier. EFM:
Ethernet First Mile.
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FDM:
Frequency Division Multiplexing, Multiplexación por
División de Frecuencia.
FTTB: Fiber To The Building, Fibra Hasta El Edificio. FTTH: Fiber To The Home, Fibra Hasta El Hogar. FTTC: Fiber To The Curb, Fibra Hasta La Acera. FTTN: Fiber To The Node, Fibra Hasta El Nodo. FEC:
Forward Error Correction, corrección de errores hacia
adelante
F.O.:
Fibra Óptica
GEM:
GPON Encapsulation Method, Método de Encapsulación
GPON
GPON: Gigabit-capable Passive Optical Network, Red Óptica Pasiva con Capacidad de Gigabit
IRED: Infra-Red Emitting Diode IP:
Internet Protocol, Protocolo de Internet
ITU-T:
International
Telecommunications
Union
–
Telecommunication Sector 45
IEEE:
The Institute of Electrical and Electronics Engineers,
Instituto de Ingenieros Eléctricos y electrónicos
OTDR: Optical Time Domain Reflectometer, Reflectómetro Óptico en el Dominio Tiempo
OSI: Open System Interconnection, Interconexión de Sistemas Abiertos).
OLT:
Optical Line Terminal, Unidad Óptica Terminal de Línea
PERB: Protocol Evaluator Rule Based PON: Passive Optical Network, Red Óptica Pasiva PLOAM: Physical
Level
Operations,
Administration,
and
Maintenance, Niveles de Operación Físicos, de Administración y de Mantenimiento
PMD:
Polarization Mode Dispersion
QoS: Quality of Service, Calidad de Servicio RF: Radio Frecuencia SOAs: Semiconductor Optical Amplifier, Amplificador Óptico de Semiconductor 46
TDMA: Time Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Tiempo
UV LED: UltraViolet Light-Emitting Diode SDMA: Space Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Espacio
VCSEL: Láser Emisor de Superficie de Cavidad Vertical, VerticalCavity Surface-Emitting Laser
WDM: Wavelength Division Multiplexing, Multiplexación por División de Longitud de Onda
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