Qué es y cómo funciona la tecnología GPON: secretos técnicos

Qué es y cómo funciona la tecnología GPON: secretos técnicos

Sergio De Luz

GPON son las siglas de Gigabit Passive Optical Network, la alternativa a la conmutación Ethernet en redes de campus. GPON reemplaza el diseño tradicional de Ethernet de tres niveles con una red óptica de dos niveles al eliminar los conmutadores Ethernet de acceso y distribución con dispositivos ópticos pasivos. Hoy en RedesZone os vamos a contar todos los secretos técnicos de esta tecnología, la cual hacen uso todos los operadores de fibra óptica en España para llevar la conexión a Internet por fibra hasta los hogares de todos sus clientes.

Vamos a comenzar explicando una serie de conceptos que nos van a servir para comprender mejor cómo funciona esta tecnología. Además de que podrás conocer más a fondo cada una de las características de esta tecnología que ofrecen los operadores. Pero como toda tecnología, lo cierto es que presenta una serie de ventajas e inconvenientes. Por lo que también es importante saber cuáles son para ver si merece la pena contratar una tarifa de Internet con esta tecnología de conexión.

 

Terminología de las redes GPON

Las redes GPON están compuestas por diferentes equipos para llevar la conexión a la red y a Internet por la fibra óptica, saber qué es cada equipo y para qué sirve es algo muy importante, a continuación, podéis leer en detalle todos los equipos con los que se trabaja cuando hablamos de GPON.

  • Red óptica pasiva con capacidad Gigabit (GPON): Estándar para redes ópticas pasivas (PON) publicado por el ITU-T.
  • Red de distribución óptica (ODN): Son los dispositivos físicos de fibra óptica que distribuyen señales a los usuarios en una red de telecomunicaciones. El ODN se compone de componentes ópticos pasivos (POS), como fibras ópticas, y uno o más divisores ópticos pasivos.
  • Terminación de red óptica (ONT o conocido como Optical Node Terminal) / Unidades de red óptica (ONU): Son los equipos que se instalan en los usuarios finales (escritorio, teléfonos, etc.) para conectar a la red GPON. Proporcionan la conversión de señal óptica a eléctrica. Las ONT (Optical Node Terminal) también proporcionan cifrado AES a través de la clave ONT.
  • Divisores – Se utilizan para agregar o multiplexar señales de fibra óptica a un solo cable de fibra óptica ascendente. Por lo general, la proporción más utilizada es 1:32.
  • Terminal de línea óptica (OLT o también conocido como Optical Line Terminal): Dispositivo que agrega todas las señales ópticas de los ONT en un solo haz de luz multiplexado que luego se convierte en una señal eléctrica, formateada según los estándares de TPE de paquetes Ethernet para el reenvío de Capa 2 o Capa 3.
  • Multiplexación por división de longitud de onda (WDM): Es la multiplexación por división de longitud de onda (WDM) es una tecnología que multiplexa varias señales portadoras ópticas en una sola fibra óptica utilizando diferentes longitudes de onda (es decir, colores) de luz láser.
  • Método de encapsulación GEM G-PON (GEM): Es un esquema de transporte de tramas de datos utilizado en sistemas de red óptica pasiva (G-PON) con capacidad gigabit que está orientado a la conexión y que admite la fragmentación de las tramas de datos del usuario en fragmentos de transmisión de tamaño variable.
  • Fibra a la X (FTTX): FTTX es una generalización para varias configuraciones de implementación de fibra, organizada en dos grupos: FTTP / FTTH (Fiber-to-the-Home) / FTTB (Fibra colocada hasta el final local / vivienda / edificio) y FTTC / N (fibra tendida al armario / nodo, con hilos de cobre para completar la conexión).
  • T-CONT / TCONT: Es el contenedor de transmisión.
  • OMCC:Es el canal de control y gestión de unidades de red óptica.
  • OMCI: Es la interfaz de control y gestión de la unidad de red óptica.
  • PCBd: Es el bloque de control físico aguas abajo.
  • TDM: Es la multiplexación por división de tiempo.
  • TDMA: Acceso múltiple por división de tiempo.

Una vez entendido estos términos de las redes GPON, entonces toca pasar a ver cada una de las características de esta red, así como el diagrama de red y su funcionamiento en particular.

 

Diagrama de Red

En el popular diseño Ethernet tenemos tres niveles principalmente, el núcleo o Core donde están los equipos L3, se encuentran interconectados entre ellos y proporcionan redundancia usando protocolos de enrutamiento dinámico de pasarela interior como OSPF, y también protocolos como VRRP. El nivel de distribución también está formado por equipos L3 y L2, y finalmente tenemos la capa de acceso que son los equipos a los que irán conectados los equipos finales, como los ordenadores, puntos de acceso WiFi, teléfonos IP y demás.

En el diseño GPON encontraremos un total de dos niveles, la OLT (Optical Line Terminal) es una de las partes más importantes porque será la que se use para interconectar los diferentes equipos, también tenemos los splitters 1:32 que nos permite subdividir la fibra para conectar más usuarios simultáneamente, y, por último, disponemos de una ONT por cada uno de los usuarios. Por supuesto, todos estos equipos son pasivos, como indica el propio nombre de «GPON».

Tal y como habéis visto, el diseño GPON es muy simple pero potente, buena muestra de ello es que nos permitirá conseguir altas velocidades a la red gracias a la fibra, además, es muy barata porque el consumo eléctrico es mínimo.

 

Resumen de la tecnología

Primero la OLT (Optical Line Terminal) se conecta al divisor óptico a través de una única fibra óptica, y después el divisor óptico se conectará a las ONU/ ONT. Después GPON adoptará WDM para transmitir datos de diferentes longitudes de onda ascendentes / descendentes sobre el mismo ODN. Las longitudes de onda oscilarán entre 1290-1330 nm en la dirección de subida y de 1480 – 1500 nm en dirección de descarga. Comenzará la transmisión de datos en la dirección de descarga y a su vez en subida a modo de ráfaga en modo TDMA (basado en intervalos de tiempo). Por último, se admitirá la transmisión de multidifusión punto a multipunto (P2MP).

 

Características de la tecnología GPON

La tecnología GPON lleva años entre nosotros, proporcionándonos velocidades de descarga y subida en nuestros hogares realmente altas, incluso si estamos muy lejos de la OLT principal a la que conecta nuestro ramal de cifra. Ahora vamos a ver las principales características de GPON, para que veáis sus límites y consumo eléctrico.

 

Límites de GPON

  • Alcance lógico máximo: 60 km (esta es la distancia máxima gestionada por las capas superiores del sistema (MAC, TC, Ranging), en vista de una futura especificación dependiente de los medios físicos (PMD)).
  • Distancia máxima de fibra entre los puntos de envío / recepción (S / R) y de recepción / envío (R / S): 20 km.
  • Distancia máxima de fibra diferencial: 20 km.
  • Relación de división: restringida por pérdida de ruta, PON con divisores pasivos (división de 16, 32 o 64 vías).
  • Tasa: 1.24416 Gbps de subida, 2.48832 Gbps de descarga.
 

Presupuesto energético

Como parte de GPON, se debe tener en cuenta la pérdida de potencia óptica. Esta pérdida se puede introducir de diversas formas, como:

  • Pérdida dentro de los divisores.
  • Pérdida por km de fibra (aproximadamente 0,35 dB por km para 1310 y 1490 nm).
  • Pérdida en empalmes (> 0,2 dB).
  • Flexión de fibras.

Como se muestra en la imagen, la cantidad de pérdida incurrida por el uso de varios divisores:

Como se muestra en la imagen, la pérdida de trayectoria óptica mínima y máxima por clase:

NOTA: los requisitos de una clase particular pueden ser más estrictos para un tipo de sistema que para otro, p. ej. el rango de atenuación de clase C es inherentemente más estricto para el sistema TCM debido al uso de un divisor / combinador 1: 2 en cada lado de la ODN, cada uno con una pérdida de aproximadamente 3 dB.

 

Ventajas e inconvenientes del estándar GPON

Ya hemos visto en detalle cómo funciona la tecnología GPON, ahora os vamos a hablar de las ventajas y también de los inconvenientes de este estándar.

Ventajas

  • Transmisión de mayor distancia: Una ventaja de GPON es que puede transmitir datos a distancias más largas que otros sistemas de cableado. La distancia oscila entre 10 y 20 km. Otros sistemas de cableado, como el cobre convencional, están limitados a solo unos 100 metros.
  • Velocidades más rápidas: GPON también es conocido por sus velocidades más altas en comparación con otros sistemas de cableado. Su ancho de banda está catalogado como de alto rendimiento y oscila entre cinco gigabits por segundo (5Gbps) y 25 Gbps. Las empresas más grandes pueden acceder a velocidades de hasta 40 Gbps. Estas velocidades son demasiado altas cuando se comparan estos cables con los de cobre. Además, dichas velocidades se pueden transmitir a largas distancias, lo que las hace más idóneas que los cables de cobre. Por lo que, en definitiva, se consigue ofrecer un mayor ancho de banda de conexión.
  • La escalabilidad: otro de los puntos a favor del GPON es que, gracias a su estructura, además de su funcionamiento, esto permite que de cara al futuro se pueda evolucionar a XG-PON el día de mañana, y todo bajo la misma infraestructura de fibra. Por lo que, sin duda, es otra característica que favorece a esta tecnología en particular.

  • Ocupa menos espacio: El espacio que ocupan los cables de fibra GPON es mucho menor que el de los cables de cobre. Es, de hecho, sólo una fracción de los cables de cobre. Se necesita mucho menos espacio cuando se conecta en un edificio. La tecnología de alcance de señal extendida también ha reducido mucho la necesidad de equipos de refuerzo de señal que ocupaban mucho espacio. Se necesitan algunas salas de servidores y equipos para satisfacer las necesidades de la red comercial. El número reducido de equipos de refuerzo y el tamaño pequeño de los cables hacen que la red esté disponible sin que requiera mucho espacio. Una sola fibra óptica puede dividir hasta 32 señales para servir hasta alrededor de 128 puertos finales.
  • Costos reducidos: El costo se ha reducido con la tecnología GPON, los cables son más baratos en comparación con los cables LAN de cobre. Con salas de servidores reducidas, se necesita menos dinero en la instalación que los voluminosos cables de cobre. El ahorro a largo plazo se habilita al eliminar la necesidad de tener armarios de cableado y otros dispositivos electrónicos asociados en su lugar. El costo de GPON es alrededor de un 40-50% menos y se necesita menos tiempo para configurarlo y ejecutarlo con costos reducidos. Un divisor puede dividir una sola fibra en muchas señales diferentes, eliminando más fibra. El mantenimiento no se realiza con frecuencia, como en el caso de los cables de cobre. La falla de los equipos es rara y, por lo tanto, requiere menos mantenimiento.
  • Diversidad: GPON tiene la capacidad de ofrecer una amplia variedad de servicios, entre los que se incluyen cámaras de vigilancia, datos, cobertura de voz y Wi-Fi, entre otras funciones de red. Todos estos servicios son esenciales sobre todo para el ámbito empresarial y tener todos estos servicios proporcionados por un sistema de cableado único también ayuda a ahorrar en los costes que podrían generarse al tener cada función con un sistema de cableado propio. La diversidad de GPON en términos de rendimiento hace que supere a otros sistemas, por ejemplo, administrar GPON es más fácil y la solución de problemas se puede realizar la mayoría de veces en pocos y sencillos pasos.
  • Calidad del servicio: esta tecnología en particular lo cierto es que cuenta con un modelo de calidad de servicio con el que busca garantizar en todo momento el ancho de banda que necesita cada usuario y servicio.
  • Amigable con el medio ambiente: La conservación del medio ambiente es siempre un objetivo de cualquier sistema de TI y GPON es respetuoso con el medio ambiente, ya que se necesita menos electricidad y aire acondicionado cuando estamos haciendo uso de esta tecnología. Esto se atribuye a que no requiere ciertas temperaturas de funcionamiento especificadas y necesita menos componentes y requisitos para funcionar. La eficiencia y el alto nivel tecnológico necesario para montar el sistema de cableado lo convierten en una de las mejores innovaciones de los últimos tiempos.

fusionadora multi fibra opticaInconvenientes

Sin embargo, no todo son ventajas en cuanto al estándar GPON. Como desventajas podemos hablar de los siguientes que se debe tener en cuenta a la hora de apostar por esta tecnología en particular:

  • Esta tecnología implica a tener mucho cuidado a la hora de hacer los empalmes de los cables, se debe tener una exactitud máxima, y los conectores también, porque a la mínima suciedad o si el empalme está mal hecho, podríamos perder mucha velocidad e incluso directamente no conectar correctamente.
  • Otro punto negativo es que no podemos utilizar la ONT que nosotros queramos, dependiendo de la OLT y de cómo el operador lo tiene configurado internamente, necesitaremos usar una ONT permitida por dicho operador, de lo contrario no podremos autenticarnos. Generalmente los operadores no ayudan a los clientes que quieren comprar una ONT que no sea la suya propia, por lo que tendrás que buscarte la vida en la gran mayoría de los casos.
 

Funcionamiento de la transferencia de los paquetes en la tecnología GPON

A continuación, os vamos a explicar cómo se transfieren los diferentes paquetes utilizando al tecnología GPON, estos paquetes viajan desde la OLT de nuestro operador hasta la ONT que tenemos en nuestra casa, de inicio a fin, pero entre medias tenemos diferentes dispositivos como los Splitters para dar servicio a más clientes.

 

Camino del paquete en sentido descendente (desde OLT a ONT)

Paseo de paquetes en sentido descendente. Como se muestra en la imagen, los paquetes van en sentido descendente desde la OLT hacia varias ONU o ONT (Optical Node Terminal).

Consejo para entender el diagrama: El flujo descendente es desde la perspectiva del divisor, podemos pensar en él como tráfico dirigido hacia la ONU / ONT, o los usuarios finales.

Los paquetes descendentes se reenvían como transmisiones, con los mismos datos enviados a la misma ONU / ONT con diferentes datos identificados por el ID del puerto GEM. Permite que una ONU / ONT reciba los datos deseados por ONU ID. El rango de longitud de onda para la descarga es de 1480 – 1500 nm. Funcionamiento en modo continuo en sentido descarga – incluso cuando no hay tráfico de usuarios a través de GPON, hay una señal constante, excepto cuando el láser está apagado administrativamente.

Como se muestra en la imagen, el procedimiento de reenvío de paquetes en sentido descendente.

  

Proceso de la comunicación

  1. La OLT envía tramas Ethernet desde los puertos de enlace ascendente al módulo de procesamiento de servicios GPON basado en reglas configuradas para los puertos PON.
  2. El módulo de procesamiento de servicios GPON encapsula las tramas Ethernet en paquetes de datos del puerto GEM para la transmisión descendente.
  3. Las tramas de convergencia de transmisión GPON (GTC) que contienen PDU GEM se transmiten a todas las ONT / ONU conectadas al puerto GPON.
  4. La ONT / ONU filtra los datos recibidos basándose en el ID del puerto GEM contenido en el encabezado de la PDU GEM y retiene los datos solo significativos para los puertos GEM en este ONT / ONU.
  5. La ONT desencapsula los datos y envía las tramas de Ethernet a los usuarios finales a través de los puertos de servicio.
 

Estructura de tramas de paquetes en sentido descendente

Una trama GPON en sentido descarga tiene una longitud fija de 125 s, compuesta por dos componentes: bloque de control físico en sentido descarga (PCBd) y carga útil. La OLT transmite PCBd a todas las ONU / ONT. Las ONU / ONT reciben el PCBd y realizan operaciones en base a la información recibida. PCBd consta del encabezado GTC y BWmap

  • Encabezado GTC: se utiliza para la delimitación de tramas, la sincronización y la corrección de errores de envío (FEC).
  • BWmap: el campo notifica a la propia ONU de la asignación de ancho de banda ascendente. Especifica los intervalos de tiempo ascendentes de inicio y finalización para los T-CONT de cada ONU, esto garantiza que todas las ONU envíen datos en función de los intervalos de tiempo especificados por la OLT para evitar conflictos de datos.
    Como se muestra en la imagen, una vista ampliada del PCBd y lo que contiene la carga útil de GTC.

  

Términos clave

  • Psync (4 bytes de longitud): campo de sincronización física, indica el inicio de cada PCBd.
  • Ident (4 bytes de longitud): se utiliza para indicar estructuras de trama más grandes, contiene el contador de supertrama que utiliza el sistema de cifrado.
  • PLOAMd (13 bytes de longitud): campo descendente de la capa física OAM (PLOAM), piensa en esto como un canal de operación y gestión basado en mensajes entre OLT y ONU / ONT.
  • BIP (1 byte de longitud): paridad entrelazada de bits, por parte del receptor para medir el número de errores en el enlace.
  • Plend (4 bytes de longitud): campo descendente de la longitud de la carga útil.
 

Camino del paquete en sentido ascendente (desde ONT a OLT)

Como se muestra en la imagen, flujo de paquetes ascendente desde varias ONU a la OLT.

Consejo para entender el diagrama: Se puede pensar en el flujo ascendente desde la perspectiva del divisor, o el tráfico enviado desde la ONU / ONT, los usuarios finales hacia la OLT.

La transmisión de paquetes en sentido ascendente se produce a través de TDMA (acceso múltiple por división de tiempo). Se mide la distancia entre OLT y ONT / ONU. Las franjas horarias se asignan en función de la distancia ONT / ONU envía tráfico en sentido ascendente según el intervalo de tiempo concedido. La asignación dinámica de ancho de banda (DBA) permite que la OLT supervise en tiempo real la congestión, el uso del ancho de banda y la configuración. Detecta y previene colisiones a través del rango. La longitud de onda en sentido subida varía de 1290 a 1330 nm. Como se muestra en la imagen, el procedimiento de reenvío de paquetes en sentido ascendente.

Proceso de la comunicación

  1. ONT / ONU envía tramas Ethernet a los puertos GEM según las reglas configuradas que mapean los puertos de servicio y los puertos GEM.
  2. Los puertos GEM encapsulan las tramas Ethernet en las PDU GEM y agregan estas PDU a las colas TCONT según las reglas que asignan los puertos GEM y las colas TCONT.
  3. Las colas TCONT utilizan ranuras de tiempo basadas en DBA y luego transmiten las PDU GEM ascendentes a la OLT.
  4. OLT desencapsula la GEM PDU, ahora se ve la trama Ethernet original.
  5. OLT envía las tramas Ethernet desde un puerto de enlace ascendente especificado según las reglas que asignan puertos de servicio y puertos de enlace ascendente.
 

Estructura de tramas de paquetes en sentido ascendente

Cada trama GPON ascendente tiene una duración fija de 125 s. Cada trama ascendente contiene los datos transportados por uno o más T-CONT / TCONTs. Todas las ONU conectadas a un puerto GPON comparten el ancho de banda ascendente. Todas las ONU envían sus datos en sentido ascendente en sus propios intervalos de tiempo según los requisitos del mapa de ancho de banda (BWmap). Cada ONU informa del estado de los datos que se enviarán a la OLT mediante el uso de tramas ascendentes. OLT utiliza DBA para asignar intervalos de tiempo ascendentes a las ONU y envía actualizaciones en cada trama.

Nota: Las tramas ascendentes se envían como ráfagas, que se componen de la sobrecarga de la capa física ascendente (PLOu) y uno o más intervalos de asignación de ancho de banda asociados con un Alloc-ID específico.

Como se muestra en la imagen, la diferencia entre una trama descendente y ascendente.

Términos clave

  • Sobrecarga de la capa física en sentido ascendente (PLOu): sobrecarga de la capa física en sentido ascendente.
  • Capa física OAM en sentido ascendente (PLOAMu): mensajes PLOAM de datos en sentido ascendente. Piensa en esto como un canal de gestión y operación basado en mensajes entre la OLT y las ONU / ONT.
  • Secuencia de nivel de potencia ascendente (PLSu) – Secuencia de nivel de potencia ascendente.
  • Informe de ancho de banda dinámico en sentido ascendente (DBRu): informe de ancho de banda dinámico en sentido ascendente.
  • Carga útil: datos del usuario.
 

Bloques funcionales de la tecnología GPON

 

Bloques funcionales OLT

Un OLT consta de Tres partes principales:

  • Función de interfaz del puerto de servicio – Proporciona traducción entre las interfaces de servicio y la interfaz de trama TC de la sección PON.
  • Función de conexión cruzada – Proporciona una ruta de comunicación entre el shell PON y el shell de servicio, así como la funcionalidad de conexión cruzada.
  • Interfaz de red de distribución óptica (ODN) – Además subdividido en dos partes:

 

Función de interfaz PON

Función PON TC – Las responsabilidades incluyen encuadre, control de acceso a medios, OAM, DBA y delineación de la unidad de datos de protocolo (PDU) para la función de conexión cruzada y la gestión de ONU.

 

Bloques funcionales ONU / OLT

Los bloques funcionales son similares al OLT. En el caso de que la ONU / OLT funcione con una única interfaz PON (máximo 2 para fines de protección), se omite la función de conexión cruzada. En lugar de esta función, el servicio MUX y DEMUX ahora son responsables del tráfico.

 

Protocolo de apilado

El protocolo GPON tiene su propia apilado, solo Ethernet o IP. Como se muestra en la imagen, este es el protocolo de apilado para GPON:

 

Términos clave

  • Capa PMD – Equivalente a las interfaces GPON que se encuentran entre los OLT y las ONU.
  • Capa GTC – Responsable del encapsulado de cargas útiles mediante el uso de celdas ATM o tramas GEM. Las tramas GEM pueden transportar células Ethernet, POTS, E1 y T1.
 

Mapeo de tráfico: Ethernet

  • Resuelve tramas de Ethernet y mapea directamente los datos de las tramas de Ethernet en la carga útil de GEM.
  • Los marcos GEM encapsulan automáticamente la información del encabezado.
  • Alineación 1: 1 entre una trama Ethernet y una trama GEM.

Como se muestra en la imagen, se asigna una trama Ethernet a una trama GEM:

 

OMCI

Los mensajes de la interfaz de gestión y control de ONU (OMCI) se utilizan para descubrir ONT / ONU para su gestión y control. Estos mensajes especializados se envían a través de puertos GEM dedicados establecidos entre una OLT y una ONT / ONU.

El protocolo OMCI permite a una OLT:

  • Establecer y liberar conexiones con la ONT.
  • Gestionar las UNI en la ONT.
  • Solicite información de configuración y estadísticas de rendimiento.
  • Alerta autónoma de eventos, como una falla de enlace.

Puntos clave:

  • El protocolo se ejecuta a través de una conexión GEM entre OLT y ONT.
  • La conexión GEM se establece mientras la ONT se inicializa.
  • El funcionamiento del protocolo es asincrónico – El controlador OLT funciona como maestro, el controlador ONT como esclavo.
 

Técnicas importantes

 

Rango

Para evitar conflictos de datos (colisiones), el OLT debe poder medir con precisión la distancia entre él y cada ONU / ONT para proporcionar un intervalo de tiempo adecuado para facilitar los datos en sentido ascendente. Esto permite que las ONU envíen datos en intervalos de tiempo especificados para evitar problemas en sentido ascendente. Este proceso se logra mediante una técnica llamada rango.

 

Proceso de rango

La OLT inicia el proceso en una ONU cuando la ONU se registra por primera vez en la OLT y obtiene el retardo de ida y vuelta (RTD) de la ONU.

 

Con base en el RTD, se identifican los otros componentes clave

Cálculo del alcance físico de esa ONU específica, ya que este OLT requiere un retardo de ecualización adecuado (EqD) para cada ONU en función del alcance físico. RTC y EqD sincronizan las tramas de datos enviadas por todas las ONU. Como se muestra en la imagen, una demostración de lo que logra el proceso, para colocar todas las ONU / OLT a la misma distancia virtual de la OLT.

 

Tecnología Burst

El flujo de paquetes ascendente se logra a través de ráfagas, y cada ONU / ONT es responsable de la transmisión de datos dentro de sus intervalos de tiempo asignados. Cuando una ONU / ONT no está dentro de su intervalo de tiempo, el dispositivo desactiva la transmisión de su transceptor óptico para evitar otros impactos de ONU / ONT.

  • La función de transmisión en ráfaga es compatible con los módulos ONU / ONT.
  • La función de recepción de ráfagas es compatible con módulos OLT.
  • La distancia variable entre cada ONU / ONT y OLT da como resultado una atenuación de la señal óptica. Como resultado, la potencia y el nivel de los paquetes recibidos por una OLT varían en diferentes intervalos de tiempo.
  • Ajuste de umbral dinámico permite que la OLT ajuste dinámicamente el umbral para los niveles de potencia óptica. Esto asegura que se puedan recuperar todas las señales de ONU.

Como se muestra en la imagen, una demostración de diferentes datos transmitidos por ráfagas y luego recuperados:

 

Asignación dinámica de ancho de banda (DBA)

DBA habilita un módulo OLT para monitorear la congestión en la red PON en tiempo real. Esto permite que la OLT ajuste el ancho de banda en función de una variedad de factores, que incluyen la congestión, el uso del ancho de banda y la configuración.

 

Puntos clave de DBA

El módulo DBA integrado dentro del OLT recopila constantemente informes DBA, realiza cálculos y notifica a la ONU a través del campo BWMap dentro de la trama descendente. Como resultado de la información BWMap, la ONU envía datos en sentido ascendente en los intervalos de tiempo asignados para ocupar el ancho de banda ascendente. El ancho de banda también se puede asignar en modo estático / fijo.

 

El uso del DBA permite

Uso mejorado del ancho de banda ascendente en un puerto PON. Mayor ancho de banda para los usuarios y soporte para más usuarios en un puerto PON. Corrección de errores hacia adelante (FEC). La transmisión de señales digitales puede introducir errores de bits y fluctuaciones, que pueden degradar la calidad de transmisión de la señal. GPON puede aprovechar FEC, que permite al extremo RX verificar si hay bits de error en la transmisión.

Nota: FEC es unidireccional y no admite comentarios de información de error.

Puntos clave de FEC:

  • No requiere retransmisión de datos.
  • Admite FEC solo en la dirección aguas abajo.
  • Calidad de transmisión mejorada de PCBd y procesamiento de carga útil.
 

Cifrado de línea

Todos los datos en sentido descendente se transmiten a todas las ONU. Un riesgo es que no esté autorizado. Las ONU reciben datos en sentido descendente destinados a las ONU autorizadas. Para combatir esto, GPON utiliza el algoritmo AES128 para cifrar paquetes de datos.

 

Puntos de cifrado de línea clave

  • El uso del cifrado de línea no aumenta la sobrecarga ni disminuye el uso del ancho de banda.
  • El uso de cifrado de línea no prolonga los retrasos en la transmisión.
 

Intercambio y conmutación de claves

  • La OLT inicia una solicitud de intercambio de claves a la ONU. La ONU responde a la solicitud con una nueva clave.
  • Después de recibir la clave, la OLT utiliza la nueva clave para cifrar los datos.
  • OLT envía el número de trama que los usuarios de la nueva clave a la ONU.
  • La ONU recibe el número de trama y conmuta la clave de verificación en las tramas de datos entrantes.

Como se muestra en la imagen, el proceso de intercambio de claves:

 

Modos de protección de red en la tecnología GPON

Hay varios tipos diferentes de modos de protección de red que GPON puede utilizar.

 

Tipo A

  • No requiere un puerto OLT PON adicional.
  • Cuando falla la fibra primaria, los servicios se transfieren a la fibra secundaria.
  • La duración de la interrupción depende del tiempo de recuperación de la línea.
  • Si la falla ocurre en la línea del divisor a la ONU, no hay respaldo.
 

Tipo B

  • OLT proporciona dos puertos GPON como OLT válidos y de protección.
  • La protección está restringida a la fibra desde la OLT hasta el divisor y las placas de la OLT.
  • No se proporciona redundancia de equipo en la ONU ni en las fibras de alimentación.
  • Sin ONU o protección completa de ODN.
  • Utiliza un divisor de 2 x N y sin ninguna pérdida óptica adicional.
 

Tipo C

 

Redundancia para OLT, ODN y ONU (s)

  • Proporciona 2 enlaces completamente redundantes hasta las instalaciones del suscriptor.
  • Dos opciones: protección lineal 1 + 1 y lineal 1: 1.
 

Protección 1 + 1:

  • La protección PON está dedicada a la PON válida.
  • El tráfico normal se copia y se envía a ambos PON, con un puente permanente entre los dos OLT.
  • El tráfico se envía a una ONU simultáneamente, la selección entre las dos señales se basa en criterios predeterminados.
 

Protección 1: 1:

  • El tráfico normal se transporta en la PON válida o de protección.
  • La protección automática cambia entre las PON.
  • Más costoso, pero ofrece la máxima disponibilidad.

Comentar que la tecnología GPON es una tecnología de acceso de telecomunicaciones que, como hemos visto, utiliza fibra óptica para llegar hasta al cliente final. Sus estándares técnicos fueron aprobados en 2003-2004 por ITU-T en las recomendaciones G.984.1, G.984.2, G.984.3, G.984.4 y G.984.5. Todos los fabricantes de equipos deben cumplirla para garantizar la interoperabilidad. Se trata de las estandarizaciones de las redes PON a velocidades superiores a 1 Gbit/s. Posteriormente se han editado dos nuevas recomendaciones: G.984.6 (Extensión del alcance) y G.984.7 (Largo alcance). Con toda esta información esperamos que ahora puedas comprender a la perfección la tecnología GPON.

 

WD-PON y XG-PON

La exigencia sobre las redes es algo que siempre estará presente, y gracias a PON, las expectativas son muy altas. Estas redes suponen un gran salto en rendimiento, con anchos de banda mejorados y más posibilidades de servicio técnico. Por no hablar del rendimiento en el acceso a los nodos y equipos que soportan estás tecnologías. En este caso WD-PON y XG-PON, son dos alternativas.

  • WD-PON: Se trata de una tecnología de acceso que tiene un rendimiento mayor. Esta crea una arquitectura de punto a punto, que se basa en la longitud de onda sobre las topologías físicas de la fibra. La tecnología WDM la utiliza para garantizar que las señales de datos se pueden dividir en diferentes señales individuales. Esta separación del tráfico está basada en hardware, proporcionando así beneficios en forma de longitud de onda. Siendo muy segura y escalable. Esto permite a los ISP, mantener un conteo de fibra óptica bajo. Lo cual repercute directamente en el precio, con gastos más reducidos.
  • XG-PON: También se la conoce como 10G PON, y se trata de un mecanismo de migración. Su función es obtener la señal para los usuarios en rango aceptable. Para que esta tecnología pueda coexistir con la anterior, es necesaria la implementación de filtros WDM que realizan una combinación de la señal para el usuario.

WDM-PON, es capaz de ofrecer un ancho de banda y rango mayores, al igual que tiene alguna ventaja adicional con sus aplicaciones. Por otro lado, es considerado más seguro, ya que utiliza un canal de longitud de onda que es dedicado. Por otro lado, XG-PON está más estandarizado. Resultando una tecnología más estable, con costes mejores y un consumo de energía más bajo. Esta última está diseñada para aplicaciones residenciales, mientras que con WDM-PON tenemos una tecnología más utilizada en el mundo empresarial. Lo cual es así, gracias a su capacidad de ancho de banda.

 

Otras alternativas

Una de las alternativas que ha ganado popularidad es el estándar XGS-PON (10-Gigabit Symmetrical Passive Optical Network). XGS-PON es una evolución del GPON que ofrece velocidades simétricas de hasta 10 Gbps tanto de subida como de bajada. A diferencia del GPON, que proporciona velocidades asimétricas con una mayor capacidad de bajada, XGS-PON es capaz de ofrecer una mayor simetría en el ancho de banda, lo que es beneficioso para aplicaciones que requieren una alta velocidad de subida, como el teletrabajo o la carga de archivos pesados a la nube.

Otra alternativa que ha surgido es el estándar NG-PON2 (Next-Generation Passive Optical Network 2). NG-PON2 ofrece velocidades de conexión aún más altas que GPON y XGS-PON, llegando a alcanzar hasta 40 Gbps. Además de la alta velocidad, NG-PON2 también se destaca por su capacidad de compartir la misma infraestructura de fibra óptica con diferentes operadores, lo que brinda una mayor flexibilidad y eficiencia en la implementación de servicios de banda ancha.

Además de estas alternativas, se están investigando y desarrollando otros estándares y tecnologías para el futuro de las redes de fibra óptica. Algunos ejemplos son el TWDM-PON (Time and Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network), que tiene como objetivo aumentar aún más la capacidad de ancho de banda de las redes ópticas, y el 25G PON, que busca ofrecer velocidades de conexión de hasta 25 Gbps.

Si bien estos estándares y tecnologías representan posibles sustitutos o evoluciones del estándar GPON, es importante destacar que cada uno tiene sus propias características, ventajas y desafíos. La elección del estándar a utilizar dependerá de diversos factores, como las necesidades de ancho de banda, la infraestructura existente, los costos de implementación y la compatibilidad con los equipos y dispositivos de red. Lo cual también evolucionará a la para que las nuevas tecnologías para las conexiones y estándares.

 

Cuál es el futuro de las conexiones FTTH y del estándar GPON

El estándar GPON hoy en día ya se considera casi antiguo, porque los operadores ya están desplegando el estándar XGS-PON basado en el GPON que hemos hablado, pero son capaces de proporcionar una velocidad de hasta 10Gbps simétricos, tanto en descarga como en subida. Esto permitirá a los operadores proporcionar conexiones de FTTH a velocidades reales de unos 8.5Gbps aproximadamente, mucho más que los actuales 2,5Gbps del estándar GPON. Además, otro aspecto que debemos destacar es que el estándar XGS-PON permite que no haya «colapso» en horas puntas, es decir, que todos los clientes que tengan contratados 2Gbps de velocidad, consigan estas velocidades siempre.

Actualmente todos los operadores de fibra óptica hasta el hogar (FTTH) utilizan el estándar GPON para sus conexiones a Internet, pero llevan años trabajando en XGS-PON que es el futuro de las redes GPON, un estándar mucho más eficiente, rápido y que nos permitirá subir de nivel en cuanto a velocidad y calidad de la conexión. Operadores como Digi ya han anunciado sus 10Gbps de velocidad, aunque realmente la velocidad que podrían conseguir los clientes es de unos 8,5Gbps aproximadamente, Orange también ha anunciado este tipo de tecnología y llegará en los próximos meses. Está claro que todos los operadores están apostando por XGS-PON que es la evolución del GPON que conocemos hasta el momento.

Tal y como habéis visto, el estándar GPON es lo que se utiliza actualmente para las redes FTTH, un estándar que lleva con nosotros muchos años y que nos ha permitido disfrutar de velocidades reales de hasta 1Gbps por parte de los operadores. Ahora el estándar XGS-PON será el que sea prioritario para los operadores, porque es mucho más rápido y permitirá no tener ningún tipo de cuello de botella, sobre todo en núcleos urbanos donde haya una alta densidad de clientes conectados y transfiriendo mucho tráfico.

Fuente > Cisco

1 Comentario