La Serena Ingeniería Telecomunicaciones,

Conectividad y redes

Redes de Acceso y Transporte.

Redes Ópticas Pasivas (PON)

Nombre Alumno (s): Víctor

Matamoros Alcaino.

Nombre Profesor: Boris González

Realpez.

Fecha: 14 de Diciembre, 2010

Índice Redes Ópticas Pasivas ............................................................................................................... 1 Introducción ................................................................................................................................. 3 Objetivos ..................................................................................................................................... 4 ¿Qué es la Fibra Optica? ............................................................................................................ 5 Red Optica Tradicional ................................................................................................................ 6 Redes Ópticas Pasivas ............................................................................................................... 7 Redes PON existentes ................................................................................................................ 8 APON: (ATM Passive Optical Network) ....................................................................................... 8 BPON: (Broadband PON - Red Óptica Pasiva de Banda Ancha) ................................................ 8 GPON (Gigabit-capable PON) ..................................................................................................... 9 EPON (Ethernet PON)............................................................................................................... 10 Comparación entre las principales Redes PON ......................................................................... 11 GEPON (Gigabit Ethernet PON) ............................................................................................... 12 Protocolos WDM y O-CDMA ..................................................................................................... 13 Normalización ........................................................................................................................... 14 Topologías de Redes PON ........................................................................................................ 14 Servicios Típicos de Redes PON .............................................................................................. 18 Cuadro Comparativo entre Tecnologías HFC, xDSL, GPON ..................................................... 18 Redes PON a Futuro ................................................................................................................. 19 Conclusión ................................................................................................................................ 20 Bibliografía ................................................................................................................................ 21

Introducción En el presente informe, trata sobre la investigación de las redes PON, la cual se creó para solucionar la demanda de conexiones y la integración de servicios, para esto era necesario mejorar las redes y su forma de transmisión, involucrando la infraestructura y los dispositivos que hacen posible que estemos conectados.

Objetivos

Describir las Redes Ópticas Pasivas

Describir los Tipos de PON existentes

Especificaciones ITU-T G.98x

Tipos de Servicios que entrega.

Proyecciones de las redes PON a Futuro.

¿Qué es la Fibra Optica? La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser o un LED. Red Optica Pasiva Una red óptica pasiva (del inglés Passive Optical Network, conocida como PON) permite eliminar todos los componentes activos existentes entre el servidor y el cliente introduciendo en su lugar componentes ópticos pasivos (divisores ópticos pasivos) para guiar el tráfico por la red, cuyo elemento principal es el dispositivo divisor óptico (conocido como Spliter). La utilización de estos sistemas pasivos reduce considerablemente los costes y son utilizados en las redes FTTH.

Motivos de la aparición de las redes de fibra óptica En la actualidad seguimos trabajando con tecnologías que explotan el bucle de abonado de cobre (como por ejemplo el Cable Modem y el ADSL); pero, aún así, es necesario cubrir la continua demanda de los usuarios de un ancho de banda más grande. Es en este punto donde se halla el inconveniente de las tecnologías basadas en cobre: sólo pueden ofrecer a lo sumo un ancho de banda en canal descendente de 100 Mbps y en ascendente hasta los 50 Mbps Además, a esto es necesario sumarle el hecho que estos valores disminuyen rápidamente a medida que la distancia entre el usuario y la central aumenta. Las redes de fibra óptica surgen como la gran solución al problema debido a dos aspectos en concreto:

• Un ancho de banda mucho más grande. • El descenso de los precios de los láseres. (más accesible)

Red Optica Tradicional Una Red Óptica está compuesta de varios nodos que implementados sobre plataformas SONET/SDH ó ATM pueden proporcionar la variedad de servicios demandados, cada servicio con un modelo de tráfico diferente, calidad de servicio (QoS) y capacidad. Una característica distintiva de las Redes Ópticas es que provee de servicios de diferentes tipos de una forma rápida y eficiente en respuesta a las cambiantes demandas de los usuarios, con SONET/SDH que es la base de la mayoría de las MAN actuales esta provisión de servicios es largo y complejo, la planificación y el análisis de las redes, así como el aprovisionamiento ADM, la reconfiguración DCS (Sistemas Cross-Conet Digitales), la verificación de caminos y circuitos y la creación del servicio puede tardar varias semanas, a diferencia del equipo DWDM instalado la provisión de un nuevo servicio puede ser tan simple como activar una nueva longitud de onda en la fibra ya existente. Las Redes DWDM deben ser capaces de soportar la amplia gama de servicios que se implementan sobre TDM (SONET o PDH) y ATM, además debe soportar conexiones de redes punto a punto, anillo, permitir la conectividad entre anillos, mallas y topología de estrella mientras provee la combinación de redes de banda ancha y transporte óptico. Arquitectura de la Red de Fibra Optica Tradicional.

La Red Optica Tradicional permite proveer de forma directa de una variedad de servicios desde conexiones IP y servicios ATM hasta los tradicionales servicios de voz, porque múltiples servicios pueden ser adaptados a un formato común y de esta forma se conforman los paquetes y son multiplexados para que los recursos se puedan compartir eficazmente. El subsistema de multiplexación debe llevar a cabo la conformación de los paquetes y el múltiplex basado en ATM, en SONET ó la combinación de los dos, donde la combinación ATM/SONET se beneficiará de las ventajas de ambos sistemas.

La capa WDM proporciona la flexibilidad para mapear el tráfico generado en las longitudes de onda múltiple y la topología básica es un anillo de Fibra Óptica que interconecta varios puntos de acceso que usan los canales ópticos. Redes Ópticas Pasivas En los últimos años, la Sociedad ha experimentado un rápido desarrollo debido en gran parte a la mayor competitividad del mercado de las Telecomunicaciones y a la aparición de nuevos servicios de banda ancha, el resultado de estos dos factores se ha traducido en una necesidad de mejores las redes de comunicaciones para que sean capaces de ofrecer un mayor ancho de banda a un menor coste, en la actualidad la tecnología xDSL es la estrella indiscutible, ya que es una tecnología que sigue explotando el bucle de abonado en cobre. Por otro lado, la demanda de los usuarios es cada vez mayor porque la necesidad de aumentar el ancho de banda ha hecho replantear a los sus estrategias, comenzando una carrera por la duplicación de la velocidad de sus líneas que a los ojos del Usuario parece no tener fin, sin embargo, ADSL cuenta con una limitación técnica importante: El máximo ancho de banda que puede ofrecer no supera en ningún caso los 8Mbps en canal descendente y los 640kbps en canal ascendente, además estos valores disminuyen drásticamente a medida que el usuario se aleja de la central. En vista a lo planteado anteriormente se dice que la tecnología de la Fibra Óptica se presenta como una firme solución al problema gracias a la robustez, a su potencial ancho de banda ilimitado y al continuo descenso de los costes asociados a los láseres y si a lo dicho anteriormente unimos que las nuevas construcciones (nuevas urbanizaciones, nuevos bloques de viviendas, centros comerciales) ya integran cableado estructurado de Fibra Óptica Monomodo por su bajo coste marginal en el proyecto, estamos hablando de un escenario completamente abonado para poder desplegar soluciones de conectividad en Fibra Óptica que directamente lleguen hasta la vivienda, y si por otro lado hablamos de arquitecturas de futuro, que son las conocidas Redes PON que se postulan como una respuesta fiable, porque su costo en equipamiento y la eficiencia de las topologías aportan un incentivo adicional frente a los despliegues tradicionales basados en conectividad punto a punto. Podemos decir que en cuanto a la diferencia de las redes ópticas tradicionales y las redes PON es que la primera se dedica al cómo y qué transportar por la red optica, su modulación y multiplexación e integración de servicios y QoS, en cuanto PON está diseñada acercar al abonado hacia los nodos y así entregar mejores servicios a los clientes utilizando fibra como medio en la red de dispersión y Ultima Milla.

Redes PON existentes APON, BPON y GPON.

APON: (ATM Passive Optical Network) Fue la primera red que definió la FSAN, un grupo formado por 7 operadores de telecomunicaciones con el objetivo de unificar las especificaciones para el acceso de banda ancha a las viviendas. APON basa su transmisión en canal descendente en ráfagas de celdas ATM (Modo de transferencia asíncrona) con una tasa máxima de 155 Mbps que se reparte entre el número de ONU’s que estén conectadas. En canal descendente, a la trama de celdas ATM, se introducen dos celdas PLOAM para indicar el destinatario de cada celda y otra más para información de mantenimiento. Su inconveniente inicial era la limitación de los 155 Mbps que más adelante se aumentó hasta los 622 Mbps. Aunque el sistema funciona internamente en modo ATM, lo cual permite una mayor eficiencia que utilizando protocolos Ethernet hacia el exterior, tanto en el lado "Usuario", como en el lado "Central" tiene interfaces, además del nativo ATM del tipo TDM (Por ejemplo 2Mbit/s.) o Ethernet mediante emulación de ambos tipos de señales, los distintos fabricantes disponen también normalmente tanto de terminales de usuario (ONT/ONU) como del lado núcleo de la red (OLT) con los distintos interfaces de usuarios adaptados a telefonía convencional o cualquier aplicación de datos, video, o telemetría. Posiblemente APON provee el conjunto más rico y exhaustivo de características de operación y mantenimiento (OAM) de todas las tecnología PON. El término APON acuñado inicialmente por la FSAN, fue reemplazado por BPON (Broadband PON –Redes Ópticas Pasivas de Banda Ancha-) haciendo referencia a la posibilidad de dar soporte a otros estándares de banda ancha. BPON: (Broadband PON - Red Óptica Pasiva de Banda Ancha) Se basan en las redes APON pero con la diferencia que pueden dar soporte a otros estándares de banda ancha. la arquitectura BPON define una red simétrica de un ancho de banda total de 155Mbps, tanto en canal descendente como en ascendente, dicha especificación fue modificada en el 2001 para permitir configuraciones asimétricas (622 Descendente y 155 Ascendente) y simétricas de mayor capacidad. (622Mbps)

Tráfico asimétrico: canal descendente -> 622 Mbps // Canal ascendente -> 155 Mbps

Tráfico simétrico: canal descendente y ascendente -> 622 Mbps

No obstante presentaban un coste elevado y limitaciones técnicas.

Ambas redes trabajan bajo un estándar ITU-T, que tras un período de siete años ITU-T aprobó las siguientes recomendaciones relacionadas con las Redes Ópticas Pasivas de banda ancha:

G.983.1. (Descripción general)

G983.2. (Capa de gestión y mantenimiento)

G983.3. (Calidad de servicio en BPON)

G983.4. (Asignación de ancho de banda dinámico)

G983.5. (Mecanismos de protección)

G983.6. (Capa de control de red OTN)

G983.7. (Capa de gestión de red del ancho de banda dinámico)

G983.8. (Soporte del protocolo IP, Video, VALN y VC). GPON (Gigabit-capable PON) El incremento del ancho de banda demandado por los usuarios unido al balanceo del tipo de tráfico exclusivamente hacia tráfico IP, incidieron directamente en el desarrollo de una nueva especificación que se apoyaba en el estándar BPON, altamente ineficiente para el transporte de tráfico IP. Esta nueva recomendación, estandarizada por ITU-T y denominada Gigabit-capable PON (GPON) fue aprobada en 2003-2004 por ITU-T en las Recomendaciones G.984.1, G984.2 y G.984.3. •En la Recomendación G.984.1 se describen las características generales de un sistema PON capaz de transmitir en ATM: Su arquitectura, velocidades binarias, alcance, retardo de transferencia de la señal, protección, velocidades independientes de protección y seguridad. •En la Recomendación G.984.2 se describe una red flexible de acceso en Fibra Óptica capaz de soportar los requisitos de banda ancha de los servicios a empresas y usuarios residenciales. •Las técnicas GPON permiten mantener la red de distribución óptica, el plano de longitud de onda y los principios de diseño de la red de servicio integral consignados en las Recomendaciones G.983, asimismo aparte de acrecentar la capacidad de la red, las nuevas normas permiten un manejo más eficiente de IP y de Ethernet.

GPON es un estándar muy potente pero a la vez muy complejo de implementar que ofrece:

Soporte global multiservicios: voz, Ethernet 10/100, ATM,...

Cobertura hasta 20 Km.

Seguridad a nivel de protocolo.

Soporte de tasas de transferencia:

Simétrico: 622 Mbps y 1.25 Gbps

Asimétrico: descendente-> 2.5 Gbps // ascendente -> 1.25 Gbps

Importantes facilidades de gestión, operación y mantenimiento, desde la cabecera OLT al equipamiento de usuario ONU.

La organización de la red y la terminología utilizada es la misma que en las Redes BPON, se espera no obstante que la normativa GPON aumente todavía más la interoperabilidad entre los distintos fabricantes permitiendo en un mismo sistema utilizar ONUs y OLTs de distintos fabricantes. Otra tecnología que no está mencionada por ITU-T pero si en el estándar de la IEEE 802.3ah Son las redes: EPON (Ethernet PON) En Enero de 2001 el IEEE (Instituto de los Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) configuró un grupo de estudio llamado Ethernet en la última milla (EFM), este grupo tenía como objetivo extrapolar la tecnología Ethernet al área residencial y de negocios llevándola hasta el hogar aprovechando el auge que esta tecnología había experimentado en los últimos años por su simplicidad, rendimiento y facilidad de despliegue. Este grupo de trabajo generó una nueva especificación de Redes Ópticas Pasivas denominada Ethernet PON (EPON), esta nueva arquitectura se diferencia de las anteriores en que no transporta celdas ATM sino directamente tráfico nativo Ethernet, usa el estándar 8b/10b ( codificación de línea) y siempre que es posible mantiene fielmente el espíritu de la recomendación 802.3, incluyendo el uso full dúplex de acceso al medio. Posiblemente el principal atractivo que presenta esta tecnología es su evidente optimización para el tráfico IP frente a clásica ineficiencia de las alternativas basadas en ATM, además la interconexión de islas EPON es mucho más sencilla que la interconexión de APON/BPON, GPON puesto que no requiere arquitecturas SDH para realizar el transporte WAN.

Las ventajas que presenta respecto los anteriores Estándares son:

Trabaja directamente a velocidades de Gigabit (que se divide entre el número de ONU’s).

La interconexión de islas EPON es más simple.

La reducción de los costes debido a que no utilizan elementos ATM y SDH. EPON permite asignar calidad de servicio en canal descendente y en canal ascendente al tiempo que codifica todas las comunicaciones mediante el algoritmo DES, el uso de EPON permite a los operadores de transporte eliminar los complejos y costosos elementos ATM y SDH, simplificando las redes y de esta manera abaratando el coste de implantación a los abonados, actualmente los costes de EPON por unidad de usuario son aproximadamente un 10% menores del coste de equipamiento GPON equivalente. Comparación entre las principales Redes PON

IEEE EPON ITU-T GPON ITU-T BPON

Velocidad de Línea Descendente (Mbps) 1250 1244.16 ó 2488.16

155.52 or 622.08 or 1244.16

Velocidad de Línea canal ascendente (Mbps)

1250 155.52 ó 622.08 155.52 o 622.08

Codificación de Línea 8b/10b NRZ ( +

aleatorizacion) NRZ ( +

aleatorizacion)

Direccionamiento por Nodo (min) 16 64 32

Direccionamiento por Nodo (Max) 256 128 64

Alcance tramo de fibra 10-20 Km 20 Km 20 Km

Protocolo nivel 2 ETHERNET Ethernet Over ATM (GFP) y/o

ATM ATM

Soporte trafico TDM TDMoIP TDM Nativo sobre ATM o

TDMoIP TDM over ATM

Flujos Diferentes de tráficos por sist. PON Depende de LUD/ONU’s

4096 256

Capacidad ascendente para trafico IP < 900Mbps 1160 Mbps 500 Mbps

Gestión y Mantenimiento OA&M Ethernet OAM,

SNMP PL OAM + OMCI PL OAM + OMCI

Seguridad en descendente DES AES AES

GEPON (Gigabit Ethernet PON) Es un sistema diseñado para el uso en las telecomunicaciones y combina las 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 están distribuidas así:

OLT (Línea Terminal Óptica) los cuales están conectados a las redes IP u otras por un extremo.

ODN (Redes de Distribución Óptica) de la cual se desprenden los POS (Spliter Óptico Pasivo), y estos le dan acceso a los ONU (Unidad de Red Óptica), los cuales brindan el servicio a cada abonado.

Algunas de las ventajas más importantes al usar GEPON son las siguientes:

Ancho de banda seguro para diferentes servicios al ser el número de abonados por trayectoria de fibra de un máximo de 32.

Gran alcance entre los equipos distribuidores y los suscriptores (20 Km).

Soporte para datos, voz y video.

Varios usuarios pueden usar una sola fibra ahorrando costos.

Bajas tasas de administración y mantenimiento en la red al usarse equipos de fibra pasivos y no activos.

Protocolos WDM y O-CDMA Los protocolos basados en el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), para la multiplexación en el canal ascendente requiere una compleja ecualización, por lo que son idóneas para estructuras de una única etapa punto-multipunto, como lo son las arquitecturas APON, pero a la vez estos son poco apropiados para las arquitecturas punto-multipunto como son las Súper-Pon. Por ello, en la actualidad se están analizando nuevos protocolos MAC de acceso al medio, de tipo asíncrono, como son los basados en las tecnologías WDM(o DWDM) y los más novedosos de tipo O-CDMA. WDM(o DWDM): la multiplexación por longitud de onda es una tecnología bastante consolidada

en la actualidad y que presenta notables ventajas como sistema de multiplexación. Es transparente a la velocidad y el protocolo, facilitando por ello el transporte de

diferentes formatos de señal (tipo banda base, o QAM, por ejemplo especificada por la norma DVB-C), si las restricciones inherentes de la jerarquía digital (SDH).

Soporta sencillos principios de enrutamiento para los distintos flujos de tráfico, permitiendo un direccionamiento eficiente para las posibles particiones (segmentos del mercado) en las redes de acceso.

Posibilita esquemas fáciles para una protección óptica tipo hardware, merced a longitudes de onda adicionales de reserva y sistemas de conmutación automática activo-reserva.

O-CDMA: Este sistema, más novedoso que el WDM, persigue trasladar al campo óptico la

Notable inmunidad a interferencias que la técnica de Acceso Múltiple por División de Código presenta en el dominio radioeléctrico. Concretamente esta tecnología se está Usando para aumentar el ancho de banda y mejorar a la vez la privacidad de las Comunicaciones en redes de área local sobre fibra óptica.

En la actualidad se están realizando experimentos con fuentes ópticas de gran anchura espectral (tipo LED) asociando a cada una de ellas un filtro óptico, sintonizados en diferentes longitudes de onda y con banda de paso sensiblemente inferior a la fuente, lo cual conforma el código de acceso óptico.

Normalización Desde el punto de vista de normalización el grupo Full Service Access Network (FSAN) de la ITU-T y el IEEE han elaborado una serie de estándares para redes ópticas pasivas, recogidos en la siguiente tabla. Cabe señalar también las labores de promoción de las tecnologías FTTH desarrolladas por el Fiber to the Home Council, formado en el 2001 por diferentes empresas (operadores, fabricantes, desarrolladores de aplicaciones, proveedores de contenidos, etc.) con sus ramas americana, europea y Asia-Pacífico.

Topologías de Redes PON Punto-Multipunto full-dúplex. - Concentración de tráfico en Red de Acceso (arquitectura Hub: PCC). - Flexible (lineal en árbol) y/o Redundante (STP, RSTP 802.1w). Arquitectura de una red PON

Topología Punto a Punto (estrella)

Topología de Una red Punto-Multipunto v/s PON:

Topología de Una red APON (ATM PON)

Topologia de Un red EPON

Topología de una Red GPON

PON Downstream Y Upstream

Servicios Típicos de Redes PON Dentro de los servicios que las redes PON entregan son similares a los de las redes HFC y xDSL pero a diferencia de estas las redes PON se destacan por su capacidad mayor de transmisión, Ancho de Banda, y ser inmune a las EMI (Electro Magnetic Interference). El objetivo de las redes PON es obtener acceso a más servicios como Ethernet, distribución de video, VPL, y multiplexación por longitud de onda (WDM). El principal objetivo de PON es ofrecer un ancho de banda mucho más alto que sus anteriores predecesoras, y lograr una mayor eficiencia para el transporte de servicios basados en IP (datos), CATV y Telefonía. Cuadro Comparativo entre Tecnologías HFC, xDSL, GPON

E V O L U C I O N

Cable (Docsis 3.0) DSL (VDSL2) Fibra (GPON)

Velocidad de Pico Downstream

Teórico: 1Gbps, Primeras

Emisiones a 152 Mbps (exclusivo para internet)

Teórico: 100 Mbps

Teórico: 2,5 Gbps

Medio Dedicado o Compartido

Compartido Dedicado Compartido

Dependencia con la Distancia

NO

Si, Limitado a Distancias muy Cortas <700 M

hasta 5000 M en ADSL

Hasta 20 KM físico y Hasta 60

Km enlace Lógico, entre Distribuidor y

Suscriptor.

Canales de TV o VoD Simultáneos

Tanto Como STB's se Instalen

en el Hogar

En General 2 o 3 Canales,

Dependiendo de la Distancia

No es una restricción, ILIMITADO

Capacidad para prestar HDTV

SI Si, Limitado a la capacidad de los Otros Servicios

SI

Ventajas con otras tecnologías FTTx

Redes PON a Futuro El Futuro de las redes PON se ve materializado en la evolución de la red GPON a una nueva tecnología llamada GEPON (Gigabit Ethernet PON) la cual brindara velocidades de hasta 10 veces más grande que las actuales tecnologías. El detalle de esta tecnología se mostro en paginas anteriores. Esta tecnología está basada en el estándar de IEEE 802.3aq, que establece los parámetros para 10GBASE-LRM Ethernet a 10 Gigabit sobre fibra óptica multi-modo.

Conclusión

Con este trabajo pude aprender bastante sobre las tecnologías sobre fibra Optica en general, El desarrollo y evolución de las redes ópticas pasivas ha representado una importante mejora en el uso cotidiano de la tecnología permitiéndonos aprovechar de una mejor manera el ancho de banda disponible. Espero que se siga trabajando en ello y podamos tener este tipo de tecnologías en nuestro país de forma más accesible en un futuro no muy lejano. Las redes de fibra optica revolucionaron el mundo de la información. Ya que posee ventajas indiscutibles, lo que constituyó un adelanto tecnológico altamente efectivo. Gracias a La fibra óptica y a PON el usuario puede disfrutar de una cantidad impresionante de servicios, y a diferencia de otras tecnologías rompió con el esquema de las distancias.

Bibliografía

http://www.monografias.com/trabajos72/evolucion-redes-opticas-futuro/evolucion-redes-opticas-futuro2.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.3

http://es.wikipedia.org/wiki/Red_%C3%B3ptica_pasiva

http://www.cicomra.org.ar/cicomra2/expocomm/TUTORIAL%209%20Lattanzi%20y%20Graf-%20IEEE.pdf

http://www.cinit.org.mx/difusion/2da%20parte%20archivo%20FO.pdf

http://es.wikitel.info/wiki/UA-Redes_PON_GPON_derivados

Material pasado en clases.