UNIVERSIDAD DEL VALLE
Facultad de informática y electrónica INGENIERÍA ELECTRONICA EXPOSICIóN “conexión GPon” MATERIA:
Sistemas de Comunicación II
INTEGRANTES:
-
Luis Mayta Dana Chuquimia Isnado Jose Gabriel Plantarosa Lopez
FECHA DE ENTREGA: 15 de Octubre de 2018 DOCENTE:
Ing. Edwin Ibarra García
GESTION:
2/2018
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1.
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ ............................................................................................................... 3 1.1.
HISTORIA .................................................................................................................... ................................................................................................................... 4
1.2.
VENTAJAS .................................................................................................................. 5
1.3.
EN LA ACTUALIDAD ................................................................................................. ................................................................................................ 6
1.4.
CONCEPTO DE FTTX EN GPON ....................................................................... 6
2.
ESTRUCTURA .................................................................. ......................................................................................................................... ....................................................... 6
2.1.
OLT (OPTICAL LINE TERMINATION) .................................................................... ................................................................... 6
2.2.
ONT (OPTICAL NETWORK TERMINATION) T ERMINATION) ....................................................... 8
2.3.
MDU (MULTI DWELLING UNIT) .................................. ........................................................................... .......................................... 11
2.3.1.
MDU XDSL ............................................................................................................ ........................................................................................................... 11
2.3.2.
................................................. ...... 12 MDU CON INTERFACES FAST O GIGA ETHERNET ...........................................
2.4.
CAJA TERMINAL PARA FIBRA............................................................. ................................................................................. .................... 12
2.5.
EPON OLT ..................................................................................................................... .................................................................................................................... 13
2.6.
............................................................................................................ 14 PLC SPLITTER .............................................................................................................
3.2.1.
DOWNSTREAM EN GPON(DATOS DE BAJADA) ................... ......... ................... ............. .... 18
3.2.2.
UPSTREAM EN GPON(DATOS DE SUBIDA) .................. ......... .................. .................. ............ ... 19
3.3.
............................................... 20 CARACTERISTICAS QUE DEBEN CUMPLIR ................................................
3.3.1.
MULTIPLEXACIÓN DE LA INFORMACIÓN ................................................ 20
3.3.2.
POTENCIA Y ALCANCE ................................................................................. ................................................................................ 20
3.3.3.
SENTIDO DESCENDENTE DESCENDENTE – BROADCAST ............................................... .............................................. 20
3.3.4.
SENTIDO ASCENDENTE – TDMA ............................................................... 21
3.3.5.
IDENTIFICACIÓN DE USUARIOS ................................................................ 21
3.3.6.
CONFIGURACIÓN REMOTA DE LAS ONT ................................................ 21
3.3.7.
PROTOCOLOS DE ENLACE ......................................................................... 22
3.3.8.
IMPLEMENTACIÓN MULTICAST ................................................................. 22
TABLA N° 1 - PRINCIPALES PARÁMETROS PARÁMETROS ................................................................ 23
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1. INTRODUCCIÓN El ITU-T (International Telecommunications Union – Telecommunication sector) empezó a trabajar sobre GPON en el año 2002. La principal motivación de GPON era ofrecer mayor ancho de banda, mayor eficiencia de transporte para servicios IP, y una especificación completa adecuada para ofrecer todo tipo de servicios. GPON está estandarizado en el conjunto de recomendaciones ITU-T G.984.x (x = 1, 2, 3, 4). Las primeras recomendaciones aparecieron durante el año 2003 y 2004, y ha habido continuas actualizaciones en años posteriores. Aunque mucha de la funcionalidad que no está relacionada con GPON se conserva respecto a sus tecnologías predecesoras, principalmente BPON, tal y como mensajes OAM, DBA, etc, GPON se basa en una capa de de transmisión t ransmisión completamente nueva. 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 downstream y de 1,244 Gbps upstream. 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) que permite soportar cualquier tipo de servicio (Ethernet, TDM, ATM, etc.) en un protocolo de transporte síncrono basado en tramas periódicas de 125 ms. GEM se basa en el estándar GFP (Generic Framing Procedure) 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.
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Además, GPON implementa capacidades de OAM (Operation Administration and Maintenance) 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.
Los usuarios de telecomunicaciones telecomunicaciones ya están cansados cansados de tanta competición en ancho de banda entre operadores, lo que demandan es una competición en servicios innovadores.
Entre las tecnologías tecnologías más interesantes que que están permitiendo esta esta convergencia cabe destacar en la parte del bucle de abonado a GPON, la tecnología de acceso mediante fibra óptica con arquitectura punto a multipunto más avanzada en la actualidad.
La fibra de óptica es el medio de de transmisión más avanzado avanzado y el único capaz de soportar los servicios de nueva generación, como televisión de alta definición.
1.1. HISTORIA
A finales de los años 90, PON comenzó a ser considerado tanto por las operadoras como por los suministradores como una interesante solución para ofrecer acceso de fibra óptica hasta los usuarios residenciales.
el FSAN (Full Service Access Network) (Red de acceso de servicio completo)
En 1998, APON (ATM PON) fue la primera primera especificación especificación concebida concebida por el FSAN. APON tuvo un notable éxito en cuanto a despliegue comercial, pero carecía de la capacidad requerida para ofrecer vídeo. Sus velocidades iniciales eran de 155 Mbps, aunque se mejoró posteriormente para soportar hasta 622 Mbps.
(ATM)El modo de transferencia asíncrona.
En 2001, el FSAN presenta presenta BPON (Broadband PON), una tecnología que también se basa en ATM, con el problema de costes y complejidad que ello supone, pero introduce una longitud de onda adicional para
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transportar vídeo RF. Mientras BPON estaba siendo desplegado, con un gran éxito en Japón y EEUU, se definían EPON y GPON.
EPON (Ethernet PON) era definido en 2004 2004 por el grupo EFM (Ethernet First Mile) del IEEE como la técnica PON de nueva generación que, influenciada por la tecnología Gigabit Ethernet existente, permitía a los suministradores de equipos lanzar rápidamente al mercado equipos de mayores anchos de banda a precios más competitivos.
Unos meses antes antes que EPON, también también en 2004, se terminaba terminaba de definir GPON (Gigabit Passive Optical Network) Red óptica pasiva en Gigabit.
El estándar incluye varias varias velocidades de línea de hasta 2,488 Gbps simétricas y asimétricas. Con una menor sobrecarga de codificación y tiempos de guarda menores, el ancho de banda neto de GPON es mucho mayor que el de EPON. Además de transportar tráfico de datos nativo, GPON también es capaz de transportar eficientemente otros servicios
1.2. VENTAJAS
mayores anchos anchos de banda, banda, mayores distancias desde la central hasta hasta el abonado, mayor resistencia a la interferencia electromagnética, mayor seguridad, menor degradación de las señales
Menor consumo eléctrico, menor espacio, menos puntos de fallo.
La obra civil civil a realizar realizar para el tendido tendido de fibra fibra puede verse verse reducido a partir de innovadoras alternativas.
NTT Japón
Verizon en Estados Unidos
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1.3. EN LA ACTUALIDAD Los Gobiernos de todas las naciones reconocen la necesidad de desplegar redes de fibra óptica para mejorar la competitividad de sus economías. Los principales operadores de telecomunicaciones del mundo, incluida Telefónica, también han comenzado el despliegue de GPON. Los principales suministradores de equipos de telecomunicación (AlcatelLucent, Ericsson, Huawei, Nokia-Siemens, ZTE, etc.) ofrecen soluciones GPON. Todo esto da muestras del prometedor futuro de esta tecnología emergente.
1.4. CONCEPTO DE FTTX
EN GPON
El acrónimo FTTx es conocido ampliamente como Fibre-to-the-x, donde x puede denotar distintos destinos. Los más importantes son: -
FTTH (home), (home), o fibra hasta el hogar hogar la fibra llega llega hasta la casa casa u oficina del abonado.
-
FTTB (building) (building) la fibra termina antes, típicamente típicamente en el interior o inmediaciones del edificio de los abonados.
-
FTTN (node) (node) la fibra termina más lejos lejos de los abonados abonados que en FTTH FTTH y FTTB, típicamente en las inmediaciones del barrio.
-
La elección de una arquitectura u otra dependerá fundamentalmente del coste unitario por usuario final y del tipo de servicios que quiera ofrecer el operador.
2.1. OLT (OPTICAL LINE TERMINATION) Es el elemento activo situado en sitio central de equipamiento. De él parten las fibras ópticas hacia los usuarios (cada OLT suele tener capacidad para dar servicio a varios miles de usuarios) Este equipo agrega el tráfico proveniente de los clientes y lo encamina hacia la red la red de agregación. Realiza agregación. Realiza funciones de router de router para poder ofrecer todos los servicios demandados por los usuarios.
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Imagen N°1 – OLT GPON Esta serie cuenta con el primer terminal de línea óptica (OLT) de agregación de la industria; integra capacidades ultraelevadas de agregación y conmutación, admite una capacidad de panel de interconexión posterior de 3,2 T, una capacidad de conmutación de 960 G, 512 000 direcciones MAC y un máximo de 44 canales de acceso 10 GE o 768 puertos GE.
Imagen N° 2- small OLT GPON
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2.2. ONT (OPTICAL NETWORK TERMINATION) La ONT La ONT (Optical Network Termination) es el elemento situado en casa del usuario que termina la fibra óptica y ofrece las interfaces de usuario. Estos interfaces han evolucionado del fast del fast ethernet al gigabit al gigabit ethernet a la par que las velocidades ofrecidas a los usuarios. Actualmente no existe interoperabilidad entre elementos, por lo que debe ser del mismo fabricante que la OLT. Se está trabajando para conseguir la interoperabilidad entre fabricantes, lo que permitiría abrir el mercado y abaratar precios (situación actualmente conseguida por las tecnologías XDSL) tecnologías XDSL)..
Imagen N°3 - equipo ONT
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Imagen N°3 – FTTH 4 Port Fiber ONU Mdu Gpon Modem Ont con WiFi IPTV
El terminal de red óptica (ONT) es un módem óptico que se conecta al punto de terminación con un cable óptico. Se utiliza en las instalaciones del consumidor para conectarse a la red PON en un lado e interactuar con el usuario en el otro. Los datos recibidos del cliente final son enviados, agregados y optimizados por la ONT a la OLT ascendente. ONT también se conoce como unidad de red óptica (ONU). ONT es un término de UIT-T, mientras que ONU es un término IEEE. Ambos se refieren al equipo del lado del usuario en la red GPON. Una diferencia entre ellos podría ser la ubicación de la aplicación. La ONU puede trabajar en diferentes temperaturas y condiciones climáticas
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Imagen N°4 - Detalle de los conectores de una ONT
Imagen N°5 - Optical Network User (ONU) en una terminal de abonado.
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En el caso de las ONTs de exterior, deben estar preparadas para soportar las inclemencias meteorológicas y suelen estar equipadas con baterías. Existe una gran variedad de ONTs, en función de los servicios que se quieran ofrecer y las interfaces que ofrezcan al usuario: Interfaces que pueden alcanzar velocidades de hasta 1 Gbit/s. Se suelen utilizar en usuarios residenciales y empresas para ofrecer servicios de conectividad a Internet e IPTV. e IPTV. Interfaces RJ11, que se utilizan para conectar teléfonos analógicos y ofrecer servicios de voz. Interfaces E1 o STM-1, para dar servicios específicos de empresa. Es fundamental para el desarrollo del mercado diseñar un estándar de interoperabilidad entre diferentes fabricantes de OLTs y ONTs, donde un estudio de 2013 mostró que interoperabilidad era el segundo criterio de selección en importancia (31%) después de precio (41%).
2.3. MDU (Multi Dwelling Unit) Permite ofrecer servicio a múltiples usuarios, frente a las ONTs que dan servicio a un único cliente. Existen varios modelos de MDU entre los que destacan estos dos:
2.3.1. MDU XDSL Termina la fibra óptica que llega de la central telefónica. Utiliza tecnología XDSL tecnología XDSL para ofrecer servicios a los usuarios. Van integrados dentro de un armario, que se ubica en una zona común del edificio, con fácil acceso a los pares de cobre que llegan a los pisos. La ventaja fundamental que ofrecen respecto a las ONTs es que permiten aprovechar las redes verticales de cobre que existen en los edificios. La desventaja es que tienen todas las limitaciones de las tecnologías xDSL.
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Están equipadas con una gran cantidad de interfaces ethernet y permiten dar servicio a un edificio que esté cableado con cable UTP o a una empresa.
Imagen N°6 – caja de fibra
2.4.
Caja Terminal para Fibra
Esta caja terminal o de distribución, que permite la entrada de cables.
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Imagen N°7 – EPON OLT
2.5.
Epon Olt
Proporciona una solución rentable para la prestación de servicios triple play a largas distancias en áreas residenciales rurales, junto con potentes capacidades de enrutamiento y conmutación. Se puede usar como parte de un anillo de transporte tr ansporte concentrado o como una OLT agregada independiente para hasta 2.560 ONU en una proporción de división di visión de 1:64.
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Imagen N°8 – plc Splitter
2.6. Plc Splitter Utiliza principalmente la tecnología de red PON, que requiere una gran cantidad de divisores ópticos de bajo costo y otros componentes ópticos pasivos. El dispositivo divisor óptico es una parte integral de la red FTTH. Y con la promoción de FTTH, habría una mayor demanda en el mercado. La preparación tradicional de la tecnología de divisor óptico es la tecnología de cono bicónico de fusión de fibra (FBT). Sus características son tecnología madura y simple. La desventaja es que los asignados y el tamaño del dispositivo son demasiado grandes, lo que causó la disminución del rendimiento y el costo creciente de un solo canal. Por lo tanto, las técnicas de preparación de divisores de fibra óptica basados en la tecnología FBT no han podido adaptarse a la demanda del mercado.
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3. Funcionamiento En un enlace de conexión GPON se hace mediante un dispositivo que se encuentra en la central de la operadora telefónica llamado OLT (Optical Line Terminal) y el dispositivo que se coloca en nuestra casa llamado ONT (Optical Node Terminal). También al ONT se le puede denominar ONU (Optical Network Unit).
Imagen N° 9 - operadores ONT Entre medio es necesario colocar unos divisores de fibra que se llaman splitters. Son elementos pasivos, es decir, se limitan a agrupar o desagregar las diferentes fibras pero no a amplificar la señal o a modificarla.
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Imagen n°10 -spliterr 1x(2,4,8,16,32,64)
Imagen n° 11 -spliterr 1x(32) para armario
Así de esta manera en las centralitas de las distintas operadoras telefónicas se encuentra alojado el OLT y mediante los diferentes splitters la fibra se va GPON
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subdividiendo en más líneas hasta llegar a la casa del usuario final donde se instala el ONT/ONU.
Imagen N° 12 -arquitectura de una conexión de fibra
Imagen N°13 – estructura básica de GPON
Como se puede ver en el esquema de una arquitectura típica GPON, la fibra que sale del OLT se va dividiendo a través de los splitters de primer nivel en nuevas redes de fibra. A su vez estas fibras se vuelven a subdividir en más GPON
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fibras en los de segundo nivel y así sucesivamente hasta llegar al último punto de conexión que es el ONT que ese encuentra en la casa o empresa del abonado. El despliegue de este tipo de red es muy barato ya que un OLT de una operadora puede dar servicio a muchos ONTs a la vez (hasta 64 ONTs).
3.1.
MULTIPLEXACION
La multiplexación consiste en combinar dos o más canales de información en uno
solo.
Hay muchos
tipos
de multiplexación pero GPON utiliza
WDM (Wavelength División Multiplexing) y quiere decir multiplexación por división de longitud de onda, es decir, multiplexa o superpone varias longitudes de onda en una sola fibra usando un haz de luz láser o LED. WDM es bidireccional y los datos de subida (upstream) y los de bajada (downstream) comparten la misma fibra, en varios casos enviaremos datos, voz y vídeo simultáneamente.
3.2.
Movilización de datos
3.2.1. Downstream en GPON(datos de bajada)
Los paquetes son transmitidos desde el OLT en modo broadcast TDM (Time Division Multiplexing).
En TDM siempre se está emitiendo con un periodo temporal fijo, independientemente de que haya datos disponibles o no.
Todos los datos se transmiten a todas las ONTs y los splitters se limitan a replicar los datos.
Cada ONT filtra los datos y se queda sólo con los que van dirigidos a su usuario. El resto de los datos son desechados porque corresponden a otros abonados.
Los datos van cifrados para que una ONT no pueda leer los datos de otro usuario.
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Imagen n° 13 - datos de bajada en gpon (tdm)
3.2.2. Upstream en GPON(datos de subida)
Los paquetes son enviados por el ONT en modo TDMA (Time División Múltiple Access).
Los datos van desde el el ONT de cada abonado al OLT de la operadora. operadora. Los datos de todos usuarios de juntan en el splitter.
En TDMA el ONT sólo sólo se transmite cuando cuando es necesario para que que no se produzcan colisiones al enviar los datos al OLT.
El
OLT es el que indica al ONT cuándo debe emitir para que no se
produzcan estas colisiones y debe saber la distancia de todas las ONTs para tener en cuenta el tiempo tiem po de llegada de cada una.
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Imagen n° 14- datos de subida en gpon(tdma) gpon(tdma)
3.3.
CARACTERISTICAS QUE DEBEN CUMPLIR
3.3.1. Multiplexación de de la Información Tanto el sentido descendente como el ascendente viajan en la misma fibra óptica. Para ello se utiliza una multiplexación WDM (Wavelength Division Multiplexing).
3.3.2. Potencia y Alcance El alcance de un equipo viene dado por la atenuación máxima que es capaz de soportar sin perder el servicio. La atenuación máxima soportada por un sistema vendrá dada por la potencia máxima garantizada por la OLT (Optical Line Terminal) menos la potencia mínima que es capaz de percibir la ONT (Optical Network Units). El estándar GPON define diferentes tipos de láseres.
3.3.3. Sentido Descendente – Broadcast Todos los datos se transmiten a todas las ONTs (el splitter es un elemento pasivo que simplemente replica los datos de la entrada en todas las salidas). Cada ONT filtra los datos recibidos (sólo se queda con aquellos que van dirigidos hacia él). Tiene el problema de que el operador/usuario puede querer
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confidencialidad de los datos, lo cual se soluciona mediante cifrado de los datos.
3.3.4. Sentido Ascendente – TDMA Se utiliza tecnología conceptualmente similar a TDMA (Time Division Multiple Access). La OLT controla el canal ascendente, asignando ventanas de tiempo a las ONT. Se requiere un control de acceso al medio para evitar colisiones y para distribuir el ancho de banda entre los usuarios. Al ser el splitter óptico un elemento pasivo, es necesaria la perfecta sincronización de los paquetes ascendentes que le lleguen, para que sea capaz de formar la trama GPON. Es por ello necesario que la OLT conozca la distancia a la que están las ONTs para tener en cuenta el retardo.
3.3.5. Identificación de Usuarios Usuarios Todos los elementos situados entre OLT y ONT (fibra óptica, splitters, repartidores y conectores) son elementos pasivos, que no requieren alimentación eléctrica pero no "responden" tampoco. Esto implica que la OLT necesita un mecanismo que le permita identificar a cada uno de los usuarios que tiene conectados a una misma fibra. Para ello se ha creado un elemento denominado número de serie de ONT, que debe estar configurado tanto en la OLT como en la ONT. La OLT debe tener un registro de los números de serie de ONT de todos los usuarios y a qué puerto pertenecen (de qué fibra cuelgan). El número de serie está compuesto por 8 bytes (64 bits). Los primeros 4 bytes identifican al fabricante y los 4 siguientes a la ONT propiamente dicha. Para que sea más manejable, se suele convertir el número a ASCII (8 caracteres ASCII) o a hexadecimal a hexadecimal (16 caracteres hexadecimales).
3.3.6. Configuración Remota de las ONT Uno de los principales problemas que se ha intentado resolver en la tecnología GPON ha sido el conseguir gestión remota del equipamiento de usuario, ya que cada visita a casa del cliente supone un elevado coste económico. Esto permite reducir los costes operativos.
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Para ello, dentro de la norma GPON se ha desarrollado un protocolo denominado OMCI denominado OMCI (ONT Management and Control Interface) según la recomendación G.984.4 de la ITU-T. la ITU-T. Este protocolo permite la configuración remota de las ONTs. Para cada ONT se establece un canal de gestión entre OLT y ONT. Incluye gestión, rendimiento, monitorización de alarmas, fallos y prestaciones. El protocolo OMCI es uno de los aspectos fundamentales para garantizar la interoperabilidad entre fabricantes. Hay diversos mecanismos de transmisión de la información OMCI.
3.3.7. Protocolos de Enlace La norma GPON contempla dos posibilidades referentes a los protocolos de enlace que se pueden utilizar:
ATM: es ATM: es el utilizado por APON y BPON, por lo que es una solución continuista.
GEM (GPON Encapsulation Method): se trata de un nuevo protocolo definido por la G.984s para en GPON.
A pesar de existir las dos posibilidades, los fabricantes se han decantado por implementar solamente la solución GEM. La pila de protocolos quedaría de la siguiente manera: Ethernet manera: Ethernet sobre GEM, y éste sobre sobre TDM TDM/TDMA /TDMA
3.3.8. Implementación Multicast GPON es una tecnología punto a multipunto, en el que todos los usuarios reciben la misma información, pero sólo se quedan con la que está dirigida a ellos. Si dos usuarios piden el mismo canal de televisión. Multicast es un protocolo de red utilizado para la difusión de televisión, debido a que optimiza los flujos de datos a través de la red. No confundir con el servicio de de video bajo demanda. demanda. Este protocolo, está integrado en las ONTs, OLT y decodificadores. El estándar GPON se ha diseñado para que una parte de la trama GPON esté dedicada al tráfico multicast, tráfico multicast, de tal manera que sea accesible por todos los usuarios. Esta es la manera de conseguir enviar una sola copia de cada canal independientemente de los usuarios que la estén solicitando. GPON
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3.4.
Servicios que ofrece
GPON es un estándar muy potente pero a la vez muy complejo de implementar que ofrece:
Soporte global multiservicio: incluyendo voz (TDM, SONET, SDH), SDH), Ethernet 10/100 Base T, ATM, T, ATM, Frame Frame Relay y muchas más.
Alcance físico de 20 km. Soporte para varias tasas de transferencia, incluyendo tráfico simétrico de 622 Mbit/s, tráfico simétrico de 1.25 Gbit/s y asimétrico de 2.5 Gbit/s en sentido descendente y 1.25 Gbit/s en sentido ascendente.
Importantes facilidades de gestión, operación y mantenimiento, desde la cabecera OLT al equipamiento de usuario ONT.
Seguridad a nivel de protocolo (cifrado) debido a la naturaleza multicast del protocolo.
Tabla N° 1 - principales parámetros Flujo de Flujo de Protocolo Arquitectura bajada de subida de Splitter Estándar pico pico
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2.5 Gbit/s
1.25 Gbit/s
1x128
Organismo
ATM G.984 ITU-T
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4. Bibliografía - http://www.multicablenetwork.com/2018/03/22/olt-gpon/ - http://www.fiber-optical-networking.com/functions-ont-olt-gponnetwork.html - http://electritel.ec/blog/arquitectura-de-las-redes-gpon-ftth - https://es.wikipedia.org/wiki/GPON - https://naseros.com/2017/03/13/como-funciona-una-conexion-de-fibragpon-y-ftth/ - https://wpxftth.en.made-in-china.com/product/kNsEDrUHgJcV/ChinaFTTH-4-Port-Fiber-ONU-Mdu-Gpon-Modem-Ont-with-WiFi-IPTV.html - http://www.multicablenetwork.com/2018/03/22/onu/
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