• Author / Uploaded
• Jossue

Citation preview

25/08/2015

Ingeniería en Telecomunicaciones Dagoberto Chávez A.

Redes de Comunicación TEL 409 4to Periodo 2015

SEGUNDO PARCIAL

SEGUNDO PARCIAL CONTENIDO 1. Multiplexación Por División de Longitud de Onda Densa (DWDM)

3. Redes de Acceso 4.1 Definición 4.2 Tipos de Acceso

2.1 Repaso Fibra Óptica 4. 2.2 Multiplexación por División de Longitud de Onda. 2.3 Definición y Estructura 5. 2.4 DWDM 2.4 Redes DWDM

2. Redes Ópticas de Transporte. OTN 3.1 Definición y Estructura 3.2 Estándares 3.3 Redes OTN

Redes xDSL 4.1 Definición. Tipos 4.2 Arquitectura ADSL

Redes HFC 5.1 Definición 5.2 Arquitectura

6. Redes Ópticas Pasivas. PON 6.1 Definición. 6.2 Tipos de Acceso

1

25/08/2015

DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing 2.DWDM 2.1 Fibra Óptica. Repaso. 2.2 Modulación en Fibra Óptica 2.3 WDM y DWDM 2.4 Redes DWDM OBJETIVOS: Al final de esta unidad el alumno podrá explicar el proceso de multiplexación utilizado en las transmisiones por Fibra Óptica. Describir los tipos de redes y enumerar las aplicaciones y la tendencia actual de estos sistemas.

Fibra Óptica Repaso  Utiliza la luz como frecuencia portadora.  Gran capacidad de transmisión (por la posibilidad de emplear pulsos cortos y bandas de frecuencias elevadas).  Reducida atenuación de la señal óptica.  Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas.  Cables ópticos de pequeño diámetro, ligeros, flexibles y de vida media superior a los cables de conductores.  Bajo costo a causa de la abundancia del material básico empleado en su fabricación (óxido de silicio).  Continuo desarrollo y mejoras.

2

25/08/2015

Fibra Óptica Repaso ¿Qué es la Fibra Óptica? La luz como medio de transmisión fue concebido hace mucho tiempo. Como los espejos que reflejan la luz solar para enviar señales. La fibra óptica es un filamento de vidrio (compuestos de cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), por el cual viaja un rayo de luz. El rayo de luz es el que contiene la información a transmitir. En general, el transmisor óptico de un sistema de comunicación por fibra óptica está compuesto por un modulador y una fuente de luz asociada con su circuito (DRIVER).

Fibra Óptica Repaso  Implementación relativamente larga.  Costo de infraestructura relativamente elevado.  Sujeta a daños físicos.

3

25/08/2015

Fibra Óptica Repaso Rayo de luz refractado Cubierta

Revestimiento

n2 n1

-

Núcleo Rayo de luz reflejado

n = Índice de refracción n1 > n2 permite reflexión interna total

Ley de Snell

Fibra Óptica Repaso Tipos de Fibras En la actualidad se utilizan dos tipos de Fibras Ópticas. Monomodo.

Multimodo

Mas nuevo Distancias mayores (120Km) Mayor capacidad Mantiene integridad

Inicialmente usado Distancias cortas (70 Km) Menor capacidad

Cristal de revestimiento Cristal de revestimiento Cristal de núcleo

Señales de luz

Señales de luz

4

25/08/2015

Fibra Óptica MODULACIÓN EN FO Consiste en “modular” la onda de luz. Se utilizan dispositivos electrónicos que generan luz. LEDs. Diodos Emisores de Luz. Diodos Laser La modulación óptica puede ser Directa, donde la fuente de luz es modulada directamente por una inyección de corriente electrónica, proveniente del circuito “driver”, O puede ser una modulación Externa, donde la luz es primero generada por la fuente óptica y después a través de un modulador externo es modulada. Siendo la luz como otra onda electromagnética posee una frecuencia así como una longitud de onda y puede ubicarse en el espectro electromagnético

Fibra Óptica ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

5

25/08/2015

Fibra Óptica MODULACIÓN EN FO Se identifican señales de luz (frecuencias) mas favorables de transmitir, identificadas como Ventanas: Que son regiones del espectro donde las características de transmisión de las fibras se presentan más favorables, por ejemplo, donde su atenuación es más reducida. La primera ventana se encuentra centrada alrededor de 850 nanómetros. Los primeros sistemas de transmisión por fibra operaron en esta ventana, debido a la disponibilidad de fuentes y fotodiodos funcionando a esas longitudes de onda. La constante de atenuación de la fibra en esta ventana es del orden de 2 a 5 dB/km.

Fibra Óptica MODULACIÓN EN FO La segunda ventana se ubica cerca de la longitud de onda de 1310 nm, región de mínima dispersión para las fibras de salto de índice estándar. En esta ventana, la fibra posee una constante de atenuación de unos 0,5 dB/km. La tercera ventana, o ventana de mínima atenuación (0,2 dB/km), corresponde a las longitudes de onda próximas a 1550 nm. Las distintas ventanas se han ido descubriendo a medida que la tecnología láser ha ido avanzando. Todas las ventanas actualmente utilizadas corresponde a la zona infrarroja del espectro

6

25/08/2015

Fibra Óptica MODULACIÓN EN FO

Los últimos desarrollos han sido en a la Tercera Ventana y se han identificado Bandas (como en las frecuencias) En la figura se observa el comportamiento de la atenuación de la FO conforme varía la longitud de onda.

WDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA CONCEPTO DE WDM  Se diseñó para utilizar la capacidad de alta tasa de datos de la fibra. Conceptualmente es la misma que FDM, excepto que involucra señales luminosas de frecuencias muy altas.

7

25/08/2015

WDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA  Es un sistema de transmisión de fibra óptica multicanal en el que una fibra transmite una serie de señales en los canales proporcionados por portadoras ópticas de diferentes longitud de onda.  Se combinan múltiples haces de luz dentro de una única luz en el multiplexor.  Combinar y dividir haces de luz se resuelve fácilmente mediante un Prisma.  Un prisma curva un rayo de luz basándose en el ángulo de incidencia y la frecuencia.

WDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA  WDM resulta en una optimización de la capacidad de transmisión de la fibra.  La expansión es mucho más fácil, ya que solo se requiere el aumento de los transpondedores de luz ; además existe independencia entre las longitudes de onda de la portadora óptica.  Se ahorra espacio y energía en las estaciones intermedias.  Los elementos del sistema WDM básico, son un par de terminales y un amplificador de línea, y son compartidos por un número de canales.

8

25/08/2015

WDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA

Las señales monocromáticas de diferentes λ (λ1, λ2, λ3, …. λn,) son generadas por láseres y conducidas por n fibras hasta el Multiplexor

El multiplexor combina las señales que le llegan en una señal poli cromática que se envía a una sola fibra para su transmisión.

El demultiplexor separa las diferentes λ de la señal policromática para su correspondiente procesamiento

WDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA

9

25/08/2015

WDM  El uso de los amplificadores en línea es más económico que el conocido como Regeneradores 3R (Reconfiguración, Re-programación y Re-generación) que convierten la señal óptica degradada en eléctrica, la amplifican y la vuelven a convertir en óptica mediante un diodo láser, para inyectarla de nuevo en la fibra óptica, todo un proceso complejo y que introduce retardos debido a los dispositivos electrónicos por los que ha de pasar la señal.  Por el contrario un amplificador óptico en el sistema de línea (amplificador en línea) amplifica las señales ópticas del canal.  El uso de amplificadores ópticos permite además una mayor flexibilidad en la tasa de bits transmitidos.

WDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA

10

25/08/2015

WDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA  Los primeros sistemas WDM usaron 2 longitudes de onda centradas en las ventanas de 1310 nm y 1550 nm.  Posteriormente en 2002 el UIT-T, mediante la Recomendación G-694.2; define C-WDM (Coarse-WDM) y una Banda Óptica 18 λs entre 1,270 y 1,610 nm con una guarda entre cada una de 20 nm.  En la figura de la Atenuación se observa que alrededor de 1,400 nm existe una atenuación alta debido a un pico de absorción. Se fabrican fibras con este pico de absorción compensado.

DWDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA DENSA  Luego UIT-T ( Rec. G.692) establece el DWDM (Dense WDM). Esta Recomendación define y da valores para los parámetros de las interfaces ópticas de sistemas entre centrales y de larga distancia con un objetivo de distancia de 160 km sin amplificadores de línea y con un objetivo de distancia de 640 km con amplificadores de línea.  La Recomendación G-694.1 define las bandas ópticas de 20 a 40 λ’s, entre 1530 y 1570 nm. Identificada como la Banda de 1550 nm. Así es posible combinar más canales reduciendo el espacio entre ellos.

11

25/08/2015

DWDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA DENSA  Esta Recomendación permite que se puedan conseguir 40, 80, 160 o 320 canales ópticos separados entre si 100 GHz, 50 GHz, 25 GHz o hasta 12.5 GHz respectivamente.

DWDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA DENSA  Este desarrollo tecnológico hizo que se replanteara la Banda usada de 1530 – 1610 nm, espaciado entre canales de 0,8 nm y 1,6 nm identificada como la banda C (1550 nm).  En teoría una FO con DWDM puede alcanzar hasta 1,600 GB/s ( 1.6 TB/s). Cada portadora óptica forma un canal óptico que es tratado independientemente del resto de canales que comparten el medio y contener diferente tipo de trafico.  De esta manera se puede multiplicar el ancho de banda efectivo de la fibra óptica, así como facilitar comunicaciones bidireccionales.

12

25/08/2015

DWDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA DENSA Más Colores

DWDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA DENSA

13

25/08/2015

DWDM MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA DENSA

DWDM REDES Y EQUIPOS  En términos generales las redes DWDM constan de los siguientes elementos:  Transpondedores  OTM: Multiplexores Ópticos Terminales.  ADMO: Multiplexores Ópticos de Extracción/Inserción  Amplificadores:  de Potencia

 Pre Amplificador o Amplificador de Recepción  Amplificador de Línea

14

25/08/2015

DWDM REDES Y EQUIPOS λ2

Canales Extraídos

Canales Añadidos

λ1

DWDM REDES Y EQUIPOS TRANSPONDEDORES  Un transpondedor convierte la señal eléctrica del equipo terminal en señal óptica y desempeña la función 3R. Esta señal eléctrica es, por consiguiente, usada para dirigir un láser DWDM.  Cada transpondedor, convierte está señal "cliente" en una longitud de onda levemente diferente. Las longitudes de onda provenientes desde todos los transpondedores de un sistema son entonces multiplexadas ópticamente.  En la dirección del receptor se efectúa el proceso inverso. Las longitudes de onda alimentan a un transpondedor individual, el cual convierte la señal óptica en eléctrica y conduce una interfaz estándar hacia el "cliente“.

15

25/08/2015

DWDM REDES Y EQUIPOS TRANSPONDEDORES  Los transpondedores actuales no emiten a una frecuencia fija, sino que pueden sintonizarse para trabajar con cualquier longitud de onda.  Esto ha permitido redes ópticas inteligentes, con capacidad de provisión dinámica del ancho de banda, encaminamiento, protección y restauración (OTN).  Los transpondedores son los únicos puntos donde se realiza conversión electroóptica dentro de los sistemas DWDM, así añaden bytes de sobrecarga (encabezados) que soportan la gestión y el control del canal óptico, con una funcionalidad y fiabilidad semejante a la trama SDH.

DWDM REDES Y EQUIPOS MULTIPLEXORES  Como ya se mencionó, existen multiplexores ópticos que combinan las diferentes longitudes de Onda.  Estos conforme a su función son instalados sea en estaciones terminales o en estaciones intermedias.  Conforme a tal función se han desarrollado también multiplexores ópticos de inserción/extracción (ADMO).  Típicos diagramas de bloques funcional de estos multiplexores se muestran en las figuras siguientes.

16

25/08/2015

DWDM REDES Y EQUIPOS

DWDM REDES Y EQUIPOS

17

25/08/2015

DWDM REDES Y EQUIPOS AMPLIFICADORES  Los amplificadores tradicionalmente empleados en sistemas DWDM de larga distancia son los amplificadores de fibra dopada con Erbio o EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier).  El Erbio es un elemento, perteneciente a las denominadas “tierras raras”, que cuando es excitado genera luz en el entorno de la tercera ventana de comunicaciones ópticas.  En un EDFA la señal generada a 980 o 1,480 nm por un láser de bombeo entra junto a la señal a amplificar, en una fibra dopada con iones de Erbio, consiguiéndose de esta manera hasta 125 dB de ganancia.

DWDM REDES Y EQUIPOS AMPLIFICADORES  Esta luz inyectada estimula a los átomos de Erbio, produciendo la emisión de luz a 1,550 nm; de modo que mientras este proceso continúa a lo largo de la fibra, la señal de entrada al EDFA se vuelve más fuerte.  Las emisiones espontáneas en el EDFA también añaden ruido a la señal y de trabajar en puntos de ganancia inadecuados pueden producirse también no linealidades o interferencias entre los distintos canales.  Cuando se trabaja con canales de 10 Gbps o más, son necesarias fibras con compensación de dispersión o DCF (Dispersion Compensation Fiber).

18

25/08/2015

DWDM REDES Y EQUIPOS

DWDM ARQUITECTURA DE REDES  Las arquitecturas de redes están basadas en varios factores: tipos de aplicaciones y protocolos, distancia, utilización y estructura de acceso, y topologías de redes anteriores.

 Por ejemplo, topologías punto-a-punto pueden ser usadas para conectar puntos de empresas, topología de anillo para conectar instalaciones Inter.-oficinas y para acceso residencial, y topologías de malla pueden ser usadas para conexiones Inter Punto-a-punto y en backbones.

19

25/08/2015

DWDM ARQUITECTURA DE REDES REDES PUNTO A PUNTO.  La topología punto-a-punto puede ser implementada con o sin ADMOs.  Estas redes están caracterizadas por velocidades de canales de10 a 40 Gbps, alta integridad y confiabilidad de la señal, y rápida restauración de trayectoria.  En redes de larga distancia, la distancia entre transmisor y receptor puede ser varios cientos de kilómetros, y el número de amplificadores requeridos entre ambos puntos, es típicamente menor que 10. En redes MANs, los amplificadores no son necesarios frecuentemente.

DWDM ARQUITECTURA DE REDES REDES PUNTO A PUNTO.  La protección en topologías punto-a-punto puede ser provista en una trayectoria doble.  En los equipos de primera generación, la redundancia es a nivel del sistema. Trayectorias paralelas conectan sistemas redundantes a ambos extremos.  En los equipos de segunda generación, la redundancia es a nivel de tarjeta. Líneas paralelas conectan un solo sistema en ambos extremos que contienen transpondedores, multiplexores y CPUs redundantes.  Un esquema de este tipo de topología se puede observar en la Figura siguiente.

20

25/08/2015

DWDM ARQUITECTURA DE REDES REDES PUNTO A PUNTO.

DWDM ARQUITECTURA DE REDES REDES EN ANILLO.  Los anillos son las arquitecturas más comunes encontradas en áreas metropolitanas y en tramos de unas pocas decenas de kilómetros. La fibra anillo puede contener sólo cuatro canales de longitudes de onda, y típicamente menos nodos que canales. El Bit Rate está en el rango de los 622 Mbps a los 10 Gbps por canal.  Con el uso de ADMOs, los que bajan y suben longitudes de onda en forma transparente, las arquitecturas de anillo permiten a los nodos tener acceso a los elementos de red, tales como routers, switches y servidores, con la subida y bajada de canales de longitudes de onda en el dominio óptico.

21

25/08/2015

DWDM ARQUITECTURA DE REDES REDES EN ANILLO.  Con el incremento en el número de ADMOs, la señal está sujeta a pérdidas y se pueden requerir amplificadores.  Para la protección en esta topología se utiliza el esquema 1+1. Se tiene dos líneas de conexión, la información se envía por una de ellas. Si este anillo falla, se conmuta la trayectoria al otro anillo.  Un esquema de esta topología se puede observar en la Figura siguiente.

DWDM ARQUITECTURA DE REDES REDES EN ANILLO.

22

25/08/2015

DWDM ARQUITECTURA DE REDES REDES EN MALLA.  La arquitectura de malla se considera el futuro de redes ópticas.  Como las redes evolucionan, las arquitecturas de anillo y punto-a-punto tendrían un lugar, pero la malla sería la topología más robusta.  Este desarrollo sería facilitado por la introducción de los OxCs (Optical Cross-Connects) y switches configurables, que en algunos casos reemplazarían, y en otros complementarían, a los dispositivos DWDM fijos.  Desde el punto de vista del diseño, hay una evolución desde topologías de punto-a-punto y malla.

DWDM ARQUITECTURA DE REDES REDES EN MALLA.

23

25/08/2015

DWDM ARQUITECTURA DE REDES REDES EN MALLA.

OTN Redes De Transporte Ópticas 3.OTN 3.1 Fibra Óptica. Repaso. 3.2 Modulación en Fibra Óptica 3.3 WDM y DWDM 3.4 Redes DWDM OBJETIVOS: Al final de esta unidad el alumno podrá explicar el proceso de multiplexación utilizado en las transmisiones por Fibra Óptica. Describir los tipos de redes y enumerar las aplicaciones y la tendencia actual de estos sistemas.

24

25/08/2015

REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS  La Red De Transporte Óptica OTN es considerada la siguiente generación de redes SDH y SONET. Ofrece capacidades de Tera bits/segundo usando DWDM. Las capacidades de las señales clientes también han sido aumentadas pudiendo manejar velocidades de 1, 2.5, 10 y 40 Gb/s. Ofrece un transporte transparente a las señales cliente tanto en bits como en temporización. Multiplexando varios servicios sobre longitudes de onda. Las capacidades de OAM han sido mejoradas superando a SONET y SDH.

REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS Ofrece esquemas de protección Lineal, en anillo y una configuración nueva definida como Malla Compartida. La OTN es una nueva red de transporte de paquetes totalmente óptica e integrada por una serie de elementos de red que suministran las funciones de transporte, multiplexación, enrutamiento, supervisión y protección contra fallas, a las señales de los clientes que son procesadas en el dominio óptico. La OTN es una tecnología estandarizada por la ITU-T en la Recomendación G.709.

25

25/08/2015

REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS G.709 define las interfaces de la OTN con relación a la jerarquía óptica de transporte (Optical Transport Hierarchy (OTH), el encabezado (OVERHEAD) en redes WDM, la estructura de las tramas, las tasas de bits y los formatos para los datos de los clientes. La OTH combina la multiplexación óptica y eléctrica bajo un marco común, consta de protocolos estándares que deben ser capaces de soportar múltiples servicios. OTN es una arquitectura basada en canales ópticos trasportados sobre una determinada longitud de onda la cual es definida por capas.

OTN DESCRIPCIÓN  El enfoque de OTN puede considerarse como: Envolver digitalmente las señales cliente. Estas “envolturas” pueden ser monitoreados en tránsito Este monitoreo implica:  Seguimiento:  Verificación de conectividad  Vigilancia de la conexión: de extremo a extremo, o en segmentos  Señales de mantenimiento  OTN establece canales de comunicación genéricos, porque se mantiene en ambiente totalmente óptico

26

25/08/2015

OTN DESCRIPCIÓN

Carga Útil (Transparente) Multiplexación OTN

Canal Óptico

OTN DESCRIPCIÓN

Multiplexación OTN

27

25/08/2015

OTN ARQUITECTURA  La estructura en capas de OTN se compone de Redes Digitales De Capa De Trayecto (ODU: Optical Channel Data Unit) y Redes De Capa De Sección (OTU: Optical Channel Transport Unit). ODU

O Capas Digitales

O T

T H

OTU

N OCh Entidades de Entidades de Configuración del Gestión de Señal Espectro

Capa OCh

Media

Fibra

OTN ARQUITECTURA  La estructura en capas se detalla de la siguiente forma: •

OPUk: optical channel payload unit-k

•

ODUk: optical channel data unit-k

•

OTUk: completely standardized optical channel transport unit-k

•

OTUkV: functionally standardized Optical channel transport unit-k

•

OCh: optical channel with full functionality

•

OChr: optical channel with reduced functionality

•

OMS: optical multiplex section

•

OTS: optical transmission section

•

OPS: optical physical section

•

OTM: optical transport module

IP/MPLS ATM

EthernetSTM-N

OPUk ODUk (ODUkP and ODUkT) OTUk

OTUkV

OTUk

OTUkV

OCh

OChr

OMSn OTSn

OPSn

OTM-n.m

OTM-0.m OTM-nr.m

28

25/08/2015

OTN ESTRUCTURA DE CONTENCIÓN OTM.n.m Señal Cliente

ODUk OH OTUk[V] OH OChOH

OCCo

OCCo

Gestión Común OCCo de OH

OTM-n.m

OH No Asociado

OMU-n.m

OPUk ODUk

OCh OCG-n.m

λn

Carga Útil OPUk

FEC

Carga Útil OCh OCCp

OCCp

OCCp

OTM-n. m

OPUk OH

λ2 λ1 λ OSC Encabezado OTM (OOS: OTM Overhead Signal)

OMSn OH

OTSn OH

OOS

OTN ESTRUCTURA DE CONTENCIÓN  “n” es el máximo número de longitudes de onda que se soportan a la Tasa de Bits más baja que puede transportar una longitud de onda.  “m” es igual a 1, 2, 3, 12, 23 o 123.  OTS_OH, OMS_OH, OCh_OH and COMMS OH son campos de información que están contenidos en el OOS.  El Canal Óptico Supervisor (OSC) se usa para transmitir los OSS.

29

25/08/2015

OTN ESTRUCTURA DE CONTENCIÓN OTM.nr.m Señal Cliente

OPUk payload

ODUk OH OTUk[V] OH

λ16 OTM-16r.m

OPUk OH

OPUk ODUk

OChr

λ2 λ1

FEC

OCh payload

OCG-nr.m OCCp

OCCp

OCCp

OTM-nr.m

 Separación de canales fijos, irrelevante para la velocidad de la señal.  1 < n ≤ 16; m = 1, 2, 3, 12, 23, or 123  Sin canales de supervisión ópticos

OTN PUERTOS Operador de Red B

Operador de Red A

Operador de Red C

OTM NNI IaDI-IrVI

OTM UNI OTM NNI IaDI-IaVI

OTM NNI IaDI-IaVI

Proveedor X

Proveedor Y

OTM NNI IrDI

 User to network interface (UNI): Interface Usuario-Red  Network node interface (NNI): Interface Nodo-Red  Inter-domain interface (IrDI) : Interface Inter Dominio (Entre Operadores)  Intra-domain interface (IaDI): Interface Intra Dominio (Entre Redes)  Entre equipos provistos por diferentes fabricantes (IrVI)  Dentro de Sub Red de un Fabricante (IaVI)

30

25/08/2015

OTN PROCESO DE MULTIPLEXACIÓN OTM-0.m

OTM-nr.m

OCCr

i

1 ≤ i+j+k ≤ n OCG-nr.m

j

OCCr

1 1

OChr

OChr

k

1

1 OTU3[V]

OCCr

1

OChr

OTM-n.m

OCG-n.m

j

OCC

1

1

OPU3

1

1

1

16 4 ODU2

1

Client signal OPU2

1

ODTUG2

OCh

1

OTU1[V]

4

1

ODU1

OCh

1

OPU1

Client signal

1 ≤ i+j+k ≤ n

OCC

Client signal

1 ODU3

ODTUG3

1 OTU2[V]

i

1

k 1

OCC

OSC

1

1

OCh

1

Multiplexación OOS

OTS, OMS, OCh, COMMS

Mapeo

REDES DE ACCESO 4. REDES DE ACCESO 4.1 Definición de Acceso. 4.2 Tipos de Acceso 4.3 Red de Cobre y X DSL 4.4 Redes HFC 4.5 PON OBJETIVOS: Al final de esta unidad el alumno podrá explicar el concepto y utilización de las redes de acceso; así como describir las características principales de los diferentes tipos de redes.

31

25/08/2015

REDES DE ACCESO DEFINICIÓN  Como se ha mencionado en ocasiones anteriores mediante las Redes de Acceso, se llega hasta el usuario final.  En la actualidad y dada la gran cantidad de servicios y tecnologías ofrecidos a través de los Núcleos (Centrales Telefónicas, Routers, Switch, etc.) esta forma de llegar puede hacerse de varias maneras.  No obstante se pueden clasificar en dos grandes grupos: Redes de Acceso Alámbricas Redes de Acceso Inalámbricas  Se tratará solamente el caso de redes de Acceso Alámbricas.

REDES DE ACCESO REDES DE COBRE  Como se conoce las redes actuales tienen su base en la POTS, en la cual se usó redes de acceso constituida por cables Multipares de cobre.  Por lo tanto, la tradicional Red de Cobre fue la primera de estas redes.  Conceptualmente se parte con cables de grandes capacidades y conforme a la ubicación de los usuarios, abonados o clientes, se van separando las capacidades.  Existen limitaciones físicas y de costos para escoger la forma de instalación de estos cables.  Es muy difícil técnicamente y muy caro distribuir cables de capacidades altas de forma aérea, por ejemplo.

32

25/08/2015

REDES DE ACCESO REDES DE COBRE Cables Secundarios

LE

Caja Terminal

Capacidades menores, máximo 600 pares

Armario Cables Primarios Alta Capacidad típicamente de miles de pares telefónicos

Cámaras

Unión de Cables Subterráneos (Primarios) y Aéreos (secundarios)

Unión de cables primarios y cambios de rutas y/o derivaciones

REDES DE ACCESO REDES DE COBRE  Los cables secundarios se van distribuyendo a través de la ubicación de los clientes.  Se unen mediante cajas de empalme y allí mismo se pueden derivar cables de menor capacidad.

33

25/08/2015

REDES DE ACCESO REDES DE COBRE  Las cajas terminales son los puntos a partir del cual se distribuyen los diversos abonados.  A partir de éstas salen las líneas de acometida (cable de dos pares) que llevan el servicio telefónico.

OPTIMIZACIÓN DE LA RED DE COBRE  La red de cobre fue utilizada por mucho tiempo, sin embargo; con el tiempo sobresalieron sus desventajas:  Costo sumamente elevado.  Dificultad para desarrollar la red de cobre (Tiempo y Dinero).

 La competencia abrió campo a nuevas tecnologías.  Necesidad de rápida implementación  Optimización de costos.  Utilización de infraestructura existente.

 Existiendo una gran inversión (“cable enterrado”), se buscaron formas de explotarlo.  Una de las primeras formas de optimización, fue el multiplicador de pares.

34

25/08/2015

OPTIMIZACIÓN DE LA RED DE COBRE MULTIPLICADOR DE PARES

Basado principalmente en PCM, con terminales de línea adecuados para el cobre.

 Pero surgen necesidades con otros tipos de tráfico.  El cobre tiene una atenuación muy alta y un ancho de banda reducido para transmitir datos u otro tipo de nuevos servicios.  Surgen varias opciones con el objeto de “digitalizar” la red del abonado.

xDSL xDSL: Digital Subscriber Line Línea Digital De Abonado de tecnología x La línea digital de abonado pretende recuperar la red de cobre para transmitir cualquier tipo de tráfico por esta. Surgen varias tecnologías con métodos de aprovechamiento diferente. Precisamente el prefijo x identifica la tecnología o técnica utilizada, además de características del servicio. Es indispensable que a la red de cobre se le de un buen mantenimiento. A través de procesos de modulación y multiplexación se aumenta el ancho de banda del cobre.

35

Servicio DSL

Velocidad(es)

Longitud max. de bucle (Kms)

Observaciones

ADSL (asimétrica) G.Lite o De 1 a 1.5 Mbps de “sin splitter”. bajada, de 64 a 384 Kbps de subida

5.5

Basado en codificación de Fase Amplitud Sin Portadora (CAP)

ADSL (asimétrica) G.DMT De 0.5 a 8 Mbps de o “velocidad completa” bajada, de 64 a 800 Kbps de subida

5.5

Basado en codificación Multi Tonos Discretos (DMT), Requiere un “Splitter” (Divisor) en el local del cliente para separar los tráficos de voz y datos.

RADSL (DSL asimétrica con velocidad adaptable) Servicio DSL

xDSL

De 0.6 a 7 Mbps de bajada, de 128 a 1024 Kbps de subida Velocidad(es)

7.6

Longitud max. de bucle (Kms)

El mismo ancho de banda del ADSL. Ajusta la velocidad sobre la marcha para acoplarse a la calidad de la línea,Observaciones como un módem analógico.

ADSL (asimétrica) G.Lite 1 a 1.5aMbps de (2 HDSL (DSL simétrica, de o De 0.768 1.5 Mbps, “sin velocidad splitter”. de bitios) bajada, detres 64 alíneas) 384 Kbps alta Mbps con de subida

5.5 3.6

ADSL (asimétrica) G.DMT De 0.5 a 8 Mbps de o “velocidad completa” bajada, de 64 a 800 Kbps de subida SDSL (DSL simétrica) De 384 a 768 Kbps

5.5

RADSL (DSL asimétrica con velocidad adaptable) HDSL-2 (simétrica)

De 0.6 a 7 Mbps de bajada, de 128 a 1024 Kbps De 1.5dea subida 2 Mbps

7.6

HDSL (DSL simétrica, de alta de bitios) ISDLvelocidad (ISDN – DSL, simétrica)

De 0.768 a 1.5 Mbps, (2 Mbps con tres líneas) 144 Kbps

3.6 5.5

SDSL (DSL simétrica)

De 384 a 768 Kbps

3.0

HDSL-2 (simétrica)

De 1.5 a 2 Mbps

3.6

El mismo desempeño de HDSL, pero utiliza solo una línea telefónica. Se pueden soportar mayores distancias con un repetidor

ISDL (ISDN – DSL, simétrica)

144 Kbps

5.5

Utiliza la misma codificación de línea 2B1Q de ISDN. Elude la red telefónica congestionada (una gran mejoría). Puede manejar distancias de hasta de 9 Kms con repetidores de señal.

3.0

3.6

xDSL Servicio DSL

Velocidad(es)

Longitud max. de bucle (Kms)

25/08/2015

Basado endos codificación de Fase A Requiere pares de alambres. Amplitudutilizada Sin Portadora menudo como (CAP) una alternativa al servicio de E1 (o T1). Se pueden soportar mayores Basado encon codificación Multi Tonos distancias un repetidor. Discretos (DMT), Requiere un “Splitter” (Divisor) en el local del El antecesor de HDSL-2. cliente para separar los tráficos de Configuraciones comunes incluyen: voz y datos. 784 Kbps (Codificación de línea 2B1Q) y 400 Kbps (Codificación de El mismo línea CAP)ancho de banda del ADSL. Ajusta la velocidad sobre la marcha para acoplarsede a HDSL, la calidad El mismo desempeño de la utiliza línea, solo comouna un línea módem pero telefónica. analógico. Se pueden soportar mayores distancias con un repetidor Requiere dos pares de alambres. A menudo como una de Utiliza la utilizada misma codificación alternativa de E1 la (o red T1). línea 2B1Qaldeservicio ISDN. Elude Se puedencongestionada soportar mayores telefónica (una gran distancias con unmanejar repetidor. mejoría). Puede distancias de hasta de 9 Kms con repetidores El antecesor de HDSL-2. de señal. Configuraciones comunes incluyen: 784 Kbps (Codificación de línea 2B1Q) y 400 Kbps (Codificación de línea CAP)

Observaciones

ADSL (asimétrica) G.Lite o De 1 a 1.5 Mbps de “sin splitter”. bajada, de 64 a 384 Kbps de subida

5.5

Basado en codificación de Fase Amplitud Sin Portadora (CAP)

ADSL (asimétrica) G.DMT De 0.5 a 8 Mbps de o “velocidad completa” bajada, de 64 a 800 Kbps de subida

5.5

Basado en codificación Multi Tonos Discretos (DMT), Requiere un “Splitter” (Divisor) en el local del cliente para separar los tráficos de voz y datos.

RADSL (DSL asimétrica con velocidad adaptable)

De 0.6 a 7 Mbps de bajada, de 128 a 1024 Kbps de subida

7.6

El mismo ancho de banda del ADSL. Ajusta la velocidad sobre la marcha para acoplarse a la calidad de la línea, como un módem analógico.

HDSL (DSL simétrica, de alta velocidad de bitios)

De 0.768 a 1.5 Mbps, (2 Mbps con tres líneas)

3.6

Requiere dos pares de alambres. A menudo utilizada como una alternativa al servicio de E1 (o T1). Se pueden soportar mayores distancias con un repetidor.

SDSL (DSL simétrica)

De 384 a 768 Kbps

3.0

El antecesor de HDSL-2. Configuraciones comunes incluyen: 784 Kbps (Codificación de línea 2B1Q) y 400 Kbps (Codificación de

36

25/08/2015

ADSL LÍNEA DIGITAL DE ABONADO ASIMÉTRICA  Optimizada para aquellos servicios en los que el tráfico es asimétrico. En una dirección es alto y en la dirección opuesta es bajo.  Ideal para el servicio de Internet.  Las acometidas hasta los clientes ya están instaladas.  Debe ser un servicio rápido de implementar.  El ancho de banda asignado permite hasta transporte de señales de TV.

ADSL ESPECTRO Banda alta

Amplitud

Banda baja

POTS

4 KHz

ADSL Flujo de subida

20 KHz

ADSL Flujo de bajada

1100 KHz

Frecuencia

37

25/08/2015

ADSL FORMAS DE PROCESAMIENTO En ASDL se utilizan principalmente dos técnicas de modulación para transmitir datos. CAP (Modulación de fase y amplitud sin portadora) que es una variante de la tecnología QAM. Este tipo de modulación fue ampliamente utilizada en los comienzos de ASDL pero nunca se estandarizó correctamente. No existe interoperabilidad entre el hardware de los distintos fabricantes. La libertad de escoger proveedores para ampliaciones se pone en precario.

ADSL FORMAS DE PROCESAMIENTO DMT (Modulación por multitono discreto) Consiste en el empleo de múltiples portadoras en lugar de sólo una. Cada portadora se modula por QAM. Cuando arranca el sistema, debe de haber una comprobación de los niveles en que se puede modular la señal para que llegue correctamente a su destino.

Para hacer frente al ruido, se sitúan más datos en las bajas frecuencias (menos susceptibles al ruido) que en las altas. Puede utilizar las técnicas FDM o cancelación de eco para conseguir un dúplex completo.

38

25/08/2015

ADSL CONFIGURACIÓN DEL SERVICIO MDF

Central POTS

Splitter Para servicio ADSL

PSTN Voz

IP-ATM

Local de cliente

Central ATM Datos

Oficina Central

Armario

DSLAM

Pedestal

Límite de la interfaz de red Máximo 5.5 Kms o 1300 Ohms

MDF: Bastidor de Distribución Principal DSLAM: Digital Subscriber Line Access Multiplexer

ADSL CONFIGURACIÓN DEL SERVICIO ADSL “Velocidad completa” G.DMT

Local del cliente Tel.

Solo voz

Voz y ADSL

NID

Splitter

2o. Tel.

Módem ADSL

PC

Dispositivo de Interface

39

25/08/2015

REDES DE ACCESO REDES HFC  Las redes de acceso conocidas como HFC son redes Híbridas de Fibra Óptica y Cable Coaxial.  Surgen como una evolución de las redes de distribución de televisión por cable.  Las primeras redes de TV ( en algunos países en los 50’s) fueron concebidas como redes de difusión, un solo sentido.  Al desarrollarse tecnologías como VoCable, o el Internet mismo, se hace necesario migrar estas redes a redes full dúplex (los 90’s).  Adelante las necesidades de mayores Anchos de Banda dan lugar a la introducción de la fibra óptica, en el “backbone” o red troncal.

REDES HFC EVOLUCIÓN Y ESPECTRO

40

25/08/2015

REDES DE ACCESO REDES HFC

Redes HFC ESTRUCTURA

♣CMTS: Cable Modem Termination System ♣HDT: Host Digital Terminal ♣VoD: Video on Demand ♣O/E: Óptico/Eléctrico ♣E/O: Eléctrico/Óptico

41

25/08/2015

Redes HFC ESTRUCTURA  La Cabecera es el centro desde el que se gobierna todo el sistema. Su complejidad depende de los servicios que ha de prestar la red.  En ella se encuentran equipos de procesamiento de señales y equipos de comunicación para descarga y envió de información de toda la red HFC.

Redes HFC ESTRUCTURA  La Red de Distribución es la encargada de la distribución de señales desde el NODO óptico (ONU) hasta cada uno de los usuarios de la red, recorriendo amplificadores de señal, dispositivos de distribución hasta llegar al cliente final. NODO OPTICO (ACTIVOS) FUENTE DE PODER (ACTIVOS) AMPLIFICADORES (ACTIVOS) DIVISORES DE SEÑAL (PASIVOS) COAXIAL (PASIVOS)

42

25/08/2015

Redes HFC ESTRUCTURA  Fuentes de Alimentación: Permite el suministro de potencia a los equipos activos de la red tales como Amplificadores, Nodos y la misma fuente, se alimenta del voltaje 110VAC de la red eléctrica y un voltaje de 90VAC para que enciendan y funcionen. Cuenta con un banco de baterías, que suministra respaldo en caso falle la energía eléctrica del sector.  También con un modulo de Gestión que permite el monitoreo remoto de la fuente en caso presente alguna alarma.

Redes HFC ESTRUCTURA Amplificadores: Elementos encargados de compensar las perdidas de señal ocasionadas por el cable coaxial en las Redes HFC, permiten mantener la ganancia unitaria en el sistema, es decir que no exista diferencia entre un punto de la red y otro.

43

25/08/2015

Redes HFC ESTRUCTURA  Dispositivos de Distribución: Para derivar a diferentes nodos de la red; existen de 7dB, 9dB, 12dB y 16dB, se usan en red externa para distribución de señal a las diferentes dimensiones del nodo.  También existen para entregar la señal al cliente final

FIBRA ÓPTICA REDES DE ACCESO  La FO constituye por ahora el medio de transmisión más prometedor, con un ancho de banda muy amplio y con mejores continuas en muy poco tiempo.  Es lógico entonces que las redes de comunicación sigan desarrollándose en esta dirección y las miras son acercar la FO tanto como sea posible al cliente.  Así han surgido las tendencias que en el medio se identifican como:  FTTCab (Fibra al gabinete)  FTTC (Fibra a la acera)  FTTB (Fibra al edificio)  FTTH (Fibra a la casa)

44

25/08/2015

FIBRA ÓPTICA REDES DE ACCESO  De más está decir que los tres primeros son una realidad y que ya existen un sinnúmero de redes ópticas que cumplen con estos requerimientos.  Cuando se trata de grandes clientes o una gran concentración de clientes, las redes resultan rentables conforme a los ingresos percibidos.  La incorporación de equipos y dispositivos necesarios para que las redes funcionen se consideran dentro del costo del proyecto y por lo tanto la inversión se recupera conforme a las expectativas de los operadores de servicio.  Pero que pasa con los hogares ….????

REDES ÓPTICAS PASIVAS PON  Al pensar llevar servicios mediante Fibra óptica hasta los hogares, plantea el problema del uso de dispositivos activos (requieren energía y mantenimiento) en puntos distantes y en grandes cantidades.  El Concepto de Redes Ópticas Pasivas (PON: Passive Optical Network) pretende abaratar la distribución de la fibra de forma masiva.  Las redes PON son redes de fibra óptica cuyos componentes son enteramente pasivos en la red de distribución y permiten compartir una misma fibra entre varios usuarios.  Aún se mantienen componentes activos en el nodo u oficina central y el local del cliente.

45

25/08/2015

REDES ÓPTICAS PASIVAS PON

OLT: Optical Line Terminal

REDES ÓPTICAS PASIVAS PON  El OLT (Optical Line Terminal) Es el elemento activo situado en la central telefónica. De éste parten las fibras ópticas hacia los 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.  El ONT (Optical Network Terminal) u ONU (Optical Network Unit) Es el elemento situado en casa del usuario que termina la fibra óptica y ofrece las interfaces de usuario.  En realidad el ONT es un caso particular del ONU, ya que el ONU puede considerarse para varios suscriptores y el ONT para uno solo.

46

25/08/2015

REDES ÓPTICAS PASIVAS PON  El reto ha sido simplificar al máximo el ONT.  Es similar a un Cable Modem usado en CATV. Pero el reto fue la conversión de la señal óptica.  Existe una gran variedad de ONTs, en función de los servicios que se quieran ofrecer y las interfaces que ofrezcan al usuario:  Interfaces fast ethernet y gigabit ethernet. 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.

REDES ÓPTICAS PASIVAS FUNCIONAMIENTO  Puesto que su arquitectura es muy simular a la redes celulares su funcionamiento se ha descrito en esos términos.  En el Canal Descendente, una red PON es una red punto-multipunto donde la OLT envía una serie de contenidos que recibe el divisor y que se encarga de repartir a todas las unidades ONU (ONT), cuyo objetivo es el de filtrar y sólo enviar al usuario aquellos contenidos que vayan dirigidos a él.  En este procedimiento se utiliza TDM para enviar la información en diferentes instantes de tiempo.

47

25/08/2015

REDES ÓPTICAS PASIVAS FUNCIONAMIENTO  En el Canal Ascendente, en sentido ascendente una PON es una red punto a punto donde las diferentes ONUs transmiten contenidos a la OLT.  Por este motivo también es necesario el uso de TDMA para que cada ONU envíe la información en diferentes instantes de tiempo, controlados por la unidad OLT.  Al mismo tiempo, todos los usuarios se sincronizan a través de un proceso conocido como "Ranging".  Para que no se produzcan interferencias entre los contenidos en los canales descendente y ascendente se utilizan dos longitudes de onda diferentes superpuestas utilizando técnicas WDM.

REDES ÓPTICAS PASIVAS FUNCIONAMIENTO  Al utilizar longitudes de onda diferentes es necesario, por lo tanto, el uso de filtros ópticos para separarlas después.  Finalmente, las redes ópticas pasivas contemplan el problema de la distancia entre usuario y central; de tal manera, que un usuario cercano a la central necesitará una potencia menor de la ráfaga de contenidos para no saturar su fotodiodo, mientras que un usuario lejano necesitará una potencia más grande.  Esta condición está contemplada dentro de los desarrollos de la nueva tecnología óptica.

48

25/08/2015

REDES ÓPTICAS PASIVAS TIPOS Conforme al desarrollo de esta tecnología y a los servicios que permite se han definido los siguientes tipos de redes PON. APON: Redes Ópticas Pasivas ATM. Definida en la revisión del estándar de la ITU-T G.983, el cual fue el primer estándar desarrollado para las redes PON. BPON: Broadband-PON. Surgió como una mejora de la tecnología A-PON para integrar y obtener acceso a más servicios como Ethernet, distribución de video, VPL, y multiplexación por longitud de onda (WDM) logrando un mayor ancho de banda. La especificación original G.983.1 de BPON fue revisada un tiempo después para permitir arquitecturas asimétricas (155 Mb/s de subida y 622Mb/s de bajada)

TIPO

DEFINICIÓN y APLICACIÓN

REDES ÓPTICAS PASIVAS

BPON

Gigabit-Capable PON . Su principal objetivo es ofrecer un ancho de banda mucho mayor que sus anteriores predecesoras, y lograr una mayor eficiencia para el transporte de servicios basados en IP. Las velocidades manejadas GPON por esta tecnología son más altas, ofreciendo hasta 2,488 Gbps y la GPON: Gigabit-Capable PON . Su principal objetivo es posibilidad de tener arquitecturas asimétricas.

TIPOS

ofrecer un ancho de Ethernet bandaPON, mucho mayordiseñado que sus anteriores Gigabit Es un sistema para el uso en las y combina las tecnologías Gigabit y Passive predecesoras, ytelecomunicaciones lograr una mayor eficiencia para el Ethernet transporte Optical Network. Este sistema facilita en gran medida la llegada con Fibra de servicios basados en IP. Las velocidades manejadas hasta los abonados ya que los equipos con los que se accedepor son más económicos al usar interfaces Ethernet. Las redes GEPON Gbps están distribuidas estaGEPON tecnología son más altas, ofreciendo hasta 2,488 y OLT (Línea Terminal Óptica) los cuales están conectados a las redes IP u la posibilidad deasí: tener arquitecturas asimétricas. otras por un extremo, luego están las ODN (Redes de Distribución Óptica) de la cual Ethernet se desprendenPON. los POSEs (Splitter Pasivo), y estos le dan acceso GEPON: Gigabit un Óptico sistema diseñado a los ONU (Unidad de Red Óptica), los cuales brindan el servicio a cada para el uso en las telecomunicaciones y combina las abonado. tecnologías Gigabit Ethernet y Passive Optical Network. Este sistema facilita en gran medida la llegada con Fibra hasta los abonados ya que los equipos con los que se accede son más económicos al usar interfaces Ethernet. Las redes GEPON has variado un poco la arquitectura de sus antecesoras

49