Nuevas redes GPON – Redes opticas ¡¡pasivas!! con capacidad de Gigabit

INTRODUCCION
En los últimos años, la Sociedad de la Información ha experimentado un
rápido desarrollo, debido, en gran parte, a la mayor competitividad impulsada
por la desregulación del Mercado de las Telecomunicaciones y a la aparición
de nuevos servicios de banda ancha.
El resultado de estos dos factores se ha traducido en una necesidad de
mejores redes de comunicaciones capaces de ofrecer un mayor ancho de
banda a un menor coste. En la actualidad la tecnología ADSL es la estrella
indiscutible en el panorama europeo, una tecnología que sigue explotando el
bucle de abonado en cobre.
Los principales operadores de telecomunicaciones del mundo están
definiendo avanzadas redes convergentes de banda ancha basadas en IP, que
permiten ofrecer más servicios sobre la misma infraestructura, a unos precios
cada vez más competitivos. Además de reducir la inversión necesaria en
equipamiento de red, esta convergencia trae consigo para los operadores una
reducción de la complejidad de la gestión y unos costes operativos más bajos.
Éntrelas tecnologías más interesantes que están permitiendo esta
convergencia cabe destacar, 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.

Por otro lado, la demanda cada vez mayor de los usuarios de un mayor
ancho de banda ha hecho replantear a los operadores consolidados y
emergentes sus estrategias, comenzando una carrera por la duplicación de la
velocidad de sus líneas que a los ojos del profano parece no tener fin. Sin
embargo ADSL cuenta con una limitación técnica importante: el máximo ancho
de banda que puede ofrecer no supera en ningún caso los 8Mbps en canal
descendente y los 4 en canal ascendente. Además estos valores disminuyen
drásticamente a medida que el usuario se aleja de la central.
Y aunque nuevas tecnologías como ADSL2 y ADSL+ aportarán un ligero
aumento en el ancho de banda ofrecido a los abonados, las limitaciones de
distancia, inversamente proporcional al ancho de banda, son un importante
cuello de botella que frena la posibilidad de crecer progresivamente en calidad
de servicio. Este problema se ha dado en llamar problema de la última milla.
En este sentido, la tecnología de la fibra óptica se presenta como una
firme solución al problema gracias a la robustez, a su potencial ancho de banda
ilimitado y al continuo descenso de los costes asociados a los láseres. Si a los
aspectos anteriores unimos que las nuevas construcciones (nuevas
urbanizaciones, nuevos bloques de viviendas, centros comerciales) ya integran
cableado estructurado de fibra óptica monomodo por su bajo coste marginal en
el proyecto, estamos hablando de un escenario completamente abonado para
poder desplegar soluciones de conectividad en fibra óptica que directamente
lleguen hasta la vivienda.
Y si hablamos de arquitecturas de futuro, las redes PON se postulan
como una apuesta fiable: su coste contenido en equipamiento electroóptico y la
eficiencia de las topologías árbol-rama aportan un incentivo adicional frente a
los despliegues tradicionales basados en conectividad punto a punto.
CONTENIDO
FTTH
El acrónimo FTTx es conocido ampliamente como Fibre-to-the-x,
donde x puede denotar distintos destinos. Los más importantes son: FTTH
(home), FTTB (building), y FTTN (node). En FTTH o fibra hasta el hogar la fibra
llega hasta la casa u oficina del abonado. En cambio, en FTTB la fibra termina
antes, típicamente en el interior o inmediaciones del edificio de los abonados.
En FTTN la fibra termina más lejos de los abonados que en 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.
En una arquitectura FTTB y FTTN, que es el modelo que más éxito
tendrá a corto plazo en España, el enlace de fibra óptica se establece entre una
oficina central y un punto de distribución intermedio. Desde este punto de
distribución intermedio, se accede a los abonados finales del edifico o de la
casa mediante la tecnología VDSL2 (Very high bit-rate Digital Subscriber Line
2) sobre par de cobre o WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave
Access) de forma inalámbrica. De este modo, el tendido de fibra puede hacerse
de forma progresiva, en menos tiempo y con menor coste, reutilizando la
infraestructura del abonado.
El FTTH Council es un organismo sin ánimo de lucro que trata de
educar, promover y acelerar el despliegue de fibra hasta el hogar. Existen
varias soluciones tecnológicas para ofrecer FTTx. Estas opciones suelen ser
divididas en dos amplias categorías: PON (Passive Optical Networks), que no
requieren de componentes electrónicos activos entre el usuario final y la central
del operador; y ASON (Active Optical Network), donde hay instalados
componentes electrónicos activos entre el usuario final y la central del
operador.
PON (Passive Optical Networks)
Desde 1995, compañías operadoras de telecomunicaciones han venido
trabajando en una red de servicios integrada de acceso al abonado, que
permitiendo al usuario un acceso en banda ancha a través de fibra óptica,
contuviera los costes de un despliegue tradicional punto a punto (como hace
ADSL con el bucle de abonado en cobre, o bien en fibra óptica).
Las Redes Ópticas Pasivas toman su modelo de las redes CATV
recicladas para ofrecer servicios de banda ancha mediante la habilitación del
canal de retorno. Una red CATV está compuesta por varios nodos ópticos
unidos con la cabecera a través de fibra óptica, de los cuales se derivan,
mediante una arquitectura compartida de cable coaxial, los accesos a los
abonados. Habitualmente en CATV cada nodo óptico ataca a un determinado
número de usuarios (en función del ancho de banda que se quiere asignar a los
usuarios) utilizando cable coaxial y splitters (divisores) eléctricos. Las redes
ópticas pasivas sustituyen el tramo de coaxial por fibra óptica monomodo y los
derivadotes eléctricos por divisores ópticos. De esta manera, la mayor
capacidad de la fibra permite ofrecer unos anchos de banda mejorados, en
canal descendente y sobre todo en canal ascendente, superando la limitación
típica de 36Mbps de los sistemas cablemodem DOCSIS y EURODOCSIS por
nodo óptico.
Esta nueva arquitectura es una evolución de menor coste a alternativas
tradicionales como las redes punto a punto o las redes conmutadas hasta la
manzana, puesto que reducen el equipamiento necesario para la conversión
electroóptica y prescinden del equipamiento de red de alta densidad necesario
para la conmutación.
Las arquitecturas PON están centrando la atención de la industria de las
telecomunicaciones como una manera de atacar a la problemática de la última
milla, puesto que presenta evidentes ventajas:
• Las redes PON permite atacar a usuarios localizados a distancias de
hasta 20 Km desde la central (o nodo óptico). Esta distancia supera con creces
la máxima cobertura de las tecnologías DSL (máximo 5Km desde la central).
• Las redes PON minimizan el despliegue de fibra en el bucle local al
poder utilizar topologías árbol-rama mucho más eficientes que las topologías
punto-a-punto. Además este tipo de arquitecturas simplifica la densidad del
equipamiento de central, reduciendo el consumo.
• Las redes ópticas pasivas ofrecen una mayor densidad de ancho de
banda por usuario debido a la mayor capacidad de la fibra para transportar
información que las alternativas de cobre (xDSL y CATV)
• Como arquitectura punto-multipunto, las redes ópticas pasivas permiten
superponer una señal óptica de Televisión procedente de una cabecera CATV
en otra longitud de onda sin realizar modificaciones en los equipos portadores
de datos (ver apartado: tecnología VPON)
• Las redes PON elevan la calidad del servicio y simplifican el
mantenimiento de la red, al ser inmunes a ruidos electromagnéticos, no
propagar las descargas eléctricas procedentes de rayos, etc.
• PON permite crecer a mayores tasas de transferencia superponiendo
longitudes de onda adicionales.
Aunque las redes PON como concepto existen desde la década de los
90, solo en los últimos dos o tres años han alcanzado una madurez tecnológica
que permiten que numerosos operadores comiencen a utilizarlas en forma
masiva. En estos momentos parecen la opción preferida para edificar la futura
red de acceso al abonado, una vez agotadas las posibilidades de crecimiento
de las tecnologías xDSL.
TOPOLOGÍA PON
PON es una tecnología punto-multipunto. Todas las transmisiones en
una red PON se realizan entre la unidad Óptica Terminal de Línea (OLT –
Optical Line Terminal-), localizada en el nodo óptico o central y la Unidad
Óptica de Usuario (ONU). Habitualmente la unidad OLT se interconecta con
una red de transporte que recoge los flujos procedentes de varias OLTs y los
encamina a la cabecera de la red. La unidad ONU se ubica en domicilio de
usuario, configurando un esquema FTTH (fibra hasta el usuario, Fiber To
The Home).
Existen varios tipos de topologías adecuadas para el acceso a red,
incluyendo topologías en anillo (no muy habituales), árbol, árbol-rama y bus
óptico lineal. Cada una de las bifurcaciones se consiguen encadenando
divisores ópticos 1×2 o bien divisores 1xN.
En algunos casos, dependiendo de la criticidad del despliegue, a red de
acceso puede requerir protección.
Todas las topologías PON utilizan monofibra para el despliegue. En
canal descendente una PON es una red punto multipunto. El equipo OLT
maneja la totalidad del ancho de banda que se reparte a los usuarios en
intervalos temporales. En canal ascendente la PON es una red punto-a punto
donde múltiples ONUs transmiten a un único OLT. Trabajando sobre
monofibra, la manera de optimizar las transmisiones de los sentidos
descendente y ascendente sin entremezclarse consiste en trabajar sobre
longitudes de onda diferentes utilizando técnicas WDM (Wavelength Division
Multiplexing). La mayoría de las implementaciones superponen dos longitudes
de onda, una para la transmisión en sentido descendente (1290nm) y otra para
la emisión a la cabecera (1310nm) –sentido ascendente-. La evolución de la
tecnología óptica ha permitido miniaturizar los filtros ópticos necesarios para
esta separación hasta llegar a integrarlos en los transceivers ópticos de los
equipos de usuario. Se utilizan estas portadoras ópticas en segunda ventana
(en lugar de trabajar en tercera ventana) para contener al máximo los costes de
la optoelectrónica.
Al mismo tiempo las arquitecturas PON utilizan técnicas de multiplexión
en tiempo TDMA para que en distintos instantes temporales determinados por
el controlador de cabecera OLT, los equipos ONU puedan enviar su trama en
canal ascendente. De manera equivalente el equipo de cabecera OLT también
debe utilizar una técnica TDMA para enviar en diferentes slots temporales la
información del canal descendente que selectivamente deberán recibir los
equipos de usuario (ONU).
Las arquitecturas PON también han tenido que resolver otro aspecto
importante: la dependencia de la potencia de transmisión del equipo OLT con la
distancia a la que se encuentra el equipo ONU, que como se ha detallado
anteriormente, puede variar hasta un máximo de 20Km. Evidentemente un
equipo ONU muy cercano al OLT necesitará una menor potencia de su ráfaga
para no saturar su fotodiodo. Los equipos muy lejanos necesitarán que su
ráfaga temporal se transmita con una mayor potencia. Esta prestación también
ha sido introducida recientemente en los transceptores ópticos PON, que han
simplificado notablemente la electrónica anteriormente necesaria para actuar
sobre un control de ganancia externo al transceptor. La nueva óptica
miniaturiza, integra y simplifica el trabajo con ráfagas de diferente nivel de
potencia.
EVOLUCION DE LAS PON
En 1995, siete operadores de telecomunicaciones vislumbraron las
posibilidades de las redes PON y fundaron la Full Service Access Network
(FSAN, siglas en inglés de Red de Acceso Multiservicio) con el objetivo de
unificar especificaciones para el acceso en banda ancha a los hogares.
Además la FSAN agrupa a más de 30 fabricantes de equipamiento.
Los miembros de la FSAN desarrollaron una especificación de una red
óptica totalmente pasiva que desde un nodo óptico atacaba a un número
definido de usuarios utilizando la tecnología ATM y su protocolo de nivel 2.
La transmisión en canal descendente está formada por ráfagas de
celdas ATM estándar de 53 bytes a las que se le añaden un identificador de
tres bytes que identifican el equipo ONU generador de la ráfaga. La máxima
tasa soportada en canal ascendente suponiendo una única unidad ONU es de
155Mbps. Este ancho de banda se reparte en función del número de usuarios
asignado al nodo óptico (número de ONUs).
En canal ascendente la trama se construye a partir de 54 celdas ATM
donde se intercalan dos celdas PLOAM donde se introduce información de los
destinatarios de cada celda e información de operación y mantenimiento de la
red.
Aunque el sistema funciona internamente en modo ATM, lo que permite
una mayor eficiencia que utilizando protocolos Ethernet, hacia el exterior, tanto
en el lado usuario como en el lado “Central”, tiene interfaces, además del nativo
ATM, de tipo TDM (p.e. 2 Mbit/s.) o Ethernet mediante emulación de ambos
tipos de señales. Los distintos fabricantes disponen también normalmente tanto
de terminales de usuario (ONT/ONU) como del lado núcleo de la red (OLT) con
los distintos interfaces de usuarios adaptados a telefonía convencional o
cualquier aplicación de datos, video, o telemetría.
Posiblemente APON provee el conjunto más rico y exhaustivo de
características de operación y mantenimiento (OAM) de todas las tecnología
PON.
Como contrapartida, la interconexión de los equipos de cabecera APON
OLT con las redes de transporte se realiza a nivel SDH/ATM, requiriendo una
infraestructura de transporte de esta naturaleza. Por otro lado el ancho de
banda de los equipos APON está limitado a 155Mbps repartido entre los
usuarios que componen en nodo óptico. Posteriormente este límite fue
ampliado a 622Mbps.
El termino APON acuñado inicialmente por la FSAN fue reemplazado por
BPON (Broadband PON –Redes Ópticas Pasivas de Banda Ancha-) haciendo
referencia a la posibilidad de dar soporte a otros estándares de banda ancha,
incluyendo Ethernet, distribución de video, VPL (líneas privadas virtuales,
virtual private line), etc.
En 1997 FSAN envió las especificaciones al comité ITU. Tras un periodo
de siete años ITU-T aprobó las siguientes recomendaciones relacionadas con
las redes ópticas pasivas de banda ancha: G.983.1 (descripción general),
G983.2 (capa de gestión y mantenimiento), G983.3 (calidad de servicio en
BPON), G983.4 (Asignación de ancho de banda dinámico), G983.5
(Mecanismos de protección), G983.6 (Capa de control de red OTN), G983.7
(Capa de gestión de red del ancho de banda dinámico), G983.8 (soporte del
protocolo IP, Video, VALN y VC).
La recomendación original especificada en la recomendación G.983.1 en
la arquitectura BPON define una red simétrica de un ancho de banda total de
155Mbps, tanto en canal descendente como en ascendente. Esta
especificación fue modificada en 2001 para permitir configuraciones
asimétricas (622 descendente y 155 ascendente) y simétricas de mayor
capacidad (622Mbps).
BPON no es la última contribución de la FSAN a las redes ópticas
pasivas. El incremento del ancho de banda demandado por los usuarios unido
al balanceo del tipo de tráfico exclusivamente hacia tráfico IP, incidieron
directamente en el desarrollo de una nueva especificación que se apoyaba en
el estándar BPON, altamente ineficiente para el transporte de tráfico IP, que
mejorara utilizaba un procedimiento de encapsulación denominado GFP
(Procedimiento General de Segmentación –General Framing Procedure-) que
aumentaba la eficiencia de la arquitectura, permitiendo mezclar tramas ATM de
tamaño variable.
Esta nueva recomendación, estandarizada por ITU-T y
denominada Gigabit-capable PON (GPON) fue aprobada en 2003-2004 por
ITU-T en las recomendaciones G.984.1, G984.2 y G.984.3.
• En la Recomendación G.984.1 se describen las características
generales de un sistema PON capaz de transmitir en ATM: su arquitectura,
velocidades binarias, alcance, retardo de transferencia de la señal, protección,
velocidades independientes de protección y seguridad.
• En la Recomendación G.984.2 se describe una red flexible de acceso en
fibra óptica capaz de soportar los requisitos de banda ancha de los servicios a
empresas y usuarios residenciales.
• Las técnicas GPON permiten mantener la red de distribución óptica, el
plano de longitud de onda y los principios de diseño de la red de servicio
integral consignados en las Recomendaciones G.983. Asimismo, aparte de
acrecentar la capacidad de la red, las nuevas normas permiten un manejo más
eficiente de IP y de Ethernet.
GPON es un estándar muy potente pero a la vez muy complejo de
implementar que ofrece:
• Soporte global multiservicio: incluyendo voz (TDM, SONET, SDH),
Ethernet 10/100 Base T, ATM, Frame Relay y muchas más
• Alcance físico de 20km a 60km
• Soporte para varias tasas de transferencia, incluyendo tráfico simétrico
de 622Mbps, tráfico simétrico de 1.25Gbps y asimétrico de 2.5Gbps en sentido
descendente y 1.25 en sentido ascendente.
• Importantes facilidades de gestión, operación y mantenimiento, desde la
cabecera OLT al equipamiento de usuario ONU.
• Seguridad a nivel de protocolo (encriptación) debido a la naturaleza
multicast del protocolo.
La organización de la red y la terminología utilizada es la misma que en
las redes BPON. Se espera no obstante que la normativa GPON aumente
todavía más la interoperatividad entre los distintos fabricantes permitiendo en
un mismo sistema utilizar ONUs y OLTs de distintos fabricantes.
ETHERNET PON, EPON
En Enero de 2001, el IEEE (Instituto de los Ingenieros Eléctricos y
Electrónicos) configuró un grupo de estudio llamado Ethernet en la última milla
(EFM). Este grupo tenía como objetivo extrapolar la tecnología Ethernet al área
residencial y de negocios llevándola hasta el hogar aprovechando el auge que
esta tecnología había experimentado en los últimos años por su simplicidad,
rendimiento y facilidad de despliegue.
Este grupo de trabajo generó una nueva especificación de redes ópticas
pasivas, denominada Ethernet PON (EPON). Esta nueva arquitectura se
diferencia de las anteriores en que no transporta celdas ATM sino directamente
tráfico nativo Ethernet. Usa el estándar 8b/10b (codificación de línea) y siempre
que es posible, mantiene fielmente el espíritu de la recomendación 802.3,
incluyendo el uso full duplex de acceso al medio.
Posiblemente el principal atractivo que presenta esta tecnología es su
evidente optimización para el tráfico IP frente a clásica ineficiencia de de las
alternativas basadas en ATM. Además, la interconexión de islas EPON es
mucho más sencilla que la interconexión de APON/BPON, GPON puesto que
no requiere arquitecturas SDH para realizar el transporte WAN.
Toda la arquitectura EPON red trabaja a velocidad GigabitEthernet. Por
lo tanto, el máximo ancho de banda que se ofrecerá a los usuarios depende del
número de ONUs que cuelguen de cada OLT. Si un nodo óptico diera servicio a
10 usuarios, la máxima capacidad del servicio por usuario sería de 1Gbps/10 =
100Mbps. Evidentemente con 100 usuarios por nodo óptico, el ancho de banda
por usuarios se reduciría hasta los 10Mbps.
No obstante existen técnicas ópticas –generalizables a todas las
arquitecturas PON- (como por ejemplo utilizar múltiples portadoras ópticas de
colores diferentes, WDM) para incrementar el ancho de banda por nodo óptico
si modificar la infraestructura.
En una arquitectura de medianas dimensiones coexisten varios
controladores de cabecera en función del ancho de banda máximo que se
quiera garantizar a los usuarios. Un valor recomendado para este tipo de redes
puede ser 10 abonados por nodo óptico, pero valores de 64, 100 y 256 también
pueden ser posibles. Es posible obtener alcances de 20 kilómetros en fibra
desde la cabecera de la red hasta el abonado.
Entre las variaciones de interfaces disponibles para el equipamiento de
usuario (ONU o gateway VoIP) se encuentran puertos 10/100 (orientados al
mercado doméstico) o bien puertos GigabitEthernet (orientados al mercado
empresarial, donde se necesite una granularidad de ancho de banda superior a
los 100Mbps)
EPON permite asignar calidad de servicio en canal descendente y en
canal ascendente al tiempo que codifica todas las comunicaciones mediante el
algoritmo DES.
El uso de EPON permite a los operadores de transporte eliminar los
complejos y costosos elementos ATM y SDH, simplificando las redes y, de esta
manera, abaratando el coste de implantación a los abonados. Actualmente los
costes de EPON por unidad de usuario repercutidos son aproximadamente un
10% menores del coste de equipamiento GPON equivalente.
Por último, IEEE ya anuncia una nueva revisión del estándar que
permitirá, utilizando la tecnología 10GbE multiplicar en un factor 10 el ancho de
banda de una arquitectura EPON de primera generación. Este esfuerzo de
desarrollo se recogerá en la futura especificación GEPON, un nuevo estándar
IEEE que tenderá hacia la convergencia con el estándar ITU GPON.
ESTANDARES
El siguiente cuadro resumen las principales características de los tres
estándares dominantes.
VPON
Gracias a una nueva variedad de transceptores opticos es posible
superponer una señal de video junto al tradicional caudal de datos de las redes
ópticas pasivas A/B/GPON y EPON. Esta señal, transmitida a 1550nm y
modulada en frecuencia desde un láser ultra lineal tipo CATV ubicado en la
cabecera de la red, puede transportar el espectro UHF y VHF a todos los
equipos ONUs de la arquitectura PON. A través de una sencilla circuitería, esta
señal es extraída en los equipos de usuarios por el transceptor óptico,
amplificada utilizando un amplificador de banda ancha para el rango V/UHF y,
directamente, puede ser introducida al conector de antena de televisores
analógicos o decodificadores digitales.
Este esquema de trabajo, denominado Video RF, Video PON o VPON
no utiliza el ancho de banda de la señal de datos para encapsular las señales
de video, sino que se trata de un esquema mucho más simplificado que puede
ser implementado utilizando una cabecera tradicional analógica de Televisión
por Cable disminuyendo de este modo los costes de los codificadores digitales
IP de cabecera (y los decodificadores de usuario) para el transporte de las
tramas MPEG2.
Las redes GPON (Redes Ópticas Pasivas con capacidad Gigabit)
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.
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LAS GPON
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 60Km
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 división de la señal de la central a los usuarios se hace a través de
splitters ópticos pasivos que dividen la señal entrante de entre 64 fibras
diferentes. Al ser pasivos y no existir amplificación de la señal de ningún
tipo, la potencia de la señal en cada una de las salidas será de 1/64 de la
potencia recibida, lo que aplica una gran atenuación a la señal (en torno a los -
18.5 dB).
Además del grado de splitting, la distancia a la que se encuentran los
usuarios finales de la central aplica también una atenuación de la señal.
20Km de distancia pueden suponer – 6.5 dB. Esto, unido a las
conectorizaciones hace que la señal llegue muy débil a los usuarios.
Por ello, normalmente en las redes GPON se debe buscar un equilibrio
entre la distancia entre la central y la casa del usuario y el grado de
splitting. Esto es lo que se denomina “budget óptico” y es lo que va a
permitir asegurar que los usuarios reciben una potencia de señal suficiente
como para asegurar la calidad del servicio en una red GPON.
REGENERACION DE LA SEÑAL GPON
GPON-Extender es un repetidor optoelectrónico que permite,
mediante muestreo, regenerar la señal GPON y volver a emitirla de nuevo con
la potencia original. Esto puede hacerse gracias a que, a diferencia de los
splitters ópticos, es un elemento activo, y puede regenerar, amplificar y emitir la
señal que recibe atenuada en una red GPON.
Esto puede utilizarse para eliminar las restricciones a las que nos limita
el budget óptico tanto en distancia como en número de usuarios de una red:
Extendiendo una red GPON de 20Km a 60Km
Hay ocasiones en las que se quiere dar cobertura a una zona residencial
o una zona rural que está ubicada a más de 20 kilómetros de la central más
cercana donde se puede colocar una OLT. Mediante la regeneración de la
señal GPON, podemos extender la longitud de una red GPON para llegar a
estos puntos,llegando a una distancia de hasta 60 Km eliminando la
atenuación debida a distancia.
Estos 60 Km son la distancia lógica máxima que puede haber en una red
GPON entre la OLT y la ONT más lejana, y puede ser conseguida mediante la
concatenación de varios GPON-Extender, ya que cada uno de los equipos
permite extender la red aproximadamente unos 20Km, dependiendo siempre
de las características particulares de cada enlace.
En este modelo de despliegue, ampliamos la distancia a la que se
encuentran los hogares de los usuarios hasta 60Km de la central, lo que nos
permite abaratar tanto el CAPEX como el OPEX, al eliminar una, de otro modo
necesario, OLT más cercana a la zona de despliegue.
Si fuese necesario, se podrían encadenar varios equipos GPONExtender
para conseguir la distancia deseada y la potencia de señal adecuada
para el número de usuarios y nivel de splitting posterior.
AMPLIAR NÚMERO DE USUARIOS DE UNA RED GPON DE 64 A 128
En el siguiente caso de estudio, supongamos una red GPON en la que
queremos dar servicio a 128 usuarios. Esto implicaría que después de pasar
por los splitters pasivos, la señal tendría una potencia de 1/128 veces la
potencia emitida por la OLT, sin contar con la atenuación añadida por distancia
ni por conectorización.
En este escenario, se puede colocar un regenerador GPONExtender
después del primer nivel de splitting en una o varias de las ramas de
la red, regenerando y amplificando la señal totalmente y permitiendo de esta
forma que éstas puedan a su vez volver a dividirse en otras ramas, cada una
en un nuevo nivel de división óptica y llegando de esta manera hasta los 128
usuarios para los que está preparado el estándar.
De esta manera conseguimos maximizar la inversión utilizando al
máximo la red al dar cobertura y servicio al número máximo de usuarios que
puede soportar el protocolo ITU-T G.984, dado que de otra forma, el número de
usuarios a los que se puede dar servicio estaría limitado por el budget óptico,
teniendo que buscar otras soluciones para dar de alta nuevos posibles usuarios
en el área de la red GPON.
EXTENDIENDO LAS RAMAS DE UNA GPON
Hay ocasiones en las que se quiera dar cobertura a una nueva zona
residencial cercana a una en la que ya existe una red GPON implantada y en la
que se pueden añadir usuarios. Sin embargo la nueva zona no es lo
suficientemente grande como para resultar rentable desplegar una nueva red
GPON para esta zona.
En estos casos, no haría falta instalar una nueva OLT cerca de la nueva
comunidad, sino que, si las distancias lo permiten y el número de usuarios
disponibles es suficiente, podemos utilizar una rama de la GPON ya
desplegada para, a través de GPON-Extender, prolongar la rama y crear un
nuevo nivel de splitting que de servicio a la nueva comunidad que queremos
incluir en la red GPON.
De esta manera se abarata considerablemente el coste de despliegue y
de operación en la nueva zona a cubrir, a la vez que permite amortizar y
maximizar la inversión previamente realizada en el despliegue de la red GPON
existente, al utilizar su infraestructura para dar servicio a la nueva comunidad.
AMPLIFICADOR DE LA SEÑAL 1550NM
Aquellos operadores que multiplexen las señales digitales GPON
(1490nm –descendente- y 1310nm –ascendente-) con portadoras analógicas
y/o digitales en la lambda de 1550nm, pueden utilizar el bloque (opcional) de
ganancia EDFA integrado en GPON Extender. Este módulo, se añade a la
configuración básica y amplifica ópticamente la tercera lambda sin alterar los
valores de las señales GPON.
Un banco de filtros ópticos a la entrada y a la salida del bloque EDFA
garantizan una ganancia de hasta 20dB en la portadora de 1550nm con un bajo
factor de ruido (NF<5dB).
DIFERENCIAS ENTRE EPON Y GPON
Claramente hay sustanciales diferencias entre la tecnología EPON y
GPON, sobre todo en capa 2. Sin embargo los diseñadores de arquitectura de
red también encontraran diferencias en términos de ancho de banda, alcance,
eficiencia, coste por usuario y gestión. En este apartado trataremos estas
diferencias con mayor detalle:
1. Ancho de banda aprovechable
Los anchos de banda varían entre los dos protocolos. GPON promete
1.25Gbps ó 2.5Gbps en canal descendente y un ancho de banda escalable
desde 155Mbps hasta los 2.5Gbps. EPON, por su parte, ofrece un ancho de
banda simétrico de 1Gbps donde se desperdician aproximadamente 250Mbps
en la codificación 8b/10b (hasta completar la velocidad de línea de 1.25Gbps).
GPON no minora ancho de banda para la codificación, puesto que utiliza
un esquema NRZ y un entrelazado de datos típico de las redes SDH. De esta
manera, GPON dispone de un ancho de banda superior en un 25% a EPON en
canal ascendente.
Sin embargo, cuando se trata de agregar el tráfico de varios
controladores de cabecera, lo que parecía en GPON una ventaja en ancho de
banda, se pierde al hacer una conversión a los flujos GigabitEthernet que
necesitan los conmutadores de cabecera. Es decir, en líneas generales, GPON
añade un ancho de banda que no será aprovechado por los operadores cuando
la señal GPON se transporte en redes WAN Gigabit Ethernet.
2. Alcance
Como sucede con cualquier otro protocolo, el alcance sobre fibra viene
definido por el rango dinámico del enlace óptico. En la actualidad, el alcance de
ambos protocolos es aproximadamente de unos 20Km, siendo limitado por el
número de ONUs definidos para el nodo.
GPON soporta hasta 128 ONUs. Con EPON no existe una limitación en
el número de nodos, aunque 256 es un valor máximo adecuado. En estas
condiciones de equipado máximo de nodos, evidentemente, el alcance máximo
de EPON se reduce frente a GPON al existir mayores pérdidas de inserción
derivadas del uso de un número mayor de divisores ópticos.
3. Coste por suscriptor
El uso de EPON elimina completamente los costosos y complejos
equipos de transporte ATM/SDH de los operadores de transporte, simplificando
sus redes y, por lo tanto, no imputando sus costes a los usuarios. Se ha
estimado que EPON repercute un 10% menos que GPON el coste de los
equipos de cabecera sobre los usuarios, estando al mismo nivel que otras
tecnologías de acceso como VDSL.
4. Eficiencia de cada estándar
Ambos protocolos PON añaden overhead (tráfico no útil) a las tramas del
protocolo que encapsulan (IP). EPON es una estándar optimizado para longitud
variable de paquete (tramas ethernet de hasta 1518 bytes) según el estándar
802.3 Ethernet. En sistemas PONs ATM (incluido GPON) los datos se
transmiten en tramas fijas (celdas) de 53 bytes (48bytes de carga útil y 5 bytes
de overhead). Este formato es extremadamente ineficiente para el transporte
de tráfico IP cuyos segmentos pueden variar hasta alcanzar tamaños de
64Kbytes.
Los sistemas GPON que transportan tráfico IP deben segmentarlo en
tamaños de 48bytes introduciendo la información de segmentación en
cabeceras de 5bytes. Este proceso, además de complicado, añade latencia.
Se ha calculado que una encapsulación Ethernet como la que realiza
EPON sobre tráfico IP añade una ineficiencia de un 7.42%, mientras que la
encapsulación de IP sobre ATM eleva este valor hasta el 13.22%.
Por otro lado, la codificación 8B/10B que realiza EPON y que desperdicia
ancho de banda, se convierte en una ventaja a la hora de realizar la conversión
electroóptica, puesto que precisa de una electrónica de sincronismo mucho
más simplificada y no tan precisa como necesita GPON.
5. Sistemas de gestión
EPON basa su experiencia en sistemas de gestión Ethernet sobre
SNMP, mucho más simplificados que los modelos de gestión y mantenimiento
de capa 2 de ATM. De esta manera los sistemas de gestión EPON suelen
poder integrarse con soluciones que ya dispone el operador, como
HPOpenView o similares.
7. Encriptación
GPON utiliza la encriptación definida en ITU estándar. Sin embargo
GPON sólo limita la encriptación al canal descendente.
EPON utiliza mecanismos DES para canales ascendentes y descendentes.
8. Protección de red
Ambos protocolos disponen de mecanismos de protección de red
específicos de cada implementación por parte del fabricante. Estos
mecanismos incluyen protección del tramo de red y del tramo de interconexión
con el operador de transporte.