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Red óptica pasiva

Un conjunto de cables de fibra óptica con conectores SC APC , como los que se utilizan habitualmente para conectar terminales de red óptica a redes ópticas pasivas. Una red ópti...

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Un conjunto de cables de fibra óptica con conectores SC APC , como los que se utilizan habitualmente para conectar terminales de red óptica a redes ópticas pasivas.

Una red óptica pasiva ( PON ) es una red de telecomunicaciones de fibra óptica que utiliza únicamente dispositivos sin alimentación para transmitir señales, en lugar de equipos electrónicos. En la práctica, las PON se utilizan normalmente para la última milla entre los proveedores de servicios de Internet (ISP) y sus clientes. En este caso, una PON tiene una topología punto a multipunto en la que un ISP utiliza un único dispositivo para dar servicio a muchos sitios de usuarios finales mediante un sistema como 10G-PON o GPON . En esta topología de uno a muchos, una única fibra que da servicio a muchos sitios se ramifica en múltiples fibras a través de un divisor pasivo , y cada una de esas fibras puede dar servicio a múltiples sitios a través de divisores adicionales. La luz del ISP se divide a través de los divisores para llegar a todos los sitios de los clientes, y la luz de los sitios de los clientes se combina en la única fibra. [ 1 ] Muchos ISP de fibra prefieren este sistema. [ 2 ]

Componentes y características

Tráfico descendente en redes ópticas activas (superiores) frente a pasivas.

Una red óptica pasiva consta de una terminal de línea óptica (OLT) en la central del proveedor de servicios (hub), divisores ópticos pasivos (que no consumen energía) y varias unidades de red óptica (ONU) o terminales de red óptica (ONT), que se encuentran cerca de los usuarios finales. [ 2 ] [ 3 ] Puede haber amplificadores entre la OLT y las ONU. [ 4 ] Varias fibras de una OLT pueden transportarse en un solo cable. [ 5 ] Una PON reduce la cantidad de fibra y equipo de central necesarios en comparación con las arquitecturas punto a punto con conexiones dedicadas para cada usuario. Una red óptica pasiva es una forma de red de acceso de fibra óptica . El ancho de banda se comparte comúnmente entre los usuarios de una PON. [ 6 ] [ 7 ]

En la mayoría de los casos, las señales descendentes se transmiten a todas las instalaciones que comparten múltiples fibras. El cifrado puede evitar las escuchas ilegales .

Las señales ascendentes se combinan mediante un protocolo de acceso múltiple , generalmente acceso múltiple por división de tiempo (TDMA).

Historia

Las redes ópticas pasivas fueron propuestas por primera vez por British Telecommunications en 1987. [ 8 ]

Dos importantes grupos de normalización, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y el Sector de Normalización de las Telecomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T), desarrollan normas junto con otras organizaciones del sector.

La Sociedad de Ingenieros de Telecomunicaciones por Cable (SCTE) también especificó la radiofrecuencia sobre vidrio para la transmisión de señales a través de una red óptica pasiva. CableLabs ha desarrollado una red PON coherente (CPON) que funciona a 100 Gbit/s de forma simétrica [ 9 ] y admite relaciones de división de hasta 1:512. Coherente significa que solo necesita una longitud de onda de luz para funcionar. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

FSAN y UIT

A partir de 1995, el trabajo sobre arquitecturas de fibra hasta el hogar fue realizado por el grupo de trabajo Full Service Access Network (FSAN), formado por los principales proveedores de servicios de telecomunicaciones y proveedores de sistemas. [ 13 ] La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) continuó trabajando y estandarizó dos generaciones de PON. El estándar ITU-T G.983 anterior se basaba en el Modo de Transferencia Asíncrona (ATM) y, por lo tanto, se le ha denominado APON (ATM PON). Las mejoras posteriores al estándar APON original, así como la pérdida gradual de preferencia de ATM como protocolo, llevaron a que la versión final completa de ITU-T G.983 se denominara más a menudo PON de banda ancha o BPON. Un APON/BPON típico proporciona 622 megabits por segundo (Mbit/s) ( OC-12 ) de ancho de banda de bajada y 155  Mbit/s ( OC-3 ) de tráfico de subida, aunque el estándar admite velocidades más altas.

El estándar ITU-T G.984 Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON, G-PON), definido por primera vez en 2003, [ 14 ] representó un aumento, en comparación con BPON, tanto en el ancho de banda total como en la eficiencia del ancho de banda mediante el uso de paquetes más grandes y de longitud variable. Nuevamente, los estándares permiten varias opciones de tasa de bits, pero la industria ha convergido en 2,488 gigabits por segundo (Gbit/s) de ancho de banda de bajada y 1,244  Gbit/s de ancho de banda de subida. El método de encapsulación GPON (GEM) permite un empaquetado muy eficiente del tráfico de usuario con segmentación de tramas.

A mediados de 2008, Verizon había instalado más de800 000  líneas . British Telecom , BSNL , Saudi Telecom Company , Etisalat y AT&T se encontraban en fase de pruebas avanzadas en Gran Bretaña, India, Arabia Saudita, Emiratos Árabes Unidos y Estados Unidos, respectivamente. Las redes GPON ya se han implementado en numerosas redes a nivel mundial, y las tendencias indican un mayor crecimiento de GPON que de otras tecnologías PON.

G.987 definió 10G-PON en 2010 [ 15 ] con 10  Gbit/s de bajada y 2,5  Gbit/s de subida; el tramado es "similar a G-PON" y está diseñado para coexistir con dispositivos GPON en la misma red. [ 16 ] XGS-PON es una tecnología relacionada que puede ofrecer velocidades de subida y bajada (simétricas) de hasta 10  Gbit/s (gigabits por segundo), aprobada por primera vez en 2016 como G.9807.1. [ 17 ]

La UIT aprobó la PON asimétrica de 50G en septiembre de 2021, [ 18 ] [ 19 ] y la PON simétrica de 50G en septiembre de 2022. [ 20 ] La primera prueba de 50G-PON tuvo lugar en 2024 en Turquía. [ 21 ] Se han demostrado 100G-PON y 200G-PON. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] La primera demostración de 100G-PON en una red real se realizó en Australia en 2024. [ 26 ]

Seguridad

Desarrollada en 2009 por Cable Manufacturing Business para cumplir con los requisitos SIPRNet de la Fuerza Aérea de los EE. UU. , la red óptica pasiva segura (SPON) integra la tecnología de red óptica pasiva gigabit (GPON) y el sistema de distribución de protección (PDS). [ 27 ] Los cambios en los requisitos NSTISSI 7003 para PDS y el mandato del gobierno federal de los EE. UU. para tecnologías VERDES permitieron que el gobierno federal de los EE. UU. considerara las dos tecnologías como una alternativa a Ethernet activa y dispositivos de cifrado . El director de información del Departamento del Ejército de los Estados Unidos emitió una directiva para adoptar la tecnología para el año fiscal 2013. Es comercializada al ejército de los EE. UU. por empresas como Telos Corporation . [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]

El uso de GPON en despliegues de fibra hasta el punto de acceso puede presentar vulnerabilidades a ataques de denegación de servicio mediante inyecciones de señales ópticas, un problema que no se ha resuelto con las tecnologías disponibles comercialmente. [ 32 ] [ 33 ]

IEEE

En 2004, el estándar Ethernet PON (EPON o GEPON) 802.3ah-2004 fue ratificado como parte del proyecto Ethernet en la primera milla del IEEE 802.3 . EPON es una red de "corta distancia" que utiliza paquetes Ethernet, cables de fibra óptica y una única capa de protocolo. [ 1 ] EPON también utiliza tramas Ethernet estándar 802.3 con velocidades simétricas de 1 gigabit por segundo de subida y bajada. EPON es aplicable para redes centradas en datos, así como para redes de voz, datos y vídeo de servicio completo. 10  Gbit/s EPON o 10G-EPON fue ratificado como una enmienda IEEE 802.3av al IEEE 802.3. 10G-EPON admite 10/1  Gbit/s. El plan de longitud de onda descendente admite la operación simultánea de 10  Gbit/s en una longitud de onda y 1  Gbit/s en una longitud de onda separada para la operación simultánea de IEEE 802.3av e IEEE 802.3ah en la misma red PON. El canal ascendente puede admitir la operación simultánea de IEEE 802.3av y 1 Gbit/s 802.3ah en un único canal  compartido (1310 nm). 

En 2014, se instalaron más de 40 millones de puertos EPON, lo que la convirtió en la tecnología PON más extendida a nivel mundial. EPON también constituye la base de los servicios comerciales de los operadores de cable, como parte de las especificaciones de aprovisionamiento DOCSIS de EPON (DPoE).

10G EPON es totalmente compatible con otros estándares Ethernet y no requiere conversión ni encapsulación para conectarse a redes basadas en Ethernet, ni en el extremo ascendente ni en el descendente. Esta tecnología se conecta sin problemas con cualquier tipo de comunicación basada en IP o por paquetes y, gracias a la omnipresencia de las instalaciones Ethernet en hogares, lugares de trabajo y otros entornos, la implementación de EPON suele ser muy económica. [ 1 ]

Elementos de red

Una red PON aprovecha la multiplexación por división de longitud de onda (WDM), utilizando una longitud de onda para el tráfico descendente y otra para el tráfico ascendente en una fibra monomodo (ITU-T G.652 , normalmente OS2). Las redes BPON, EPON, GEPON y GPON comparten el mismo plan básico de longitud de onda y utilizan la longitud de onda de 1490 nanómetros (nm) para el tráfico descendente y  la de 1310 nm para el tráfico ascendente. La longitud de onda de 1550  nm se reserva para servicios superpuestos opcionales, normalmente vídeo RF (analógico).

Al igual que con la tasa de bits, los estándares describen varios presupuestos de potencia óptica , el más común es un presupuesto de pérdida de 28 dB tanto para BPON como para GPON, pero también se han anunciado productos que utilizan ópticas menos costosas. 28  dB corresponden a unos 20  km con una división de 32 vías. La corrección de errores hacia adelante (FEC) puede proporcionar otro  presupuesto de pérdida de 2 a 3 dB en sistemas GPON. A medida que la óptica mejore,  es probable que el presupuesto de 28 dB aumente. Aunque tanto los protocolos GPON como EPON permiten grandes relaciones de división (hasta 128 suscriptores para GPON, [ 34 ] hasta 32.768 para EPON), en la práctica la mayoría de las PON se implementan con una relación de división de 1:64, [ 35 ] 1:32 [ 36 ] o menor. Las redes XGS-PON admiten relaciones de división de hasta 1:128 [ 37 ] y 50G-PON admite relaciones de división de al menos 1:256 dependiendo de la OLT. [ 38 ]

Los divisores pueden conectarse en cascada, como en áreas con baja densidad de población y, por lo tanto, un número reducido de suscriptores en un área determinada. [ 39 ] [ 40 ] Esto también puede hacerse para facilitar la reducción del número de suscriptores en una PON en el futuro. [ 40 ] Por lo tanto, las PON pueden tener una topología de red en árbol. [ 41 ] En áreas rurales, se pueden utilizar OLT remotas con capacidad para solo unos pocos usuarios. [ 42 ] Los divisores pueden fabricarse con tecnologías de circuitos de ondas de luz planares (PLC) o de conos bicónicos fusionados (FBT): PLC crea guías de ondas ópticas en un sustrato plano de sílice para dividir la luz, y FBT fusiona fibras ópticas para crear un divisor. [ 43 ]

Una PON consta de un nodo de oficina central, denominado terminal de línea óptica (OLT), uno o más nodos de usuario, denominados unidades de red óptica (ONU) o terminales de red óptica (ONT), y las fibras y divisores entre ellos, denominados red de distribución óptica (ODN). "ONT" es un término de la UIT-T para describir una ONU de un solo inquilino. En unidades de múltiples inquilinos, la ONU puede conectarse a un dispositivo en las instalaciones del cliente dentro de la vivienda individual mediante tecnologías como Ethernet sobre par trenzado, G.hn (un estándar de alta velocidad de la UIT-T que puede operar sobre cualquier cableado doméstico existente: líneas eléctricas , líneas telefónicas y cables coaxiales ) o DSL . Una ONU es un dispositivo que finaliza la PON y presenta las interfaces de servicio al cliente al usuario. Algunas ONU implementan una unidad de abonado independiente para proporcionar servicios como telefonía, datos Ethernet o vídeo.

Una OLT proporciona la interfaz entre una PON y la red central de un proveedor de servicios . Estas suelen incluir:

La ONT u ONU termina la PON y presenta las interfaces de servicio nativas al usuario. Estos servicios pueden incluir voz ( servicio telefónico convencional (POTS) o voz sobre IP ( VoIP )), datos (normalmente Ethernet o V.35 ), vídeo y/o telemetría (TTL, ECL, RS530, etc.). A menudo, las funciones de la ONU se dividen en dos partes:

  • La ONU, que termina la PON y presenta una interfaz convergente, como DSL , cable coaxial o Ethernet multiservicio, hacia el usuario;
  • El equipo de terminación de red (NTE) recibe la interfaz convergente y proporciona interfaces de servicio nativas al usuario, como Ethernet y POTS.

Una red PON es una red compartida, donde la OLT envía un único flujo de tráfico descendente que es visible para todas las ONUs. Cada ONU lee el contenido únicamente de los paquetes que le corresponden. Se utiliza cifrado para evitar la interceptación del tráfico descendente.

Una OLT puede tener varios puertos, y cada puerto puede controlar una única red PON con factores de división de aproximadamente 1:32 o 1:64, lo que significa que por cada puerto de la OLT se pueden conectar hasta 32 o 64 ONU en las instalaciones del cliente. [ 44 ] [ 45 ] Varios estándares PON pueden coexistir en la misma ODN (red de distribución óptica) mediante el uso de diferentes longitudes de onda. [ 46 ]

Asignación de ancho de banda ascendente

La OLT se encarga de asignar el ancho de banda de subida a las ONUs. Debido a que la red de distribución óptica (ODN) es compartida, las transmisiones de subida de las ONUs podrían colisionar si se transmiten en momentos aleatorios. Las ONUs pueden estar a diferentes distancias de la OLT, lo que significa que el retardo de transmisión de cada ONU es único. La OLT mide el retardo y establece un registro en cada ONU mediante mensajes PLOAM (operaciones, administración y mantenimiento de la capa física) para igualar su retardo con respecto a todas las demás ONUs en la PON.

Una vez configurado el retardo de todas las ONUs, la OLT transmite permisos a cada una de ellas. Un permiso otorga la autorización para utilizar un intervalo de tiempo definido para la transmisión ascendente. El mapa de permisos se recalcula dinámicamente cada pocos milisegundos. Este mapa asigna ancho de banda a todas las ONUs, de modo que cada una reciba el ancho de banda necesario para sus necesidades de servicio.

Algunos servicios, como POTS , requieren un ancho de banda de subida prácticamente constante, y la OLT puede proporcionar una asignación fija de ancho de banda a cada servicio contratado. DS1 y algunas clases de servicios de datos también pueden requerir una tasa de bits de subida constante. Sin embargo, gran parte del tráfico de datos, como la navegación web, es intermitente y altamente variable. Mediante la asignación dinámica de ancho de banda (DBA), una PON puede sobrecargarse para el tráfico de subida, según los conceptos de ingeniería de tráfico de la multiplexación estadística . (El tráfico de bajada también puede sobrecargarse, al igual que cualquier LAN. La única característica especial de la arquitectura PON para la sobrecarga de bajada es que la ONU debe ser capaz de aceptar intervalos de tiempo de bajada completamente arbitrarios, tanto en tiempo como en tamaño).

En GPON existen dos formas de DBA: informes de estado (SR) e informes sin estado (NSR).

En NSR DBA, la OLT asigna continuamente una pequeña cantidad de ancho de banda adicional a cada ONU. Si la ONU no tiene tráfico que enviar, transmite tramas inactivas durante su asignación excedente. Si la OLT observa que una ONU determinada no está enviando tramas inactivas, aumenta la asignación de ancho de banda a esa ONU. Una vez que se ha transferido la ráfaga de la ONU, la OLT observa una gran cantidad de tramas inactivas de dicha ONU y reduce su asignación en consecuencia. NSR DBA tiene la ventaja de no imponer requisitos a la ONU y la desventaja de que la OLT no tiene forma de saber cuál es la mejor manera de asignar ancho de banda entre varias ONUs que lo necesitan.

En SR DBA, la OLT consulta a las ONUs para conocer sus colas de espera. Una ONU determinada puede tener varios contenedores de transmisión (T-CONT), cada uno con su propia prioridad o clase de tráfico. La ONU informa de cada T-CONT por separado a la OLT. El mensaje de informe contiene una medida logarítmica de la cola de espera en la cola de T-CONT. Conociendo el acuerdo de nivel de servicio para cada T-CONT en toda la PON, así como el tamaño de la cola de espera de cada T-CONT, la OLT puede optimizar la asignación del ancho de banda disponible en la PON.

Los sistemas EPON utilizan un mecanismo DBA equivalente a la solución SR DBA de GPON. La OLT consulta a las ONUs para conocer el estado de su cola y asigna ancho de banda mediante el mensaje MPCP GATE, mientras que las ONUs informan de su estado mediante el mensaje MPCP REPORT.

Variantes

TDM-PON

En TDM-PON, se utiliza un divisor óptico pasivo en la red de distribución óptica. En sentido ascendente, cada ONU (unidad de red óptica) u ONT (terminal de red óptica) transmite en ráfagas durante un intervalo de tiempo asignado (multiplexado en el dominio del tiempo). De esta forma, la OLT recibe señales de una sola ONU u ONT en cada momento. En sentido descendente, la OLT suele transmitir de forma continua (o en ráfagas). Las ONU u ONT visualizan sus propios datos mediante las etiquetas de dirección integradas en la señal.

APON / BPON , EPON y GPON se han implementado ampliamente. En noviembre de 2014, EPON contaba con aproximadamente 40 millones de puertos implementados y ocupaba el primer lugar en cuanto a implementaciones. [ 47 ]

En 2015, GPON (gigabit) tenía una cuota de mercado menor, pero se prevé que alcance los 10.500 millones de dólares estadounidenses en 2020. [ 48 ]

XGS-PON (10 gigabits) es popular entre los ISP de fibra en los EE. UU. a partir de 2022. [ 49 ]

Aprovisionamiento de EPON (DPoE) mediante DOCSIS

La especificación de interfaz de servicio de datos sobre cable ( DOCSIS ) para el aprovisionamiento de redes ópticas pasivas Ethernet (DPoE) es un conjunto de especificaciones de CableLabs que implementan la interfaz de capa de servicio DOCSIS en los estándares de control de acceso al medio (MAC) y capa física (PHY) de Ethernet PON (EPON, GEPON o 10G-EPON) existentes. En resumen, implementa la funcionalidad de Operaciones, Administración, Mantenimiento y Aprovisionamiento (OAMP) de DOCSIS en equipos EPON existentes. Esto hace que la OLT EPON se vea y funcione como una plataforma de Sistemas de Terminación de Módem de Cable (CMTS) DOCSIS (que se denomina Sistema DPoE en la terminología DPoE). Además de ofrecer las mismas capacidades de servicio IP que un CMTS, DPoE admite los servicios MEF 9 y 14 del Metro Ethernet Forum (MEF) para la entrega de servicios Ethernet a clientes empresariales.

Comcast Xfinity [ 50 ] y Charter Spectrum [ 51 ] utilizan 10G-EPON con DPoE en áreas de reciente despliegue, incluyendo nuevas construcciones y expansión rural.

Frecuencia de radio sobre vidrio

La radiofrecuencia sobre vidrio (RFoG) es un tipo de red óptica pasiva que transporta señales de RF que antes se transmitían a través de cobre (principalmente mediante un cable híbrido de fibra coaxial ) sobre PON. En la dirección de avance, RFoG puede ser un sistema P2MP independiente o una superposición óptica para PON existentes, como GEPON/EPON. La superposición para RFoG se basa en la multiplexación por división de longitud de onda (WDM), que consiste en la combinación pasiva de longitudes de onda en un único filamento de vidrio. La compatibilidad con RF inversa se proporciona transportando la RF de retorno en una longitud de onda distinta a la de retorno de la PON. El Grupo de Trabajo 5 del Subcomité de Prácticas de Interfaz (IPS) de la Sociedad de Ingenieros de Cable y Telecomunicaciones (SCTE) está trabajando actualmente en el estándar IPS 910 RF sobre vidrio. RFoG ofrece compatibilidad con versiones anteriores de la tecnología de modulación de RF existente, pero no proporciona ancho de banda adicional para servicios basados ​​en RF. Aunque aún no está completo, el estándar RFoG es en realidad una colección de opciones estandarizadas que no son compatibles entre sí (no se pueden combinar en la misma PON). Algunos estándares pueden ser interoperables con otras redes PON, otros no. Ofrece una solución para admitir tecnologías de radiofrecuencia en ubicaciones donde solo hay fibra óptica disponible o donde el cobre no está permitido o no es viable. Esta tecnología está dirigida a operadores de televisión por cable y sus redes HFC existentes, pero también la utilizan Verizon , Frontier Communications y Ziply Fiber para ofrecer servicios de televisión de pago a través de fibra, a pesar de que estas empresas nunca han poseído ni desplegado una red HFC.

WDM-PON

La red PON con multiplexación por división de longitud de onda (WDM-PON) es un tipo no estándar de red óptica pasiva que está siendo desarrollada por algunas empresas.

Las múltiples longitudes de onda de una WDM-PON se pueden usar para separar las Unidades de Red Óptica (ONU) en varias PON virtuales que coexisten en la misma infraestructura física. [ 42 ] Alternativamente, las longitudes de onda se pueden usar colectivamente mediante multiplexación estadística para proporcionar una utilización eficiente de la longitud de onda y reducir los retrasos experimentados por las ONU.

No existe un estándar común para WDM-PON ni una definición unánime del término. Según algunas definiciones, WDM-PON se refiere a una longitud de onda dedicada para cada ONU. Otras definiciones, más flexibles, sugieren que el uso de más de una longitud de onda en cualquier dirección en una red PON constituye WDM-PON. Resulta difícil proporcionar una lista imparcial de proveedores de WDM-PON cuando no existe una definición unánime. Las redes PON ofrecen mayor ancho de banda que las redes de acceso tradicionales basadas en cobre. WDM-PON ofrece mayor privacidad y mejor escalabilidad, ya que cada ONU solo recibe su propia longitud de onda.

Ventajas : La capa MAC se simplifica porque las conexiones P2P entre OLT y ONU se realizan en el dominio de la longitud de onda, por lo que no se necesita control de acceso al medio P2MP. En WDM-PON, cada longitud de onda puede funcionar a una velocidad y con un protocolo diferentes, lo que facilita la actualización según las necesidades.

Desafíos : Alto costo de configuración inicial, costo de los componentes WDM. El control de temperatura es otro desafío debido a la tendencia de las longitudes de onda a variar con la temperatura ambiente.

TWDM-PON

La red óptica pasiva multiplexada por división de tiempo y longitud de onda (TWDM-PON) es una solución principal para la red óptica pasiva de próxima generación de etapa 2 ( NG-PON2 ) por parte de la red de acceso de servicio completo (FSAN) en abril de 2012. TWDM-PON coexiste con los sistemas Gigabit PON (G-PON) y 10 Gigabit PON (XG-PON) implementados comercialmente. Mientras que G-PON, XG-PON y XGS-PON solo admiten una longitud de onda por dirección, NG-PON admite 4 u 8 longitudes de onda por dirección y 10  Gbit/s por longitud de onda para un ancho de banda de hasta 80  Gbit/s de bajada y subida. [ 34 ]

Redes de acceso óptico de largo alcance

El concepto de la Red de Acceso Óptico de Largo Alcance (LROAN) consiste en reemplazar la conversión óptica/eléctrica/óptica que se realiza en la central local con una ruta óptica continua que se extiende desde el cliente hasta el núcleo de la red. El trabajo de Davey y Payne en BT demostró que se podían lograr importantes ahorros de costos al reducir el equipo electrónico y el espacio físico necesarios en la central local o centro de telecomunicaciones. [ 52 ] Un prototipo de prueba de concepto demostró que era posible dar servicio a 1024 usuarios a 10  Gbit/s con  un alcance de 100 km. [ 53 ]

Esta tecnología a veces se ha denominado PON de largo alcance; sin embargo, muchos argumentan que el término PON ya no es aplicable, ya que, en la mayoría de los casos, solo la distribución permanece pasiva.

Tecnologías facilitadoras

Debido a la topología de PON, los modos de transmisión para la transmisión descendente (es decir, de la OLT a la ONU) y ascendente (es decir, de la ONU a la OLT) son diferentes. Para la transmisión descendente, la OLT emite una señal óptica a todas las ONUs en modo continuo (CM), lo que significa que el canal descendente siempre tiene señal de datos ópticos. Sin embargo, en el canal ascendente, las ONUs no pueden transmitir señal de datos ópticos en CM. El uso de CM provocaría que todas las señales transmitidas por las ONUs convergieran (con atenuación) en una sola fibra mediante el divisor de potencia (que actúa como acoplador de potencia), y se superpusieran. Para solucionar este problema, se adopta la transmisión en modo ráfaga (BM) para el canal ascendente. Cada ONU solo transmite un paquete óptico cuando se le asigna una ranura de tiempo y necesita transmitir, y todas las ONUs comparten el canal ascendente en modo de multiplexación por división de tiempo (TDM).

Las fases de los paquetes ópticos BM recibidos por la OLT difieren entre sí, ya que las ONU no están sincronizadas para transmitir paquetes ópticos en la misma fase, y la distancia entre la OLT y cada ONU es aleatoria. Debido a la falta de uniformidad en la distancia entre la OLT y las ONU, los paquetes ópticos recibidos por la OLT pueden presentar amplitudes diferentes. Para compensar la variación de fase y amplitud en un breve lapso de tiempo (por ejemplo, en 40 ns para GPON [ 54 ] ), es necesario emplear, respectivamente, la recuperación de reloj y datos en modo ráfaga (BM-CDR) y un amplificador en modo ráfaga (por ejemplo, un TIA en modo ráfaga).

Además, el modo de transmisión BM requiere que el transmisor funcione en modo ráfaga. Este tipo de transmisor puede encenderse y apagarse en breves periodos de tiempo. Los tres tipos de circuitos mencionados en PON son bastante diferentes de sus contrapartes en el enlace de comunicación óptica punto a punto en modo continuo .

Fibra óptica hasta las instalaciones

Las redes ópticas pasivas no utilizan componentes eléctricos para dividir la señal. En su lugar, la señal se distribuye mediante divisores de haz . Cada divisor suele dividir la señal de una sola fibra en 16, 32 o hasta 256 fibras, según el fabricante, y se pueden agrupar varios divisores en un mismo armario. Un divisor de haz no proporciona capacidades de conmutación ni de almacenamiento en búfer y no utiliza ninguna fuente de alimentación; la conexión resultante se denomina enlace punto a multipunto . Para este tipo de conexión, los terminales de la red óptica del cliente deben realizar ciertas funciones especiales que de otro modo no serían necesarias. Por ejemplo, debido a la ausencia de conmutación, cada señal que sale de la central debe transmitirse a todos los usuarios atendidos por ese divisor (incluidos aquellos a quienes no va dirigida). Por lo tanto, es responsabilidad del terminal de la red óptica filtrar las señales destinadas a otros clientes.

Además, dado que los divisores no tienen almacenamiento intermedio, cada terminal de red óptica individual debe coordinarse en un esquema de multiplexación para evitar que las señales enviadas por los clientes colisionen entre sí. Para lograr esto, son posibles dos tipos de multiplexación: multiplexación por división de longitud de onda y multiplexación por división de tiempo . Con la multiplexación por división de longitud de onda, cada cliente transmite su señal utilizando una longitud de onda única. Con la multiplexación por división de tiempo (TDM), los clientes se turnan para transmitir información. Los equipos TDM son los que llevan más tiempo en el mercado. Dado que no existe una definición única de equipo "WDM-PON", varios proveedores afirman haber lanzado el "primer" equipo WDM-PON, pero no hay consenso sobre cuál fue el primer producto WDM-PON en salir al mercado.

Las redes ópticas pasivas presentan ventajas y desventajas respecto a las redes activas. Evitan las complejidades que implica mantener equipos electrónicos en funcionamiento al aire libre. Además, permiten la transmisión analógica , lo que simplifica la distribución de la televisión analógica . Sin embargo, dado que cada señal debe enviarse a todos los usuarios conectados al divisor (en lugar de a un único conmutador), la central receptora debe estar equipada con un equipo de transmisión especialmente potente llamado terminal de línea óptica (OLT). Asimismo, como el terminal de red óptica de cada cliente debe transmitir hasta la central receptora (en lugar de solo al conmutador más cercano), se necesitarían extensores de alcance para lograr la distancia a la central receptora que se consigue con las redes ópticas activas externas .

Las redes de distribución óptica también pueden diseñarse con una topología de "conexión directa" punto a punto, donde los divisores y/o la red activa se ubican en la oficina central, lo que permite que los usuarios se conecten a la red que se requiera desde el bastidor de distribución óptica .

Componentes ópticos pasivos

Los factores que impulsan las redes ópticas pasivas modernas son la alta fiabilidad, el bajo coste y la funcionalidad pasiva.

Los componentes ópticos pasivos monomodo incluyen dispositivos de ramificación como multiplexores/demultiplexores por división de longitud de onda (WDM), aisladores, circuladores y filtros. Estos componentes se utilizan en sistemas de interconexión entre oficinas, alimentadores de bucle, fibra en bucle (FITL), cable híbrido fibra-coaxial (HFC), red óptica síncrona (SONET) y jerarquía digital síncrona (SDH); y otras redes de telecomunicaciones que emplean sistemas de comunicaciones ópticas que utilizan amplificadores de fibra óptica (OFA) y sistemas de multiplexores por división de longitud de onda densa (DWDM). Los requisitos propuestos para estos componentes fueron publicados en 2010 por Telcordia Technologies . [ 55 ] [ 56 ]

La amplia variedad de aplicaciones de los componentes ópticos pasivos incluye la transmisión multicanal, la distribución, los derivadores ópticos para monitorización, los combinadores de bombeo para amplificadores de fibra, los limitadores de velocidad de bits, las conexiones ópticas, la diversidad de rutas, la diversidad de polarización, los interferómetros y la comunicación coherente.

Los WDM son componentes ópticos en los que la potencia se divide o combina en función de la composición de longitud de onda de la señal óptica. Los multiplexores de división de longitud de onda densa (DWDM) son componentes ópticos que dividen la potencia en al menos cuatro longitudes de onda. Los acopladores insensibles a la longitud de onda son componentes ópticos pasivos en los que la potencia se divide o combina independientemente de la composición de longitud de onda de la señal óptica. Un componente dado puede combinar y dividir señales ópticas simultáneamente, como en la transmisión bidireccional (dúplex) a través de una sola fibra. Los componentes ópticos pasivos son transparentes al formato de datos, combinando y dividiendo la potencia óptica en una relación predeterminada ( relación de acoplamiento ) independientemente del contenido de información de las señales. Los WDM pueden considerarse divisores y combinadores de longitud de onda . Los acopladores insensibles a la longitud de onda pueden considerarse divisores y combinadores de potencia .

Un aislador óptico es un componente pasivo de dos puertos que permite el paso de la luz (en un rango de longitud de onda determinado) con baja atenuación en una dirección, mientras aísla (proporcionando una alta atenuación para) la luz que se propaga en la dirección opuesta. Los aisladores se utilizan como componentes integrales y en línea en módulos de diodos láser y amplificadores ópticos, y para reducir el ruido causado por la reflexión multitrayecto en sistemas de transmisión analógica y de alta velocidad de bits.

Un circulador óptico funciona de forma similar a un aislador óptico, con la diferencia de que la onda luminosa que se propaga en sentido inverso se dirige a un tercer puerto de salida, en lugar de perderse. Un circulador óptico puede utilizarse para la transmisión bidireccional, como un componente de ramificación que distribuye (y aísla) la potencia óptica entre las fibras, según la dirección de propagación de la onda luminosa.

Un filtro de fibra óptica es un componente con dos o más puertos que proporciona atenuación, aislamiento y/o pérdida de retorno sensibles a la longitud de onda. Los filtros de fibra óptica son componentes en línea, selectivos en longitud de onda, que permiten el paso (o la reflexión) de un rango específico de longitudes de onda con baja atenuación, lo que permite su clasificación según el tipo de filtro.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 "¿Qué es EPON?" . Diseño y verificación de nueva ola .
  2. 1 2 "Fundamentos" (PDF) . jm.telecoms . Consultado el 31 de marzo de 2023 .
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Lecturas adicionales

  • Comparación exhaustiva entre GPON y GEPON
  • Lam, Cedric F., (2007) Redes ópticas pasivas: principios y práctica . San Diego, California: Elsevier.
  • Kramer, Glen, Redes ópticas pasivas Ethernet , McGraw-Hill Communications Engineering, 2005.
  • Monnard, R., Zirngibl, Mm Doerr, CR, Joyner, CH y Stulz, LW (1997). Demostración de una  red PON WDM de 12.155 Mb/s en condiciones de temperatura exterior . IEEE Photonics Technology Letters. 9(12), 1655–1657.
  • Blake, Victor R. Tras la pista de Verizon FiOS, Communications Technology, agosto de 2008. Archivado el 12 de febrero de 2012 en Wayback Machine.
  • McGarry, M., Reisslein, M., Maier M. (2006). Redes ópticas pasivas Ethernet WDM. Archivado el 5 de julio de 2016 en Wayback Machine . IEEE Optical Communications. (Febrero de 2006), S18-S25.
  • Dave Hood y Elmar Trojer (2012). Redes ópticas pasivas con capacidad Gigabit . John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-15558-5.
  • Logotipo de Wikimedia CommonsContenido multimedia relacionado con redes ópticas pasivas en Wikimedia Commons.
  • Cómo funciona la banda ancha de fibra óptica hasta el hogar , incluyendo una explicación de las redes ópticas activas (AON), en Howstuffworks.com.