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Arquitecturas xPON Ing. Juan Ramón García Bish [email protected]

Que es una Red PON ? Passive Optical Network Passive Optical Splitter

Optical Line Terminal

ONU

ONU

PSTN Internet CATV

OLT

Passive Optical Splitter

ONU Optical Network Unit

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PON = Red de Distribución Óptica Pasiva  Solo utiliza fibra óptica / multiplexores / divisores ópticos



Los equipos activos se sitúan en los extremos de la red : Lado Central  OLT = Optical Line Terminal Lado Cliente  ONU = Optical Network Unit

Standares Internacionales 

Hay dos organizaciones internacionales que desarrollaron los standares de comunicación para los protocolos PON.

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ITU  Europa International Telecommunications Union Ha desarrollado standares para HDSL, ADSL, SS7, etc . Todos los “carries” del mundo pertenecen y soportan al ITU.



IEEE  USA Institute of Electrical and Electronic Engineers Organización que ha ido cobrando importancia en los últimos cinco a diez años, principalmente en el mercado IT (datos). Pero como datos y telefonía convergen el IEEE hoy esta involucrado en muchos standares de “telecomunicaciones”.

Diferentes Sabores de PON 

TPON = Telephone over PON (British Telecom)

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APON = ITU-T ATM PON

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BPON = ITU-T Broadband PON

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EPON = IEE802.3ah Ethernet PON

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GPON = ITU-T 1 Gbps capable PON

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GEPON = Gigabit Ethernet PON

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DPON = Docsis PON

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WDM-PON = Wave Division Multiplexing PON



RFoG = Radio Frequency Over Glass

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10GEPON = 10 Gigabit Ethernet PON

Standard PON de la ITU-T 

La ITU fue la primer organización en proponer un standard PON  APON = Asyncronous Transfer Mode PON APON nace a mediados de la decada del 90 operando con: - 622 Mbps de downstream en 1550 nm - 155 Mbps de upstream en 1310 nm - No prevee transmisión tipo broadcast

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BPON = Broadband PON – Año 2001 - Incorpora la transmisión broadcast de TV analógica - Cambia el downstream a 1490 nm - Broadcast ubicado en 1550 nm

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GPON es el último standard de la ITU – Año 2003 - Transporte nativo de ATM, TDM, E1/DS1 y Ethernet - 2.488 Mbps de downstream y 1.244 Gbps de upstream

Standard PON del IEEE 

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En Noviembre del año 2000 se forma el grupo de estudio para “Ethernet in the First Mile” auspiciado por el IEEE.

Basado en el protocolo Ethernet.

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Capacidad actual GEPON : - Downstream:1.25 Gbps en 1490 nm - Upstream: 1.25 Gbps en 1310 nm - Broadcast en 1550 nm

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Nueva Capacidad 10 GEPON : - Downstream:10 Gbps - Upstream: 1 Gbps o 10 Gbps - Compatible con GEPON

Comparación entre Gpon & EPon GPON

EPON

Standard

ITU.T

IEEE

Rate

2.488G/1.244G

1.25G/1.25G

Split ration

1:64~1:128

1:16~1:32

Data encapsulation mode

GEM/ATM

Ethernet

Broadband efficiency

92%

72%

Line encoding

NRZ

8B/10B

Power budget

Class A/B/C

Px10/Px20

Ranging

Equalized logical reach

RTT

by adjusting EqD DBA

Standard format

Defined by vendors

TDM support

CESoP / Native

CESoP

ONT interconnectivity

OMCI

None

OAM

powerful

Weak, extended by vendors

Application mode

Multi-service/ FTTx

Pure data service

Maturity

Large vendors involved

Small vendors involved

Choice of carriers

Carriers

Enterprise Intranet

Principio de operación 

Se basa en una arquitectura Punto a Multipunto

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Utilizando diferentes longitudes de onda transporta sobre una misma fibra las señales de downstream & upstream: Downstream  1490 nm Upstream  1310 nm

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Trabaja con diferentes técnicas de multiplexación : Downstream  TDM Upstream  TDMA 1490nm

1310nm

Arquitectura PON

xPON – Canal Descendente

La transmisión de downstream es tipo Brodcast. Los paquetes de información llegan a todas las ONUs, cada una toma el que le corresponde y descarta el resto.

xPON – Canal Ascendente

La transmisión en upstream utiliza técnicas de TDMA. Cada ONU tiene una ventana de tiempo para transmitir. De esta manera se evita que se produzcan colisiones. Los diferentes paquetes se multiplexan en tiempo y son recibidos por el OLT.

Cable de Fibra Óptica 

Los cables de diferentes fabricantes tienen similares características de atenuación.



Para el cálculo del presupuesto óptico (link budget) debemos tomar la atenuación en la fibra en 1310 nm.



Algunos fabricantes diferencian calidades en sus cables - SMF-28e premium = 0.31 dB/Km @ 1310 nm (Corning) - SMF-28e standard = 0.34 dB/Km @ 1310 nm (Corning)



A medida que pasa el tiempo se evidencia un incremento en la atenuación del cable por un fenómeno que se conoce como “envejecimiento de hidrógeno”. Las moleculas de los átomos de hidrogeno dentro del vidrio tienden a romperse haciendo la fibra “menos clara”.

Relación de División Óptica 

La relación de división óptica determina cual es el máximo número de ONUs que podemos conectar a cada fibra.



No es solo por un problema de atenuación de los pasivos sino basicamente de “timing”.

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BPON solo permite un split ratio de 32, o sea que podemos atender entre 1 y 32 ONUs  1:32

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GPON reconoce que si disponemos de mayor ancho de banda debemos poder atender a mayor cantidad de ONUs y eleva ese límite a 64  1:64

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Probablemente en un futuro nuevas versiones permitirán una relacion de split de 128 1:128.

Clases de Óptica 

EPON tradicionalmente utiliza ópticas PX10 y PX20 con un link budget máximo de 26 dB.

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BPON utiliza ópticas Clase B donde el budget máximo es de 25 / 26 dB.

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GPON utiliza ópticas clase B+ y clase C donde el link máximo es de 28 dB y 30 dB respectivamente.

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Todas las normas hablan de un alcance máximo de 20 Km aunque eso también depende de la atenuación de los pasivos  en cuantos ONUs se divide la fibra

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En el futuro la necesidad de alcanzar distancias mayores (30 a 40 Km) y mayores relaciones de split (1:128) obligarán al uso de ópticas clase C.

Pérdida de División Óptica 

Los “Splitters Ópticos” son dispositivos pasivos, no requieren alimentación e introducen pérdida o atenuación.

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Las pérdidas típicas para los splitters ópticos incluidos sus conectores son: - 1 x 2 = 3.70 dB - 1 x 3 = 5.10 dB - 1 x 4 = 7.25 dB - 1 x 8 = 10.38 dB - 1 x 16 = 14.10 dB - 1 x 32 = 17.45 dB



Si queremos llegar a un split de 64 con un div 1x2 y otro de 1x32 tenemos 21.15 dB de pérdida y usando óptica clase B con 26 dB de budget el máximo alcance sería de 17 Km.

Elementos de una red FTTH

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Dentro de una red FTTH distinguimos cuatro elementos : - HE / CO = Headend o Central Office - LCP = Local Convergence Point - NAP = Network Access Point - CPE = Customer Premises Equipment

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Tres tipos de cable: - Feeder = Cables Alimentadores Principales - Distribution = Cables de Distribución - Drop = Cable de Acometida Domiciliaria

Esquema general de una red FTTH

Diferentes Arquitecturas FTTH 

CSH = Centralized Switch Home Run Architecture - Todas las fibras de los clientes llegan al sitio central - Los puntos de acceso y de convergencia son armarios de empalme y conexionado. - Los divisores opticos se instalan en el headend o CO.

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LC = Local Convergence Architecture - La fibra del cliente llega al punto de convergencia local. - En el punto de convergencia local se ubican los divisores.

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DS = Distributed Splitting Architecture - La fibra del cliente llega solo hasta el punto de acceso. - Los divisores se instalan en el punto de acceso

Arquitectura Centralizada CSH

Split Centralizado (CSH)

Ventajas: Facil de administrar y mantener Flexible para nuevos servicios Estructura muy escalable

Desventajas : Gran cantidad de F.O. saliendo del Headend (mucho espacio y es caro)

Arquitectura de Convergencia Local

Punto de Convergencia Local (LCP)

Ventajas : Buena escalabilidad Menos fibras saliendo del Headend

Desventajas : Conexion nuevo cliente requiere ir al pto convergenc.

Arquitectura de Splitting Distribuido

Split Distribuido (DS)

Ventajas Ahorro en cable de F.O. Ideal en zonas de baja densidad

Desventajas Mayor costo de splitters Complicado para mantener Poco flexible para upgrades

Recomendaciones 

Normalmente se trabaja con dos niveles de splitting, o sea con dos divisores ópticos en cascada.



En una arquitectura de splitting distribuido lo mas recomendable es planificar la red con el primer divisor óptico en el headend o en el LCP (divisor x4) y el segundo disor óptico en el NAP (divisor x8).



Esta arquitectura ofrece una mayor flexibilidad para escalar ante un crecimiento en la penetración del servicio o requerimiento de mayores anchos de banda.

Niveles de División Óptica SP8

SP8

32 casas 25% penetración

SP8

32 casas 25% penetración

SP8

32 casas 25% penetración

SP4 128 casas por puerto PON 25% penetracion 32 clientes

20 Km máximo

32 casas 25% penetración

Niveles de División Óptica SP16

SP16

32 casas 50% penetración

SP16

32 casas 50% penetración

SP16

32 casas 50% penetración

SP2

64 casas por puerto PON 50% penetracion 64 clientes

20 Km máximo

32 casas 50% penetración

Niveles de División Óptica SP32

32 casas por puerto PON 100% penetracion 128 clientes

20 Km máximo

32 casas 100% penetración

SP32

32 casas 100% penetración

SP32

32 casas 100% penetración

SP32

32 casas 100% penetración

Broadcast de TV en 1550nm 

La señal de broadcast de TV en 1550 nm se combina con el downstream del OLT que opera en 1490 nm.



Los requerimientos de nivel de señal en la entrada del receptor óptico del ONU (umbral) son muy diferentes para una transmisión analogica y digital:  umbral analógico= -6 dBmW, recomendado = -3 dBmW  umbral digital = -26 dBmW

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Es necesario amplificar la señal analógica EDFA

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Existe un límite en la máxima potencia que puede lanzarse dentro de una fibra  SBS = Stimulated Briullin Scattering



Usualmente se trabaja con un amplificador óptico cuya salida se divide x4 o x8

Broadcast de TV en 1550nm Amplificador Óptico + MUX

EDFA de + 23 dBmW  16 dBmW por cada salida

TV Convencional vs IPTV 

En la televisión tradicional la cantidad de canales resulta “limitada por el ancho de banda” del sistema medido en MHz (el BW típico es 860 MHz). No existe un límite para la cantidad de aparatos encendidos simultáneamente dentro de la casa.



En la televisión IP solo se transmiten a cada cliente los canales que esta viendo, la oferta de canales resulta “prácticamente ilimitada”. La limitación esta en la cantidad de aparatos encendidos simultáneamente ya que cada uno requiere un flujo IP. El ancho de banda por cliente medido en Mbps limita cuantos flujos simultaneos de IPTV puede recibir.

Requerimientos para IPTV

mpeg2  4 Mbps para SDTV y 18 Mbps para HDTV mpeg4  2 Mbps para SDTV y 9 Mbps para HDTV

Convivencia con otras tecnologías 

Utilizando diferentes fibras ópticas :  HFC & Gpon  Active Ethernet o Point to Point Ethernet & Gpon

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Utilizando diferentes longitudes de onda que operan sobre la misma fibra óptica:  Gpon & Legacy TV que opera en 1550 nm

 Gpon & RFOG que opera en 1550nm & 1590 nm  Gpon & 10Gpon 

Complementándose con otras tecnologías:

 Gpon con BPL (broadband power line)  Gpon & xDSL  EPoC = Epon over Coax

Convivencia HFC con GePON

T X RX

NODO HFC

SP8 ONU 8 clientes x nodo

CMTS

OLT

64 clientes x puerto PON

SP8

Servicio GPON a 7 nodos

16 placas Pon x 2 puertos = 32 puertos x 64 clientes por puerto = 2048 clientes por chasis

Active Ethernet & P2PEthernet Trabajando sobre diferentes fibras pueden coexistir Epon/Gpon y Active Ethernet

PON 2400 clientes 2400/32=75 puertos OLT 75 fibras opticas troncales 384 clientes/gabinete P2P Ethernet 2400 clientes 2400 puertos de switch (100 x 24 puertos) 2400 fibras troncales Active Ethernet 2400 Clientes 2400 puertos de switch 384 clientes/gabinete 1 a 16 switch/gabinete (16 x 24 puertos) Anillo de 10 Gbps vincula gabinetes (redundancia)

Coexistencia de Epon/Gpon con RFoG

Coexistencia GEPON con 10 GEPon

Gpon & 10Gpon

Combinacion Gpon con xDSL

En las arquitecturas FTTB & FTTC es posible combinar tecnologías ópticas pasivas con un acceso de ultima milla que utiliza par de cobre con xDSL

Combinacion Gpon con xDSL

Combinación de Gpon & BPL

EPoC = Ethernet Passive Over Coax

EPoC = Ethernet Passive Over Coax

Arquitectura alternativa con el CLT = Cable Line Terminal instalado en el Headend Forzosamente debe operar con FDD