Descargue este artículo en formato .PDF
EPON y GPON son versiones populares de las redes ópticas pasivas (PON). Estas redes de cable de fibra óptica de corto recorrido se utilizan para el acceso a Internet, la voz sobre el protocolo de Internet (VoIP) y el suministro de televisión digital en áreas metropolitanas. Otros usos son las conexiones de backhaul para estaciones base de telefonía móvil, puntos de acceso Wi-Fi e incluso sistemas de antenas distribuidas (DAS). Las principales diferencias entre ellas radican en los protocolos utilizados para las comunicaciones descendentes y ascendentes.
Redes ópticas pasivas
Una PON es una red de fibra que sólo utiliza fibra y componentes pasivos como divisores y combinadores en lugar de componentes activos como amplificadores, repetidores o circuitos de conformación. Estas redes cuestan mucho menos que las que utilizan componentes activos. La principal desventaja es un menor rango de cobertura limitado por la intensidad de la señal. Mientras que una red óptica activa (AON) puede cubrir un rango de unos 100 km (62 millas), una PON suele estar limitada a tramos de cable de fibra de hasta 20 km (12 millas). Las PON también se denominan redes de fibra hasta el hogar (FTTH).
El término FTTx se utiliza para indicar la distancia de un tramo de fibra. En FTTH, la x es para el hogar. También puede ver que se llama FTTP o fibra hasta las instalaciones. Otra variación es FTTB para fibra hasta el edificio. Estas tres versiones definen sistemas en los que la fibra va desde el proveedor de servicios hasta el cliente. En otras formas, la fibra no llega hasta el cliente. En su lugar, se lleva a un nodo intermedio en el vecindario. Esto se denomina FTTN (fibra hasta el nodo). Otra variante es la FTTC, o fibra hasta la acera. También en este caso la fibra no llega hasta el hogar. Las redes FTTC y FTTN pueden utilizar la línea telefónica de cobre de par trenzado no apantallado (UTP) del cliente para extender los servicios a un coste menor. Por ejemplo, una línea ADSL rápida lleva los datos de fibra a los dispositivos del cliente.
La disposición típica de PON es una red punto a multipunto (P2MP) en la que un terminal de línea óptica (OLT) central en las instalaciones del proveedor de servicios distribuye el servicio de TV o Internet a un máximo de 16 a 128 clientes por línea de fibra (véase la figura). Los divisores ópticos, dispositivos ópticos pasivos que dividen una única señal óptica en varias señales iguales pero de menor potencia, distribuyen las señales a los usuarios. Una unidad de red óptica (ONU) termina el PON en el domicilio del cliente. La ONU suele comunicarse con un terminal de red óptica (ONT), que puede ser una caja independiente que conecta el PON a televisores, teléfonos, ordenadores o un router inalámbrico. El ONU/ONT puede ser un solo dispositivo.
En el método básico de funcionamiento para la distribución descendente en una longitud de onda de luz desde el OLT al ONU/ONT, todos los clientes reciben los mismos datos. La ONU reconoce los datos dirigidos a cada usuario. Para el flujo ascendente desde la ONU a la OLT, se utiliza una técnica de multiplexación por división de tiempo (TDM) en la que se asigna a cada usuario una franja horaria en una longitud de onda de luz diferente. Con esta disposición, los divisores actúan como combinadores de potencia. Las transmisiones ascendentes, denominadas operaciones en modo ráfaga, se producen de forma aleatoria cuando un usuario necesita enviar datos. El sistema asigna una ranura según sea necesario. Como el método TDM implica a varios usuarios en una sola transmisión, la velocidad de datos ascendente es siempre más lenta que la descendente.
GPON
A lo largo de los años, se han desarrollado varios estándares PON. A finales de los años 90, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) creó el estándar APON, que utilizaba el modo de transferencia asíncrono (ATM) para la transmisión de paquetes de larga distancia. Como el ATM ya no se utiliza, se creó una versión más reciente denominada PON de banda ancha, o BPON. Denominada UIT-T G.983, esta norma ofrecía 622 Mbits/s en sentido descendente y 155 Mbits/s en sentido ascendente.
Aunque BPON puede seguir utilizándose en algunos sistemas, la mayoría de las redes actuales utilizan GPON, o PON Gigabit. La norma del UIT-T es la G.984. Ofrece 2,488 Gbits/s en sentido descendente y 1,244 Gbits/s en sentido ascendente.
GPON utiliza la multiplexación óptica por división de longitud de onda (WDM), de modo que una sola fibra puede utilizarse para los datos en sentido descendente y ascendente. Un láser con una longitud de onda (λ) de 1490 nm transmite los datos de bajada. Los datos ascendentes se transmiten en una longitud de onda de 1310 nm. Si se distribuye televisión, se utiliza una longitud de onda de 1550 nm.
Mientras que cada ONU obtiene la velocidad completa de bajada de 2,488 Gbits/s, GPON utiliza un formato de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) para asignar una franja horaria específica a cada usuario. Esto divide el ancho de banda para que cada usuario obtenga una fracción, como por ejemplo 100 Mbits/s, dependiendo de cómo lo asigne el proveedor de servicios.
La velocidad de subida es inferior a la máxima porque se comparte con otros ONUs en un esquema TDMA. La OLT determina la distancia y el retardo de tiempo de cada abonado. A continuación, el software proporciona una forma de asignar franjas horarias a los datos de subida para cada usuario.
La división típica de una sola fibra es 1:32 o 1:64. Eso significa que cada fibra puede dar servicio a un máximo de 32 o 64 abonados. En algunos sistemas son posibles relaciones de división de hasta 1:128.
En cuanto al formato de los datos, los paquetes GPON pueden manejar paquetes ATM directamente. Recordemos que ATM empaqueta todo en paquetes de 53 bytes con 48 para datos y 5 para gastos generales. GPON también utiliza un método de encapsulación genérico para transportar otros protocolos. Puede encapsular Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, vídeo, VoIP u otros protocolos según lo requiera la transmisión de datos. El tamaño mínimo de los paquetes es de 53 bytes y el máximo de 1518. La encriptación AES se utiliza sólo en sentido descendente.
La última versión de GPON es una versión de 10 Gigabits llamada XGPON, o 10G-PON. A medida que aumenta la demanda de vídeo y de servicios de televisión over the top (OTT), se hace cada vez más necesario aumentar la velocidad de línea para manejar los datos masivos del vídeo de alta definición. XGPON sirve para este propósito. La norma de la UIT es G.987.
La velocidad máxima de XGPON es de 10 Gbits/s (9,95328) de bajada y 2,5 Gbits/s (2,48832) de subida. Se utilizan diferentes longitudes de onda WDM, 1577 nm en sentido descendente y 1270 nm en sentido ascendente. Esto permite que el servicio de 10 Gbit/s coexista en la misma fibra con la GPON estándar. La división óptica es 1:128 y el formato de los datos es el mismo que el de GPON. El alcance máximo sigue siendo de 20 km. XGPON aún no se ha implantado de forma generalizada, pero proporciona una excelente vía de actualización para los proveedores de servicios y los clientes.
La mayoría de los PON están configurados así. El número de divisores y niveles de división varía según el proveedor y el sistema. Los ratios de división suelen ser de 1:32 o 1:64, pero pueden ser mayores.
EPON
El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) desarrolló otro estándar PON más reciente. Basado en el estándar Ethernet 802.3, EPON 802.3ah especifica una red pasiva similar con un alcance de hasta 20 km. Utiliza WDM con las mismas frecuencias ópticas que GPON y TDMA. La velocidad de datos en bruto de la línea es de 1,25 Gbits/s en sentido descendente y ascendente. A veces se oye hablar de la red como Gigabit Ethernet PON o GEPON.
EPON es totalmente compatible con otros estándares de Ethernet, por lo que no es necesaria ninguna conversión o encapsulación cuando se conecta a redes basadas en Ethernet en ambos extremos. Se utiliza la misma trama Ethernet con una carga útil de hasta 1518 bytes. EPON no utiliza el método de acceso CSMA/CD empleado en otras versiones de Ethernet. Dado que Ethernet es la principal tecnología de red utilizada en las redes de área local (LAN) y ahora en las redes de área metropolitana (MAN), no se necesita ninguna conversión de protocolo.
También existe una versión de Ethernet de 10 Gbit/s denominada 802.3av. La velocidad de línea real es de 10,3125 Gbits/s. El modo primario es de 10 Gbits/s tanto en sentido ascendente como descendente. Una variante utiliza 10 Gbits/s en sentido descendente y 1 Gbit/s en sentido ascendente. Las versiones de 10 Gbits/s utilizan diferentes longitudes de onda ópticas en la fibra, de 1575 a 1580 nm en sentido descendente y de 1260 a 1280 nm en sentido ascendente, de modo que el sistema de 10 Gbits/s puede multiplexarse en la misma fibra que un sistema estándar de 1 Gbits/s.
Resumen
Las empresas de telecomunicaciones utilizan los PONs para proporcionar servicios triple-play que incluyen televisión, teléfono VoIP y servicio de Internet a los abonados. La ventaja es una velocidad de datos mucho mayor, esencial para la distribución de vídeo y otros servicios de Internet. El bajo coste de los componentes pasivos se traduce en sistemas más sencillos con menos componentes que fallen o requieran mantenimiento. La principal desventaja es el menor alcance posible, que no suele superar los 20 km o 12 millas. Los PON son cada vez más populares a medida que crece la demanda de un servicio de Internet más rápido y de más vídeo. La GPON es la más popular en Estados Unidos, como el sistema Foist de Verizon. Los sistemas EPON son más frecuentes en Asia y Europa.
Descargue este artículo en formato .PDF
1. Frenzel, Louis, Principles of Electronic Communications Systems, McGraw Hill, 2008.Referencias
2. Lippi’s, Nicholas, GPON vs. Gigabit Ethernet in Campus Networking, febrero de 2012.
3. Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, presentación para Ericsson, noviembre de 2008.
Caption
La mayoría de los PON se configuran así. El número de divisores y niveles de división varía según el proveedor y el sistema. Los ratios de división suelen ser de 1:32 o 1:64, pero pueden ser mayores.