Redes Ópticas Pasivas (PON) y Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM): Arquitectura y Funcionamiento

Antecedentes de las Redes Ópticas Pasivas (PON)

FSAN (Full Service Access Network): Provee estándares mediante un conjunto básico de requerimientos para mejorar la interoperatividad y reducción de costo de los equipos.

APON (ATM PON): No tenía la capacidad de ofrecer video. Sus velocidades eran de 155 Mbps, después se mejoró a 622 Mbps.

BPON (Broadband PON): Se basa en ATM, pero introduce una longitud de onda adicional para transporte de video.

EPON (Ethernet PON): Técnica PON de nueva generación basada en Gigabit Ethernet existente.

GPON (Gigabit Passive Optical Network): Velocidades de línea hasta 2.048 Gbps simétrica y asimétrica.

Arquitectura PON

Sala de Equipos/Cabecera (Central Office)

Están instalados el equipo de transmisión óptica y el distribuidor óptico (DGO), responsable por la transmisión entre el equipo de transmisión y los cables ópticos troncales de transmisión.

Red Óptica Troncal/Feeder

Cables ópticos que llevan la señal a la sala de equipos hasta los centros de distribución. Para redes PON, las fibras son monomodo.

Centro de Distribución

Las redes PON se implementan en topologías estrella-distribuida. Los centros de distribución hacen la división de la señal óptica en áreas más distantes de la central, disminuyendo el número de fibras para atender estos accesos.

Red Óptica de Acometida

Compuesta por cables ópticos autosoportados de baja cantidad de fibras. De la caja de empalmes terminal (NAP), llevan la señal hasta el abonado. Pueden terminar en DIO's (Distribuidor Interno Óptico).

Red Interna

Del bloque óptico (FOB) o distribuidor interno óptico (DIO) se utilizan extensiones ópticas para realizar transición de la señal óptica de la fibra del receptor interno del abonado.

Arquitectura PON: Esquema General

El método de encapsulamiento que emplea GPON es GEM (GPON Encapsulation Method), que soporta cualquier tipo de servicio (Ethernet, TDM, ATM). Es un protocolo de transporte sincrónico basado en tramas periódicas de 125 microsegundos. GEM se basa en el estándar GFP (Generic Framing Procedure) de ITU-T, G7041 con modificaciones menores para optimizar PON. GPON es más eficiente y permite a los operadores ofrecer servicios tradicionales (voz basada en ATM, líneas privadas), sin provocar cambios en las redes.

Arquitectura PON: Detalle de Encapsulamiento

Funcionamiento GPON

Tráfico Downstream

El OLT envía datos al ONT a través de una longitud de onda (1490 nm) empleando un cable de fibra óptica. Mediante un splitter pasivo, la señal óptica entrante es dividida en varias señales de luz de salida para que el tráfico del OLT sea distribuido. Es una arquitectura punto-multipunto. El tráfico downstream es enviado por broadcast óptico, la información es común para todas las ONT's.

Tráfico Upstream

Las ONT envían tráfico a las OLT a través de una longitud de onda (1310 nm) distinta, para evitar colisiones con el downstream. El splitter pasivo actúa como combinador en la dirección del tráfico upstream, permitiendo que el OLT recolecte datos sobre la fibra y envíe el tráfico downstream. El tráfico upstream se basa en TDMA, que asegura la transmisión sin colisiones desde el ONT hasta la OLT.

Funcionamiento GPON: Esquema de Tráfico

Downstream

Time Division (TD) Multiplexing. Toda la data es transmitida a todas las ONT's. La lógica de cada ONT filtra la data de entrada en función del PortID.

Upstream

TD/Multiple Access (TDMA). OLT controla el canal U/S vía asignación de frames a las ONT's. TDMA requiere Medium Access Control (MAC) en OLT = asignación dinámica de ancho de banda.

Concepto FTTx

Conocido como Fiber To The X (x = distintos destinos terminales).

• FTTH (Fiber To The Home): Se basa en la actualización de cables de fibra óptica y sistema de distribución ópticos adaptados a la tecnología para distribución de servicios avanzados, como Triple Play.
• FTTB (Fiber To The Building): Se basa en una sola terminal de red óptica (ONT) que llega hasta el edificio y es compartida a los abonados.
• FTTC (Fiber To The Curb = acera): La fibra llega generalmente hasta el armario ubicado en la calle, hasta el usuario por medio de cobre o coaxial. Se considera híbrida porque llega hasta el punto donde termina la instalación óptica y de ahí hasta el usuario con coaxial o cobre.
• FTTCab (gabinete): Similar a FTTC, pero sirve a un mayor número de clientes. Capacidad de proporcionar al usuario servicios con un gran ancho de banda.
• FTTN (vecindario): Similar a FTTC, llega hasta el barrio y desde allí llega al usuario por un medio de transmisión más económico como el cobre.

Concepto de FTTx: Esquema

Descripción de la Tecnología GPON

PON permite ahorros en el tendido de accesos de fibra respecto de uno punto a punto. Busca integrar soluciones multiservicio a mejores tasas de transferencia. Permite ancho de banda muy superiores a la red de acceso de cobre.

Un enlace GPON permite:

• Velocidad de bajada: 2.5 Gbps (puerta PON)
• Velocidad de subida: 1.2 Gbps (puerta PON)
• Distancia máxima OLT-ONT: 20 km
• Conexión de hasta 64 accesos

Tecnología innovadora GPON:

• Mejora las capacidades de ancho de banda en el acceso, satisfaciendo demandas.
• Representa un cambio de diseñar la red de acceso y permitir crecimiento a menor costo.
• Alternativa viable para satisfacer demandas.

Aplicación de GPON a una Red Celular

Aplicación de GPON sobre Red de Voz+Dato

Aplicación de GPON sobre Red de Voz+Internet

Aplicación de GPON sobre Red de Voz+Dato+Internet

WDM (Multiplexación por División de Longitud de Onda)

Multiplexación en el dominio de la longitud de onda. Una fibra transmite longitudes de onda transparentes al formato de la señal, digitales, STM-N.

ITU-T G.692

Sistema WDM

Sistemas WDM Opacos

Reciben información óptica de la fibra, la demultiplexan y la convierten en eléctrica.

Sistema Transparente

No convierten la señal en eléctrica, sino que opera en el rango de la óptica. Posible de realizar conmutaciones.

WDM ITU-T 692: Multiplexa varias señales sobre una sola óptica mediante portadoras de diferentes longitudes de onda.

Tipos de WDM

D-WDM (Dense WDM)

Aplica a muchas longitudes de onda y larga distancia. Pequeña separación entre canales (1.6 nm a 1552 nm).

C-WDM (Coarse WDM)

Gruesa, aplica a pocas longitudes de onda y entornos metropolitanos. Mayor separación entre canales (espaciado 20 nm // nominales 1270-1610 nm).

DWDM Densidades de Onda

• Uso de láseres y filtro de alta calidad.
• Uso de fibras con baja dispersión cromática.
• Módulos DCM.
• Lambdas alrededor de 1550 nm.

Esquema de un Enlace DWDM

Implementación de DWDM en Redes Metropolitanas

• Mediante transmisión punto a punto.
• Mediante redes de encaminamiento de longitud de onda flexible o dinámico.
• Mediante redes de encaminamiento de longitud de onda estático.

Espectro DWDM 16 canales: 2 nm/división // banda 1544.5 - 1558 nm separación 100 GHz (0.8 nm a 1552 nm).

Espectro DWDM 32 canales: banda 1530 - 1560 nm separación 100 GHz (0.8 nm a 1552 nm).

CWDM

Multiplexación por división en longitudes de onda ligeras. Transmisión a través de fibra óptica. Sirvió para transportar señal de video en conductores monomodo. Hasta 18 lambdas con longitudes de onda bajo los 1471 nm.

Características CWDM

• Espaciamiento de frecuencias de 2.500 GHz (20 nm).
• Espectro de 1270 a 1610 nm.
• Tasa máxima de 2.5 Gbps.
• Alcance 80 km.
• Láser DBF.

Ventajas CWDM

• Menor consumo energético.
• Tamaño inferior al láser CWDM.
• Hardware y costo operativo más barato.
• Más sencillo al diseño de red.

Conmutador Óptico

• Permite, sin conversión eléctrica, la conmutación espacial de una señal óptica.
• Aplicación común en dispositivos de protección y cross-connect ópticos.
• Construcción de conmutadores ópticos.
• Elemento clave para desarrollo de mallas ópticas.

Tabla Comparación PDH SDH

Sincronización

• Las señales derivan de un mismo reloj.
• Una mala sincronización provoca errores de transferencia.

Tipos de Derivaciones

• Deslizamiento: Fluctuaciones por pérdida de sincronismo.
• Jitter: Variación rápida de fase (>10 Hz), cambios de temperatura.
• Wander: Variación lenta de fase (<10 Hz).

Componentes de la Red de Sincronismo

• PRC: El de mejor calidad. Relojes de referencia primarios: osciladores de cesio y GPS.
• SEC: Menor calidad. Equipos de la red ADM, routers.
• SSU: Calidad menor. Oscilador de rubidio o cuarzo. Regeneran la señal y la distribuyen.