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COMUNICACIONES OPTICAS 2018

REDES GPON Alumnos: -Moreno Moncada, Jefferson

1521384

-Montesinos Ramírez, Lorenzo 1410955

-Cruz Paredes, Enrique

1601120

-Alejo Advincola, Kevin

1511926

Profesor: -Mg. Javier Gonzalo Mejía Yanqui

Curso: -Comunicaciones Móviles

2018

COMUNICACIONES OPTICAS 2018

1. INTRODUCCIÓN 2. HISTORIA 3. RESUMEN 4. REDES DE ACCESO DE FTTH 

Funcionamiento general

5. SISTEMAS PASIVOS DE FO 6. TECNOLOGIA XPON 

APON (Asynchronous Tranfer Mode Passive Optical Network)



BPON (Broadband Passive Optical Network)



EPON (Ethernet Passive Optical Network)



GPON (Gigabit Passive Optical Network)

7. TECNOLOGIA FTTX 

FFTN (Fiber to the Neighborhood o fibra hacia el vecindario)



FTTC (fiber to the curb o fibra hasta la manzana)



FTTB (FIber to the Bulding o fibra hacia él edificio)



FTTH (Fiber to the home o fibra hasta la casa)

8. CARACTERÍSTICAS DE GPON 9. ARQUITECTURA DE RED DE GPON 10. ELEMENTOS DE UNA RED GPON 

OLT (Optical line termination)



ONT (Optical Network Termination)



Divisor opttico (Splitter)



Cable de Fibra Óptica



Rosetas Ópticas

11. CONCLUSIONES 12. BIBLIOGRAFIA

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1. INTRODUCCIÓN los principales operadores del mundo están definiendo avanzadas redes convergentes de banda ancha basadas en IP, maximizando así el valor de sus activos para atraer nuevos clientes y fidelizar a los existentes ofreciendo 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. Entre las tecnologías más interesantes que están permitiendo 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. Las economías de escala y experiencia acumulada en el núcleo de la red, ha permitido que la viabilidad económica de la fibra y los componentes ópticos sea un hecho. La fibra de óptica es el medio de transmisión más avanzado y el único capaz de soportar los servicios de nueva generación, como televisión de alta definición. Las principales ventajas de tener un bucle de abonado de fibra óptica son muchas: mayores anchos de banda, mayores distancias desde la central hasta el abonado, mayor resistencia a la interferencia electromagnética, mayor seguridad, menor degradación de las señales, etc. Además, la reducción de repetidores y otros dispositivos supondrán menores inversiones iniciales, menor consumo eléctrico, menor espacio, menos puntos de fallo, etc. 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.Los principales suministradores de equipos de telecomunicación (Alcatel-Lucent, Ericsson, Huawei, Nokia-Siemens, ZTE, etc.) ofrecen soluciones GPON. Todo esto da muestras del prometedor futuro de esta tecnología emergente.

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2. 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. Su naturaleza punto a multipunto, resultaría en ahorros significativos en la instalación de la fibra óptica y en interfaces ópticos. Además, PON no requiere de dispositivos electrónicos u optoelectrónicos activos para la conexión entre el abonado y el operador y, por lo tanto, supone una inversión y unos costes de mantenimiento considerablemente menores. A medida que la fibra se abarataba y los distintos organismos regulatorios de cada país se interesaban más por las conexiones de redes de fibra óptica, los operadores y fabricantes comenzaron a impulsar las tecnologías PON. En la primavera de 1995, se formó el FSAN (Full Service Access Network), con el fin de promover estándares mediante la definición de un conjunto básico de requerimientos.

En 1998, APON (ATM PON) fue la primera especificación 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. En 2001, el FSAN 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 transportar vídeo RF. 2

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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 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.

No

obstante,

EPON

carecía

de

muchas

funcionalidades necesarias para el transporte de otros servicios con calidad de operador que daban lugar a soluciones propietarias. Así mismo, la eficiencia de línea es baja debido a una codificación de línea con gran sobrecarga. Aún así, es una tecnología con un notable éxito en Corea del Sur, Japón y Taiwán. Unos meses antes que EPON, también en 2004, se terminaba de definir GPON (Gigabit Passive Optical Network) por parte del ITU-T. El estándar incluye 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. El único problema en el momento de su definición era la mayor complejidad de esta tecnología y de los componentes, que hacían imposible tener productos comerciales en tan poco tiempo como en EPON.

3. RESUMEN Las telecomunicaciones se han convertido en un medio imprescindible para el desarrollo de la población, estos brindan servicios de televisión, telefonía e internet, las cuales son esenciales en estos días para tener un país comunicado, es por ello que se tiene que fortalecer el porcentaje de penetración de banda ancha fija en el Perú desplegando las redes con estándares GPON. Esta tecnología ayuda abaratar los costos, GPON permite la transmisión de información encapsulada bajo dos tecnologías, ATM o (ethernet o TDM), las mejoras que ofrece GPON respecto a los estándares anteriores es aumentar el

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ancho de banda en transmisión y aportar seguridad a la propia red a nivel de protocolo. GPON ofrece tasas de transmisiones variadas que se encuentra entre los 622 Mbps hasta los 2,488 Gbps en el canal descendente. Este estándar permite la transmisión de datos asimétricamente o simétrica, cabe destacar que la red GPON está formado por elementos pasivos, con un alcance máximo de 60 Km entre divisor y ONT, las longitudes de onda de trabajo de GPON varía en función si se utiliza una o dos fibras por cada ONT, trabaja en la banda C, GPON admite un ratio máximo de 128 divisores ópticos por OLT, cada divisor admite un máximo de 64 salidas a usuarios ONT. La estructura de la red GPON, permite gestionar de manera eficiente el tráfico de la red gracias al uso de WDM, de esta manera se evita la mezcla de las señales entre si. 4. REDES DE ACCESO DE FTTH La FTTH “Fibra hacia el hogar” (Fiber to the Home-FTTH) se basa en la utilización de cable de fibra óptica hasta el hogar del usuario final; La adopción de esta nueva tecnología de acceso en última milla requiere del despliegue de costosas nuevas infraestructuras (desde las centrales hasta el hogar o negocio del usuario), por lo que es un proceso gradual que supone la convivencia de FTTH con los servicios HFC (Redes Híbridas Fibra y Cobre). Los principales elementos que forman parte de la red FTTH son: Equipo terminal de línea (Optical Line Termination - OLT) Equipo terminal de red (Optical Network Termination - ONT) Divisores ópticos (splitters) Cable de fibra de diferentes capacidades.

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Imagen 1; Diferencia entre distintas redes de acceso •

FUNCIONAMIENTO GENERAL

En la Oficina Central (OC) se encontrará la OLT, este enviará el servicio hacia un divisor óptico el cual repartirá la señal a cada usuario a una ONT; GPON tiene un alcance de 20 kilómetros, “última milla”, se podrá cubrir un gran rango con una buena calidad de servicio. El OLT transmite la voz y datos a una ONT con una longitud de onda de 1490 nm y el envió de video se usa una longitud de onda 1550 nm. Por otro lado, para enviar la señal desde la ONT hacia la OLT se logra a través de una longitud de onda de 1310nm. Por lo que estas señales no se interferirían en ningún momento. [25][19]

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Imagen 2; Esquema de distribución de una red FTTH 5. SISTEMAS PASIVOS DE FO Las redes Ópticas Pasivas (Passive Optical Network) son redes de fibra óptica cuyos componentes son enteramente pasivos en la red de distribución (no en la central o domicilio del cliente). Es un tipo de red que se caracteriza porque tiene una gran variedad de aplicaciones, mediante accesos de fibra óptica. Además, que permiten compartir una misma fibra entre varios usuarios. Esta tecnología define como máxima distancia entre un OLT y un equipo ONU de 20 Km para que la red PON sea operativa. Con las redes Ethernet activas este límite pueden darse distancias superiores a 80Km desde el punto de distribución hasta el usuario, pero agregando equipamiento activo durante el trayecto. Con este tipo de sistemas se permite eliminar todos los componentes activos existentes entre el servidor y el cliente introduciendo en su lugar componentes ópticos pasivos para guiar el tráfico por la red, cuyo elemento principal es el dispositivo divisor óptico (conocido como splitter). La utilización de estos sistemas pasivos reduce considerablemente los costes y son utilizados en las redes FTTX. Por contrapartida, el ancho de banda no es 6

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dedicado, sino multiplexado en una misma fibra en los puntos de acceso de red de los usuarios. Dependiendo de la solución tecnológica adoptada es posible implementar la infraestructura de Red Óptica Pasiva - PON de dos formas: Topología Punto-aPunto o Topología Punto-Multipunto. Para el primer grupo, La conexión entre la Central de Equipos y el abonado se realiza directamente. Para los segundos, La conexión entre la Central de Equipos y el abonado se comparte a través de Splitter óptico, permitiendo la utilización de cable óptico troncal de menor capacidad. 5.1 Características: 

La ODN (Optical Distribution Network), es totalmente pasiva.



Se accede a uno o múltiples clientes vía una sola fibra monomodo pasiva, esto significa menor CAPEX y OPEX.



Son más complejas que las AON (Redes Activas).



Los lásers son de menor potencia.



Mejor economía de escala.



Un punto de falla afecta a varios usuarios.



Si el número de usuarios aumenta, el BW de cada usuario baja.

5.2 Arquitectura General de las Redes Ópticas Pasivas Las redes PON se destacan por la ausencia de elementos activos a lo largo del tramo desplegado hasta los usuarios. Cabe destacar que la planificación de este tipo de redes se centra en el uso del splitter óptico, elemento clave para dividir la señal y dirigirla hacia los abonados. 5.2.1 Elementos Principales: Avanzando desde la red hacia el usuario podemos decir que una arquitectura de red PON está formada por los siguientes elementos:

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Figura 6.1: Elementos de redes ópticas pasivas

5.2.1.1 Módulo OLT (Optical Line Terminal - Unidad Óptica Terminal de Línea) Es el elemento activo situado en la central. De él parten las fibras ópticas hacia los usuarios (cada OLT suele tener capacidad para dar servicio a varios miles de usuarios). Cada OLT, adquiere datos de tres fuentes diferentes de información, actuando como concentrador de todas ellas. Así pues, el OLT de cabecera tiene conexión con las siguientes redes: 

PSTN (public switched telephone network) o RTB (red telefónica básica), para los servicios de voz; el OLT se conecta a través de un router de voz o un gateway de voz mediante interfaz correspondiente MGCP (media gatewaycontroller protocol) o protocolo de controlador gateway de medios de comunicación.



Internet, para los servicios de datos o VoIP; el OLT se conecta a través de un router o gateway IP/ATM de voz, mediante encapsulamiento IP sobre ATM.



Video broadcast o VoD (video on demand), para los servicios de videodifusión; el OLT se conecta directamente, o bien indirectamente a través de un router o gateway ATM.

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El OLT no es un hardware único, sino que se subdivide en tres módulos o equipos diferentes, cada uno de ellos encargados de gestionar un tráfico determinado:

Figura 6.2: Elemento que componen al OLT - GPON



P-OLT, OLT proveedor (provider OLT). Concentra la información, y la divide en función de su naturaleza (voz-datos), también se encarga de multiplexar el canal descendente (en dirección a los ONT), para ello, utiliza una longitud de onda dedicada.



V-OLT, OLT de video (video OLT). Este equipo se encarga únicamente de transportar las tramas de video y video bajo demanda VoD procedentes de la red de videodifusión, hasta los ONT de los usuarios.



M-OLT, OLT multiplexador (multiplexer OLT). Es un equipo multiplexor WDM que permite la multiplexación y demultiplexación entre las señales procedentes del P-OLT y V-OLT.

5.2.1.2 Divisores ópticos (splitter óptico)

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Es considerado el elemento principal de la red, ya que permite dividir la señal óptica de una fibra de entrada a varias fibras de salida, pudiendo ofrecer servicio a varios abonados con una única fibra que parta de cabecera. Este elemento es el divisor de potencia pasivo. Sin embargo, no sólo se dedican a multiplexar o demultiplexar señales, sino que también combinan potencia, son dispositivos de distribución óptica bidireccional, con una entrada y múltiples salidas: 

La señal que accede por el puerto de entrada (enlace descendente), procede del OLT y se divide entre los múltiples puertos de salida.



Las señales que acceden por las salidas (enlace ascendente), proceden de los ONT (u otros divisores) y se combinan en la entrada.

El hecho de ser elementos totalmente pasivos, les permite funcionar sin necesidad de energización externa, abaratando su coste de despliegue, operación y mantenimiento. Existe una relación matemática inversa entre las pérdidas introducidas por el divisor, y el número de salidas del mismo, siendo ésta: Atenuación Splitter = 10 Log 1 / N Así pues, un divisor de potencia con dos salidas, en el peor de los casos, pierde 3 dB (la mitad de la potencia) en cada salida. Podemos graficar el funcionamiento de un divisor con la siguiente:

Figura 6.3: Funcionamiento divisor óptico pasivo Donde poner los divisores ópticos es una decisión critica: 

En la oficina central. 10

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

En cascada como splitteo Distribuido.



En splitteo Centralizado.

La utilización de la OLT y los costos operacionales (el OPEX), son clave.

5.2.1.3 ONT (Optical Network Terminal - Unidad Óptica Terminal de la Línea)

Figura 6.4: ONT y MDU

Elemento ubicado en la vivienda del abonado. Es el responsable de recibir y filtrar la información procedente del OLT destinada a un usuario determinado y ofrecerle al mismo distintas interfaces para poder disfrutar los distintos servicios. Existen dos tipos de ONT según su función: 

H-ONT, u ONT del hogar (Home ONT), preparado para ser instalado en los hogares y otorgar servicios a un usuario en particular.



B-ONT u ONT de edificio (Building ONT), preparado para ser instalado en los R.I.T.I. o cuartos de comunicaciones de los edificios privados o empresas, y que se encuentran capacitados para dar servicio a varios usuarios conectados a él a través de un repartidor.

Cada ONT recibe todas las señales enviadas por su ONT de cabecera correspondiente, al igual que el resto de ONTs de su misma etapa. La información de los OLT se transmite mediante difusión TDM, y por lo tanto, llega 11

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a todos los ONT por igual. Sin embargo, el ONT tiene la tarea de filtrar aquella información que sólo vaya dirigida él mismo (en un intervalo temporal determinado). El filtrado de la información se lleva a cabo a nivel de protocolo Ethernet, a través de las denominadas tramas PEM (PON encapsulation method). La trama, consta de tres campos: 

Cabecera

(header):

este

campo

contiene

información

sobre

sincronización de la trama. 

CRC: que permite conocer si la información enviada ha llegado correctamente y sin errores a su destino.



Carga útil (Payload): son los datos a enviar

Figura 6.5: Funcionamiento Método de Encapsulación

MDU (Multi Dwelling Unit - Unidad MultiFamiliar) 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: 12

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MDU XDSL: Termina la fibra óptica que llega de la central telefónica. Utiliza 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 tiradas de cobre que existen en los edificios. La desventaja es que tienen todas las limitaciones de las tecnologías XDSL. MDU con interfaces fastethernet. Están equipadas con una gran cantidad de interfaces ethernet y permiten dar servicio a un edificio que esté cableado con RJ45 o a una empresa.

6. TECNOLOGIA XPON 

APON (Asynchronous Tranfer Mode Passive Optical Network) APON fue la primera red PON, está definido por la ITU-T G.983 Esta basa su transmisión en canal descendente en ráfagas de celdas ATM con una tasa máxima de 155 Mbps que se reparte entre el número de las ONU que estén conectadas. Su principal desventaja constituye en la incapacidad de manejo de video, debido a la carencia en longitud de onda asignada para este efecto



BPON (Broadband Passive Optical Network) BPON es una tecnología nació de una mejora del estándar APON para obtener más acceso a servicios como Ethernet, VPL, distribución de video y multiplicación de longitud de onda (WDM), logrando así un mejor ancho de banda. Admite un tráfico asimétrico en el canal descendente de 622 Mbps y canal ascendente de 155 Mbps; y un tráfico simétrico en canal descendente y ascendente de 622 Mbps. Otras características de esta tecnología es que tiene un alcance de 20 Km y puede tener hasta un máximo de 64 usuarios por puerto BPON.



EPON (Ethernet Passive Optical Network) EPON es la especificación realizada por el grupo de trabajo EFM (Ethernet in the First Mile - Ethernet en la última milla) constituido por la IEEE para. Las velocidades de transmisión se manejan en forma simétrica, siendo una restricción sobre su estándar similar GPON, así en valores, la capacidad que 13

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soporta EPON es: 1.25 Gbps/1.25 Gbps. Otras características de esta tecnología es que puede tener un máximo de 32 usuarios y un máximo alcance de 20 Km. Las ventajas que presenta respecto los anteriores estándares son: Trabaja directamente a velocidades de Gigabit (que se tiene que dividir entre el número de usuarios, la interconexión de islas EPON es más simple y la reducción de los costos debido a que no utilizan elementos ATM y SDH. 

GPON (Gigabit Passive Optical Network) GPON es un red óptica punto-multipunto en la que no existe elementos activos entre la OLT y la ONT. Esta tecnología tiene un tráfico asimétrico de 622 Mbps y 1.25 Gbps; y un tráfico asimétrico descendente de 2.5 Gbps y tráfico asimétrico ascendente de 1.25 Gbps, el cual será usado en la presente tesis. Otras características de esta tecnología es que posee codificación de línea NRZ, encriptación AES y tener máximo de usuario de hasta 128 usuarios por puerto GPON.

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7. TECNOLOGIA FTTX 

FFTN (Fiber to the Neighborhood o fibra hacia el vecindario) FTTN es una red de comunicación que usa fibra óptica el cual conecta al proveedor de servicio con un punto de acceso cerca del vecindario El área de servicio que puede atender el nodo es por lo general hasta 1,5 Km. De radio y puede contener varios cientos de usuarios. La fibra hasta el nodo permite el suministro de servicios de banda ancha, como Internet de alta velocidad. Entre el armario de fibra óptica y los usuarios se utilizan protocolos de comunicación de alta velocidad como el acceso de banda ancha por cable (por lo general DOCSIS) o alguna de las tecnologías de línea de abonado digital (xDSL). El coste de la implementación es menor que el de la FTTH pero su potencial de ancho de banda es limitado a largo plazo al tener una parte de red que no es de fibra óptica. Una variante de esta técnica para los proveedores de televisión por cable es la opción híbrida fibra óptica- cable coaxial (HFC).



FTTC (fiber to the curb o fibra hasta la manzana) FTTC es muy parecido a FTTN, pero la mayor diferencia es que el nodo está mucho más cerca al usuario, normalmente a menos de 300 metros



FTTB (FIber to the Bulding o fibra hacia él edificio) FTTB es un tipo de red que llega solo hasta el edificio y luego la red interna del edificio que se reparte a cada usuario mediante cobre.



FTTH (Fiber to the home o fibra hasta la casa) FTTH es una forma de entrega de comunicaciones en la que la fibra se extiende desde la oficina central hasta la casa u oficina del abonado. Una vez en la casa del abonado la señal puede ser transmitida a través del espacio utilizando cualquier medio, incluyendo par trenzado, cable coaxial, comunicación inalámbrica, línea eléctrica o fibra óptica. El servicio que se brindará con esta tecnología será el servicio Triple Play, Debido a su gran capacidad de transmisión este podrá transportar este servicio. Este servicio consiste en la convergencia de los servicios de voz, datos y televisión utilizando el mismo medio para satisfacer las tres necesidades diferentes en el momento y en el lugar que desee el usuario y con las mejores condiciones. La televisión será ofrecida con IPTV (Televisión 15

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IP). En cuanto a los anchos de banda, estos son variables según el tipo de contenido, siendo necesarios mayores anchos de banda para deportes o películas de acción con muchos cambios de imagen. Observe el Tabla 2.2 las velocidades correspondientes a los estándares MPEG2 y MPEG4 para IPTV. 8. CARACTERÍSTICAS DE GPON 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 transmisión 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

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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) 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. Características Tasa de bits (Mbps)

ITU-T BPON

ITU-T GPON

down: 1.244, 622, 155

down: 2.488, 1.244 up: 2.488, 1.244, 622, 155 NRZ (+ scrambling) 1:128 (1:64 en la práctica) 60 km (con 20 km de distancia entre ONTs) Serie ITU-T G.984.x TDM nativo, TDM sobre ATM, TDM sobre paquetes Sí 93% downstream 94% upstream

up: 622, 155 Codificación de línea

NRZ (+ scrambling)

Ratio de división máximo

01:32

Alcance máximo

20 km

Estándares

Serie ITU-T G.983.x

Soporte TDM

TDM sobre ATM

Soporte vídeo RF No 83% downstream Eficiencia típica (depende del servicio) 80% upstream OAM

PLOAM+OMCI

PLOAM+OMCI

Seguridad downstrea m

Churning o AES

AES

ITU-T EPON down: 1.250 up: 1.250 8b/10b 01:32 20 km IEEE 802.3ah TDM sobre paquetes No 61% upstream 73% downstream Ethernet OAM (+SNMP opcional) No definida

Características Técnicas Multiplexación 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).

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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 (medidos en dBm): 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 confidencialidad de los datos, lo cual se soluciona mediante cifrado de los datos. 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. Identificación de 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). 18

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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 (16 caracteres hexadecimales). 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. Para ello, dentro de la norma GPON se ha desarrollado un protocolo denominado OMCI (ONT Management and Control Interface) según la recomendación G.984.4 de 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. Protocolos de Enlace La norma GPON contempla dos posibilidades referentes a los protocolos de enlace que se pueden utilizar: 

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 sobre GEM, y éste sobre TDM/TDMA 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 19

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dos usuarios piden el mismo canal de televisión, ¿para qué voy a enviarlo dos veces si los usuarios reciben toda la información? 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 video bajo 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, 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. 9. ARQUITECTURA DE RED DE GPON Al ser uno de los sistemas de Redes Ópticas Pasivas, GPON consta de un OLT (Optical Line Terminal), ubicado en las dependencias del operador y una ONU/ONT (Optical Networking Terminal) ubicado en las dependencias de los abonados. La OLT consta de varios puertos de línea GPON, cada uno soportando hasta 64 ONT's. En las arquitecturas donde es necesario complementar con tecnologías XDSL, las ONT son sustituidas por MDU (Multi-Dwelling Units), 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. La OLT está conectada a la red conmutada mediante interfaces normalizados, tanto en términos de velocidad binaria, balance de potencia, fluctuación de fase, etc. Consta de 3 partes principales:



Función de interfaz de puerto de servicio.



Función de conexión cruzada.



Interfaz de red de distribución óptica.

El estándar establece diferentes configuraciones de red, relacionadas con la protección de esta. Así pues, se puede introducir redundancia en la arquitectura 20

COMUNICACIONES OPTICAS 2018

de transmisión, duplicando la fibra de transporte entre el OLT y el divisor de cabecera. Incluso, esta redundancia se puede extrapolar a planta externa, entre los divisores y los ONTs, mallando la red aún más. Así pues, la red puede tener tres tipos de configuraciones determinadas:

Configuración de red GPON basada en la protección



Configuración Básica. Está constituida por una fibra de conexión entre el divisor de cabecera y el OLT. Además, la conexión entre los diferentes divisores de etapa y sus ONT correspondientes, se realizan a través de un enlace monofibra. Esta configuración requiere técnicas WDM.



Diversificación OLT. Esta configuración, establece un enlace de dos fibras entre el divisor de cabecera y el OLT. La conexión entre los divisores de etapa y los ONT se realizan a través de enlace monofibra. Con esta configuración, no es necesaria la utilización de WDM, ya que la información de cada canal (ascendente y descendente) viajan a través de una fibra óptica dedicada.



Diversificación Total. Con esta configuración, se establece, además de un enlace de dos fibras entre el divisor de cabecera y el OLT, una conexión bifibra entre los diferentes divisores de etapa y los ONT, mallando la red de unos divisores a otros, y diversificando la señal de unos divisores a otros (antes independientes entre si).

La ONU/ONT tiene bloques funcionales similares a la OLT, con la diferencia que para el manejo del tráfico en lugar del bloque de conexión cruzada se especifica la función MUX y DEMUX de servicio. Las ONUs/ONT proveeen funcionalidades de capa 2 y capa 3, los cuales permiten el ruteo del tráfico interno en la ONU. EL diseño y costos de la ONU son factores clave para el desarrollo de la tecnología PON utilizada.

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Para conectar la OLT con la ONT con datos, se emplea un cable de fibra óptica para transportar una longitud de onda de downstream. Mediante un pequeño divisor pasivo que divide la señal de luz que tiene a su entrada en varias salidas, el tráfico downstream 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 o una topología en árbol. Los datos upstream desde la ONT hasta la OLT, se distribuyen en una longitud de onda distinta para evitar colisiones con la transmisión downstream, se agrega por la misma unidad divisora pasiva permitiendo que el tráfico sea recolectado desde la OLT sobre la misma fibra óptica que envía el tráfico downstream.

Arquitectura básica red GPON

Para el tráfico downstream 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). Para el tráfico upstream los protocolos basados en TDMA (Time Division Multiple Access) 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. Un beneficio añadido es la escalabilidad que tienen las redes de fibra óptica gracias al empleo de multiplexación por división de longitud de onda (WDM), 22

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tecnología que permite aumentar el ancho de banda disponible multiplexando varias señales con diferentes longitudes de onda sobre una única fibra óptica. Esto implica que, una vez realizado el despliegue de fibra, no es necesario hacer cambios sobre el para aumentar la capacidad de la red. Si tenemos desarrollada una red GPON, podremos evolucionar a XGPON (tasas de 10Gbps compartidos), WDM PON (1 Gbps simétrico para cada usuario) y 10G-PON (10 Gbps simétricos para cada usuario) sin que la modificación de la infraestructura de fibra suponga un gasto añadido. Esto presenta una ventaja respecto a las redes basadas en cobre, ya que los cables Ethernet se clasifican en categorías según la tasa de transmisión soportada y por tanto, si queremos aumentar la capacidad de la red debemos cambiar el cableado a una categoría superior. Capa Física Las normativas ITU-T G.984.1 y G.984.2 establecen la velocidad y capacidad de la línea en cada sistema, así como los requerimientos del medio físico necesario para otorgar dicho servicio. En GPON, se transmite bajo una fibra, o bajo dos fibras ópticas en el enlace OLT-ONT. En función de una u otra configuración, el funcionamiento en bandas ópticas es diferente. Así pues, las bandas de transmisión en longitud de onda para cada canal (ascendente y descendente), son las definidas asi: 

1 fibra. 1260-1360nm (Upstream) y 1480-1500nm (Downstream)



2 fibras. 1260-1360nm (Upstream) y 1260-1360nm (Downstream)

Esta transmisión, también según la normativa G.984.2, debe realizarse bajo fibra monomodo optimizada para 2ª ventana, según se especifica en la normativa ITUT G.652 para este canal de transmisión. La transmisión en 2ª ventana es aquella banda de longitudes de onda con un máximo en 1310 nm, y comprendida entre 1190 – 1390 nm. Para la transmisión de luz, el estándar también fija un código de línea determinado, siendo éste el NRZ o sin retorno a cero (Non Return to Zero)

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pseudoaleatorizado. La señal binaria es codificada usando pulsos rectangulares, que no son más que amplitudes modulares con código determinado. La señal fluctúa entre +1 y -1 en función de si hay luz o no (bit=1, bit=0),

Código de Línea NRZ

En cuanto al número de saltos y divisores ópticos permitidos por la red, el estándar G.984.2 establece un máximo de hasta 128 divisores por cada OLT de cabecera. Además, la normativa incluye una serie de divisores genéricos, siendo estos: 1:16, 1:32, y 1:64. Según el dato anterior, podemos calcular el máximo de usuarios permitidos por OLT asi: Usuarios Máximos: 128 (Divisores/OLT) * 64 (Usuarios / Divisor) = 8192 Usuarios / OLT Como beneficio en esta red, vemos una reducción de instalación de nodos OLT (equipo activo) aumentando el número de divisores (elemento pasivo), que son considerablemente más económicos, y por tanto, reducimos el coste global de despliegue de la red GPON. El número de divisores instalados influye en las pérdidas por atenuación de la red. Estos elementos, introducen un nivel de pérdidas en la red que, sumado a los de otros elementos pasivos y a las pérdidas de la propia fibra óptica, suponen un nivel global de pérdidas que permiten clasificar la red GPON en 3, en función de su calidad. Así pues, existen tres tipos de redes GPON en función de su calidad, asociadas a un rango de pérdidas determinado entre el OLT de cabecera y el ONT de usuario final asi:

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Tipos de redes GPON en base a Calidad

La calidad, se encuentra directamente asociada a dos parámetros muy importantes de la red, que son la capacidad nominal de la red, y la distancia máxima de enlace. Así pues, se establece una serie de conjuntos de velocidad, asociados a un canal determinado (ascendente y descendente). Independientemente de la capacidad final de la red. El usuario final puede disfrutar de diversas velocidades, sin necesidad de tener que contratar el máximo de velocidad ofrecido por la red. Así pues, para ofrecer ciertas cotas de capacidad, es necesario tener un tipo de ODN mínimo determinado. No es factible, por ejemplo, otorgar un servicio de máxima capacidad 2,5 Gbps mediante una red ODN/C. Para ello, el estándar establece las siguientes asociaciones entre paquetes de velocidad y clase de ODN.

Capacidades Nominales respecto al tipo de red

En cuanto a la distancia permitida entre el OLT y el ONT, que garantiza las cotas de capacidad de la tabla anterior, el estándar GPON establece: 25

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

Alcance lógico. Es la distancia máxima permitida para la gestión del enlace por capas superiores: MAC, IP, etc. Esta distancia es de hasta 60 km entre el OLT de cabecera y el ONT de usuario.

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Alcance físico. Es la distancia máxima de cable físico instalado entre el OLT de cabecera, y el ONT de usuario final, siendo ésta de hasta 20 km.

10. ELEMENTOS DE UNA RED GPON

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OLT (Optical line termination)

Es el dispositivo activo situado en la central. De él parten las fibras ópticas hacia los usuarios (cada OLT suele tener capacidad para dar servicio a varios miles de usuarios). Agrega el tráfico proveniente de los clientes y lo encamina hacia la red de agregación. Realiza funciones de router para poder ofrecer todos los servicios demandados por los usuarios.



ONT (Optical Network Termination)

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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 ethernet 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).

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.



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.

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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%) 

Divisor opttico (Splitter)

El dispositivo de ramificación óptico bidireccional utilizado en PONs punto a multipunto (P2MP), que tiene una entrada desde el puerto F1 y múltiples puertos de salida, se denomina divisor óptico o simplemente divisor (splitter, en inglés). Los divisores se consideran pasivos al no precisar de una fuente de energía externa, salvo el haz de luz incidente.



Cable de Fibra Óptica

Medio de transmisión óptico de datos de alta velocidad.

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

MDU (Multi Dwelling Unit): Unidad de Estación Múltiple.

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: 

MDU XDSL. Termina la fibra óptica que llega de la central telefónica. Utiliza 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.



MDU con interfaces fast o Giga ethernet. 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.

11. CONCLUSIONES



Con el desarrollo de esta tecnología, se puede obtener una red óptica en su totalidad, en donde la información viaja en longitudes de onda, independientes en cada servicio, mejorando así su calidad.



GPON ha superado las grandes distancias, llegando hasta los abonados con un recorrido de hasta 20 kilómetros desde la central, mejorando a la tecnología DSL que cubre una distancia de 5km. Esto ha generado un cambio definitivo que solucionará los problemas de acceso a internet.



Para los usuarios es indiferente la infraestructura mediante la cual se le provea los servicios que solicitan, lo que requieren son mejores precios con una mayor calidad.



La migración a una nueva tecnología conlleva cambios en equipos activos y pasivos, pero se debe tomar en cuenta que utilizar las tecnologías GPON no produce cambios bruscos en la red, ya que dichas tecnologías usan como plataformas base el Ethernet, el cual actualmente está implementado en todas las redes de los proveedores de servicios. 29

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

La utilización de elementos pasivos consigue abaratar de una manera muy considerable el coste de despliegue de la red. Por otra parte, también se consigue ahorra en el mantenimiento de la red, ya que los elemento pasivos no requieren tanta atención como los activos, y al mismo tiempo son más baratos.

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Aumentan la calidad del servicio y simplifican el mantenimiento de la red, al ser inmunes a ruidos electromagnéticos, no propaga las descargas eléctricas procedentes de rayos.

12. BIBLIOGRAFIA 

Torres García, José. Análisis y Evaluación Comparada de redes de acceso GPON Y EP2P. s.l. Gestión Académica FIB, 2009



Wikipedia. Asymmetric Digital Subscriber. https://es.wikipedia.org/wiki/GPON



Diseño de seguridad en una Red GPON orientada a servicios X-Play. https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/PLAY.pdf



Academia. REDES GPON. https://www.academia.edu/20655752/REDES_GPON



SlideShare. GPON Diapositivas https://www.slideshare.net/diarknezs/gpondiapositivas?from_action=save



Prezi. Estructura de una Red GPON. https://prezi.com/fd0fjh-2pmmh/estructura-de-red-gpon/



http://bandabase.com/redes-de-acceso-ftth-hfc/

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https://articulo.mercadolibre.com.pe/MPE-419610161-ingeniero-enredes-de-fibra-optica-tecnologia-gpon-pol-ffth-_JM



https://ri.itba.edu.ar/handle/123456789/787



http://www.ramonmillan.com/tutoriales/gpon.php

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