UA-Redes PON Protocolos
REDES PON: PROTOCOLOS Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA
Historia
La Historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente corta. En 1977, se instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producían ya cantidades importantes de pedidos de este material.
Las ondas de luz son una forma de energía electromagnética y la idea de transmitir información por medio de luz, como portadora, tiene más de un siglo de antigüedad. Hacia 1880, Alexander G. Bell construyó el fotófono que enviaba mensajes vocales a corta distancia por medio de la luz. Sin embargo, resultaba inviable por la falta de fuentes de luz adecuadas.
Con la invención y construcción del láser en la década de los 60 volvió a tomar idea la posibilidad de utilizar la luz como soporte de comunicaciones fiables y de alto potencial de información, debido a su elevada frecuencia portadora (1014 Hz). Por entonces, empezaron los estudios básicos sobre modulación y detección óptica. Los primeros experimentos sobre transmisión atmosférica pusieron de manifiesto diversos obstáculos como la escasa fiabilidad debida a precipitaciones, contaminación o turbulencias atmosféricas.
El empleo de fibras de vidrio como medio guía no tardó en resultar atractivo: tamaño, peso, facilidad de manejo, flexibilidad y coste. En concreto, las fibras de vidrio permitían guiar la luz mediante múltiples reflexiones internas de los rayos luminosos, sin embargo, en un principio presentaban elevadas atenuaciones.
En 1959, como derivación de los estudios en física enfocados a la óptica, se descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue aplicado a las telecomunicaciones con el fin de que los mensajes se transmitieran a velocidades inusitadas y con amplia cobertura.
Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no existían los conductos y canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas por la lluvia de fotones originados en la fuente denominada láser.
Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica dirigieron sus esfuerzos a la producción de un ducto o canal, conocido hoy como la fibra óptica. En 1966 surgió la propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación.
En 1966 se produce un gran hito para los que serán las futuras comunicaciones por fibra óptica, y es la publicación por Kao y Hockman de un artículo en el cual se señalaba que la atenuación observada hasta entonces en las fibras de vidrio, no se debía a mecanismos intrínsecos sino a impurezas originadas en el proceso de fabricación. A partir de esta fecha empiezan a producirse eventos que darán como resultado final la implantación y utilización cada vez mayor de la Fibra Óptica como alternativa a los cables de cobre:
- 1970: Corning obtiene fibras con atenuación 20 dB/km.
- 1970: Primer láser de AIGaAs capaz de operar de forma continua a temperatura ambiente. Sin embargo, el tiempo de vida medio era de unas pocas horas. Desde entonces, los proceso han mejorado y hoy es posible encontrar diodos láser con más de 1.000.000 horas de vida media.
- 1971: C.A. Burrus desarrolla un nuevo tipo de emisor de luz, el LED, de pequeña superficie radiante, idóneo para el acoplamiento en Fibra Óptica. Por lo que se refiere a los fotodetectores, los diodos PIN y los de avalancha a base de silicio, fueron desarrollados sin dificultades y ofrecían buenas características. Sin embargo, no podían aplicarse en longitud de onda > 1100 nm. El germanio era un buen candidato a ser utilizado para trabajar entre 1100 y 1600 nm, y ya en 1966 se disponía de ellos con elevadas prestaciones eléctricas. Sin embargo, la corriente de oscuridad (ruido) del germanio es elevada y da motivo a ensayos con fotodiodos con materiales como InGaAsP. El primer PIN de InGaAs se realiza en 1977.
- 1972: Fibra Óptica con núcleo líquido con atenuación 8 dB/km.
- 1973: Corning obtiene Fibra Óptica de SiO2 de alta pureza con atenuación 4 dB/km y deja obsoletas a las de núcleo líquido.
- 1976: NTT y Fujicura obtienen Fibra Óptica con atenuación 0,47, dB/km en 1.300 nm, muy próximo al límite debido a factores intrínsecos (Rayleigh) .
- 1979: Se alcanzan atenuaciones 0,12 dB/km con fibras monomodo en 1550 nm. También en 1975 se descubría que las Fibras Ópticas de SiO2 presentan mínima dispersión en torno a 1300 nm, lo cual suponía disponer de grandes anchuras de banda para la transmisión, en cuanto a la dispersión del material de la fibra constituye un factor intrínseco limitativo. Las nuevas posibilidades que ofrecían las Fibras Ópticas también estimularon la investigación hacia fuentes y detectores ópticos fiables, de bajo consumo y tamaño reducido.
Esta forma de usar la luz como portadora de información se puede explicar de la siguiente manera: Se trata en realidad de una onda electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, con la única diferencia que la longitud de las ondas es del orden de micrómetros en lugar de metros o centímetros.
En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión. Este novedoso material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una mayor velocidad y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía telefónica.
Con el fin de posibilitar el acceso a servicios de gran ancho de banda a usuarios localizados a distancias tales que no es posible ofrecerlos con tecnologías xDSL por sus limitaciones técnicas en cuantos a sus condiciones de funcionamiento, o que para ello se deben acercar los nodos xDSL a la zona a servir (es decir un modelo FTTC), en este caso se vuelven atractivas las tecnologías de acceso mediante fibra óptica hasta el domicilio del cliente, es decir FTTH. En este sentido existen diversas tecnologías disponibles y topologías implementables a fin de realizar un despliegue de acceso mediante fibra hasta el hogar. Estas tecnologías pueden clasificarse en primera instancia en dos grandes grupos:
- Redes Activas: red de fibra óptica con elementos activos en ella (fuera de la central), como en el caso de SDH-NG, o una red Metro Ethernet suficientemente distribuidas de modo que se pueda conectar directamente los clientes a la red. En ese caso estas redes cumplirían la función de red de acceso y no únicamente de transporte como es actualmente.
- Redes Pasivas: son redes de fibra óptica cuyos componentes son enteramente pasivos en la red de distribución (no en la central y domicilio del cliente). Estas se denominan PON (Pasive Optical Network). Permiten compartir una misma fibra entre varios usuarios.
PON, conocida como una red óptica pasiva (Passive Optical Network), es un tipo de red que se caracteriza porque tiene una gran variedad de aplicaciones dentro de la banda ancha a los usuarios mediante accesos de fibra óptica.
Este tipo de red nos permite destruir todos los componentes activos que puedan existir entre el servidor y el cliente añadiendo en dicho lugar componentes ópticos pasivos que estos son los divisores ópticos pasivos. Estos divisores nos serviran para manipular el tráfico por la red, el elemento más importante es el dispositivo divisor óptico (conocido como splitter), el cual lo conocemos más con el nombre splitter. Con este sistema pasivo ayudamos a reducir los costes y además son bastantes utilizados en las redes FTTH.
Por otra parte es importante la arquitectura pasiva que posee, ya que esta nos ayuda a reducir los costes como anteriormente he mencionado y por otra parte el ancho de banda no es dedicado, sino que en una misma fibra en los puntos de acceso de la red de los usuarios es multipliexado. Se podria decir, que en conclusión estamos hablando de una configuración punto-multipunto.
Una red óptica pasiva está formada básicamente por, un modulo OLT (Optical Line Terminal - Unidad Óptica Terminal de Línea) que se encuentra en el nodo central, un divisor óptico (splitter) y varias ONUs (Optical Network Unit - Unidad Óptica de Usuario) que están ubicadas en el domicilio del usuario.
La transmisión se realiza entonces entre la OLT y la ONU que se comunican a través del divisor, cuya función depende de si el canal es ascendente o descendente. En definitiva, PON trabaja en modo de radiodifusión utilizando splitters (divisores) ópticos o buses.
En canal descendente, una red PON es una red punto-multipunto donde la OLT envía una serie de contenidos que recibe el divisor y que se encarga de repartir a todas las unidades ONU, cuyo objetivo es el de filtrar y sólo enviar al usuario aquellos contenidos que vayan dirigidos a él. En este procedimiento se utiliza la multiplexación en el tiempo (TDM) para enviar la información en diferentes instantes de tiempo.
En canal ascendente una PON es una red punto a punto donde las diferentes ONUs transmiten contenidos a la OLT. Por este motivo también es necesario el uso de TDMA para que cada ONU envíe la información en diferentes instantes de tiempo, controlados por la unidad OLT. Al mismo tiempo, todos los usuarios se sincronizan a través de un proceso conocido como "Ranging".
Para finalizar en la actualidad se sigue trabajando con tecnologías que explotan el bucle de abonado de cobre , como por ejemplo el ADSL, pero de todas formas es necesario tener en cuenta la demanda de los usuarios de un ancho de banda aun más grande, ya que el cobre es el inconveniente que tiene, solo puede ofrecernos un ancho de banda en "canal descendente" de 8Mbps y en "canal ascendente" 4Mbps, a este inconveniente se le suman muchos más como por ejemplo que cuando la distancia entre el usuario y la central aumenta los valores anteriores disminuyen aun más.
Características comunes de los sistemas PON
Desde 1995, las compañías operadoras de telecomunicaciones han estado trabajando durante mucho tiempo en una red de servicios integrada de acceso al abonado, la cual le permitiera al usuario un acceso en banda ancha a través de fibra óptica, y esta contuviera los costes de un despliegue tradicional punto a punto (como hace ADSL con el bucle de abonado en cobre, o bien en fibra óptica).
Las Redes Ópticas Pasivas toman su modelo de las redes CATV. Esta está compuesta por varios nodos ópticos unidos con la cabecera a través de fibra óptica, de los cuales se derivan, mediante una arquitectura compartida de cable coaxial, los accesos a los abonados. Normalmente, en las redes CATV, cada nodo óptico ataca a un determinado número de usuarios (en función del ancho de banda que se quiere asignar a los usuarios) utilizando cable coaxial y splitters (divisores) eléctricos. Las redes ópticas pasivas intercambian el tramo de coaxial por fibra óptica monomodo y los derivados eléctricos por divisores ópticos. De esta manera, la mayor capacidad de la fibra permite ofrecer unos anchos de banda mejorados, en canal descendente y sobre todo en canal ascendente, superando la limitación típica de 36Mbps de los sistemas cablemodem DOCSIS y EURODOCSIS por nodo óptico.
La arquitectura PON está centrando la atención de la industria de las telecomunicaciones gracias a las ventajas que se presentan a continuación:
- Las redes PON permite atacar a usuarios localizados a distancias de hasta 20 Km desde la central (o nodo óptico). Esta distancia supera considerablemente la máxima cobertura de las tecnologías DSL (máximo 5Km desde la central).
- Las redes PON minimizan el despliegue de fibra en el bucle local, al poder utilizar topologías árbol-rama mucho más eficientes que las topologías punto-a-punto. Además, simplifica la densidad del equipamiento de central, reduciendo el consumo.
- Las PON ofrecen una mayor densidad de ancho de banda por usuario debido a la mayor capacidad de la fibra para transportar información que las alternativas de cobre (xDSL y CATV).
- Como la arquitectura punto-multipunto, las PON permiten superponer una señal óptica de Televisión procedente de una cabecera CATV en otra longitud de onda sin realizar modificaciones en los equipos portadores de datos.
- Las redes PON aumentan la calidad del servicio y simplifican el mantenimiento de la red, al ser inmunes a ruidos electromagnéticos, no propagar las descargas eléctricas procedentes de rayos.
- PON permite crecer a mayores tasas de transferencia superponiendo longitudes de onda adicionales.
- Aunque las redes PON como concepto existen desde la década de los 90, solo en los últimos dos o tres años han llegado ha alcanzar una madurez tecnológica que permiten que numerosos operadores comiencen a utilizarlas en forma masiva. En estos momentos parace que sea la opción preferida para edificar la futura red de acceso al abonado, una vez agotadas las posibilidades de crecimiento de las tecnologías xDSL.
APON, BPON, GPON y EPON
APON (ATM Passive Optical Network): Fue la primera red que definió la FSAN, era un grupo formado por 7 operadores de telecomunicaciones con el fin de agrupar 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 ONUs 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.
Posiblemente APON provee el conjunto más rico y exhaustivo de características de operación y mantenimiento (OAM) de todas las tecnología PON. Como contrapartida, la interconexión de los equipos de cabecera APON OLT con las redes de transporte se realiza a nivel SDH/ATM, requiriendo una infraestructura de transporte de esta naturaleza. Por otro lado el ancho de banda de los equipos APON está limitado a 155Mbps repartido entre los usuarios que componen en nodo óptico. Posteriormente este límite fue ampliado a 622Mbps.
El termino APON apoyado en un principio 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, incluyendo Ethernet, distribución de video, VPL (líneas privadas virtuales, virtual private line), etc.
BPON (Broadband PON): es un estándar basado en anterior (APON), pero con la diferencia que pueden dar soporte a otros estándares de banda ancha. Originalmente estaba definida con una tasa de 155 Mbps fijos tanto en canal ascendente como descendente; pero, más adelante, se modificó para admitir, tráfico asimétrico: canal descendente -> 622 Mbps // Canal ascendente -> 155 Mbps y tráfico simétrico: canal descendente y ascendente -> 622 Mbps.
BPON no es la última intervención de la FSAN a las redes ópticas pasivas. El aumento 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, que mejorara utilizaba un procedimiento de encapsulación denominado GFP (Procedimiento General de Segmentación General Framing Procedure) que aumentaba la eficiencia de la arquitectura, permitiendo mezclar tramas ATM de tamaño variable. No obstante presentaban un coste elevado y limitaciones técnicas.
GPON (Gigabit PON): Es una evolución de BPON, nos ayuda a mejorar la transmisión del tráfico IP y ATM mediante celdas de tamaño variable.
Este nuevo estándar surgió con el fin de establecer nuevas exigencias a la red:
- Soporte de todos los servicios: voz (TDM, tanto SONET como SDH), Ethernet (10/100 BaseT), ATM,…
- Alcance máximo de 20 km, aunque el estándar se ha preparado para que pueda llegar hasta los 60 km
- Soporte de varios bitrate con el mismo protocolo, incluyendo velocidades simétricas de 622 Mb/s, 1.25 Gb/s, y asimétricas de 2.5 Gb/s en el enlace descendente y 1.25 Gb/s en el ascendente.
- OAM&P extremo a extremo.
- Seguridad del nivel de protocolo para el enlace descendente debido a la naturaleza multicast de PON.
- El número máximo de usuarios que pueden colgar de una misma fibra es 64 (el sistema está preparado para dar hasta 128).
GPON es un estándar muy potente pero a la vez muy complejo de implementar que ofrece:
- Soporte global multiservicio: incluyendo voz (TDM, SONET, SDH), Ethernet 10/100 Base T, ATM, Frame Relay y muchas más.
- Alcance físico de 20 km.
- Soporte para varias tasas de transferencia, incluyendo tráfico simétrico de 622Mbps, tráfico simétrico de 1.25Gbps y asimétrico de 2.5Gbps en sentido descendente y 1.25 en sentido ascendente.
- Importantes facilidades de gestión, operación y mantenimiento, desde la cabecera OLT al equipamiento de usuario ONT.
- Seguridad a nivel de protocolo (cifrado) debido a la naturaleza multicast del protocolo.
EPON (Ethernet PON): Este tipo de red se caracteriza porque transporta tráfico nativo de red Ethernet en lugar del clásico tráfico ATM. Se mejora el tráfico IP, la seguridad y soporta mayores velocidades de transmisión de datos.
A finales de los años 90, PON comenzó a ser considerado tanto por las operadoras como por los suministradores como una interesante solución para ofrecer acceso de fibra óptica hasta los usuarios residenciales. Su naturaleza punto a multipunto, resultaría en ahorros significativos en la instalación de la fibra óptica y en interfaces ópticos. Además, PON no requiere de dispositivos electrónicos u optoelectrónicos activos para la conexión entre el abonado y el operador y, por lo tanto, supone una inversión y unos costes de mantenimiento considerablemente menores.
A medida que la fibra se abarataba y los distintos organismos regulatorios de cada país se interesaban más por las conexiones de redes de fibra óptica, los operadores y fabricantes comenzaron a impulsar las tecnologías PON. En la primavera de 1995, se formó el FSAN (Full Service Access Network), con el fin de promover estándares mediante la definición de un conjunto básico de requerimientos y, de este modo, mejorar la interoperabilidad y reducir el precio de los equipos. Las especificaciones de PON del FSAN, formado por los principales operadores y suministradores de equipos de telecomunicación y medida del mundo, reflejan las necesidades y el consenso de sus miembros.
En 1998, APON (ATM PON) fue la primera especificación concebida por el FSAN. APON tuvo un notable éxito en cuanto a despliegue comercial, pero carecía de la capacidad requerida para ofrecer vídeo. Sus velocidades iniciales eran de 155 Mbps, aunque se mejoró posteriormente para soportar hasta 622 Mbps. El protocolo de transmisión se basa en ATM, lo cual supone problemas a la hora de adaptar y provisionar servicios, así como baja eficiencia para el transporte de datos. En 2001, el FSAN presenta BPON (Broadband PON), una tecnología que también se basa en ATM, con el problema de costes y complejidad que ello supone, pero introduce una longitud de onda adicional para transportar vídeo RF. Mientras BPON estaba siendo desplegado, con un gran éxito en Japón y EEUU, se definían EPON y GPON. EPON (Ethernet PON) era definido en 2004 por el grupo EFM (Ethernet First Mile) del IEEE como la técnica PON de nueva generación que, influenciada por la tecnología Gigabit Ethernet existente, permitía a los suministradores de equipos lanzar rápidamente al mercado equipos de mayores anchos de banda a precios más competitivos. No obstante, EPON carecía de muchas funcionalidades necesarias para el transporte de otros servicios con calidad de operador que daban lugar a soluciones propietarias. Así mismo, la eficiencia de línea es baja debido a una codificación de línea con gran sobrecarga. Aún así, es una tecnología con un notable éxito en Corea del Sur, Japón y Taiwán.
Unos meses antes que EPON, también en 2004, se terminaba de definir GPON (Gigabit Passive Optical Network) por parte del ITU-T. El estándar incluye varias velocidades de línea de hasta 2,488 Gbps simétricas y asimétricas. Con una menor sobrecarga de codificación y tiempos de guarda menores, el ancho de banda neto de GPON es mucho mayor que el de EPON. Además de transportar tráfico de datos nativo, GPON también es capaz de transportar eficientemente otros servicios. El único problema en el momento de su definición era la mayor complejidad de esta tecnología y de los componentes, que hacían imposible tener productos comerciales en tan poco tiempo como en EPON. Sin embargo, desde el año 2006 este problema está resuelto y ya hay muchos operadores que han comenzado su despliegue.
Ventajas de las redes PON
- Aumento de la cobertura hasta los 20 Km. (desde la central). Con tecnologías DSL como máximo se cubre hasta los 5,5 Km.
- Ofrecen mayor ancho de banda para el usuario.
- Mejora en la calidad del servicio y simplificación de la red debido a la inmunidad que presentan a los ruidos electromagnéticos.
- Minimización del despliegue de fibra óptica gracias a su topología.
- Reducción del consumo gracias a la simplificación del equipamiento.
- Más baratas que las punto a punto.
Limitaciones de las redes ópticas
Actualmente la implementación de redes totalmente ópticas presenta algunos inconvenientes, los cuales se mencionan a continuación:
- Escasa madurez con dispositivos DWDM recientes.
- Existencia de dispersión cromática y por modo de polarización en las fibras ya instaladas.
- Acumulación de diferencias de ganancias para distintas longitudes de onda en redes con EDFA en serie.
- La conmutación de paquetes sobre las capas ópticas obliga a disponer de buffers de almacenamiento en los nodos ópticos.
- Los dispositivos sintonizables son caros y tienen rango de sintonía baja lo que reducen la cantidad de canales a Multiplexar.
- Ausencia de métodos efectivos de administración y gestión de redes.
Redes SUPER-PON
Las redes Super-Pon se crean a fin de reducir el coste asociado de terminaciones de línea óptica (OLTs “Optical Line Terminations”). En estas nuevas redes interesa sobre todo la gran capacidad, por lo que se impone la multiplexación( Combinación de dos o más canales de información en un solo medio de trasmisión usando un multiplexor.) de un gran número de unidades de red óptica (ONUs) sobre cada OLT.
Una posible arquitectura que pudiera implementar la anterior premisa de alta división sería aquella que presentase un elevado factor de división óptica (ej: 2048).
Tan elevado factor conseguiría a través de una cascada de splitters acompañados de amplificadores ópticos, a fin de compensar las pérdidas que estos mismos suponen.
Evidentemente, estas nuevas Redes, denominadas Super-Pon, tendrían un alcance mayor que las redes PON convencionales, estaríamos hablando de hasta unos 100km. Además podrían utilizar también un sistema de transporte ATM, y, muy posiblemente, implementarían en el canal ascendente los protocolos MAC tipo WDM y/o O-CDMA de presentaciones superiores al TDMA.
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 Super-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 longiturdes 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 UIT-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.
Costes de operación, mantenimiento y crecimiento
Una de las “virtudes” de los despliegues de fibra hasta casa del usuario reside en que la planta exterior, fibras más divisores, es además totalmente pasiva, resistente hasta cierto punto de condiciones ambientales de humedad y temperatura. Todos ello hace que el mantenimiento de planta exterior se reduzca.
Por el contrario, y sobre todo en los sistemas PON, el equipo de usuario es activo y “complejo” hasta cierto punto. Aunque los sistemas PON tienen procedimientos automáticos de ajuste y autoconfiguración. En nuestro conocimiento, en la actualidad los equipos de los sistemas PON son realizados por personal del operador desplazado a casa del usuario, aunque vemos factible que en un futuro la auto-instalación por parte del usuario sea factible. En los sistemas punto a punto, equipos Ethernet de “largo” alcance, estas consideraciones no son aplicables.
Las redes de fibra hasta el usuario tienen el problema de planificación y predicción de la demanda de cualquier infraestructura de red fija, es decir hay que planificar los tendidos de fibra para que puedan hacer frente al crecimiento del número de usuarios en un período determinado, Hacemos notar que sí poseen la flexibilidad intrínseca para hacer frente a aumentos de la capacidad por usuario para hacer frente a las introducción de servicios más exigentes, es decir pasar de 2,5 a 10 o incluso a multiplexación por división de lambda.
Protocolos de transporte
NUEVO MODELO PARA RED DE TRANSPORTE
Disminución de las capas del modelo OSI hasta obtener el nivel óptico.
Proceso de evolución mostrando como se introduce el protocolo de QoS y control de tráfico, MPLS en el nivel óptico.
Desarrollo de los niveles del modelo OSI hasta el 2002 que surge el nivel óptico.
La Red de Telecomunicaciones es tradicional se considera formada por cuatro capas: IP, ATM, SDH y DWDM, superpuestas, esta estructura es muy robusta porque el nivel IP es portador de la inteligencia y la capa de ATM, por su parte, garantiza la calidad de servicio (QoS); SDH asegura la fiabilidad pues contiene los mecanismos para la recuperación ante fallas, mientras que DWDM añade una alta capacidad de transporte.
Sin embargo, la estructura tradicional de cuatro capas consume un mayor ancho de banda por lo que se han desarrollado un importante trabajo investigativo para simplificar este modelo, los principios en que se fundamentan las nuevas propuestas son los siguientes:
- IP se ha convertido en el protocolo unificador para todas las redes y servicios.
- Hay un aumento considerable del tráfico IP.
- Se incorporan nuevos servicios de VoIP, VPN y aumento de los servicios de banda ancha a través de ADSL.
- El protocolo MPLS de calidad de servicio y control de tráfico se incorpora al nivel óptico como GMPLS.
- Se desarrollan Routers al nivel óptico.
- Surgen alternativas de protección contra fallas al nivel óptico.
Sobre estas premisas se ha evolucionado hacia un nuevo modelo de red basado en una estructura de dos niveles: IP directamente sobre DWDM, eliminándose las capas ATM y SDH.
Un aspecto a destacar en esta red es que realiza el enrutamiento de los paquetes IP completamente en el dominio óptico para lo cual varias compañías de fabricantes, especialmente en Estados Unidos y Japón han desarrollado e introducido en el mercado, equipos enrutadores (Routers) que operan directamente en el nivel óptico.
Estos nuevos paradigmas forman parte de las denominadas Redes de Próxima Generación las cuales presentan un conjunto de características novedosas que aquí solo se enfocan hacia los aspectos de transmisión o transporte.
SDH DE NUEVA GENERACIÓN
Actualmente se siguen desarrollando extensiones al protocolo para solucionar algunos de sus inconvenientes para el transporte de datos como por ejemplo:
- GFP (Generic Framing Protocol), UIT-T G.7041 que es un protocolo que estandariza el empaquetado de datos en tramas SDH/SONET, es superior a POS. (Packet over Sonet).
El procedimiento de entramado genérico GFP (Generic Framing Procedure en inglés) es una técnica de multiplexación definida por la ITU-T G.7041. Eso permite el mapeo de señales cliente de "capa-alta" y longitudes variables sobre redes de transporte como SDH/SONET. Las señales del cliente ser de tipo Unidad de Datos de Protocolo (PDU, Protocol Data Unit como IP/PPP o Ethernet) o tipo Código de bloque (block-code (como canal de fibra). Existen dos modos de GFP, GFP Enmarcado (GFP-F, Framing) y GFP Transparente (GFP-T, Transparent): GFP-F mapea cada trama cliente en una única trama GFP. GFP-F se emplea cuando la señal cliente está enmarcada o paquetizada por el protocolo cliente. GFP-T, por otra parte, permite el mapeo de múltiples flujo de datos cliente de código de bloque 8B/10B en un código de bloque 64B/65B eficiente para transportarlo dentro de una trama GFP. Existen dos tipos de tramas GFP, una trama GFP cliente y una trama GFP de control. Una trama GFP cliente puede ser clasificada a su vez como una trama de datos cliente o una trama de gestión cliente. La primera se emplea para transportar datos del cliente, mientras que la segunda se emplea para transportar información de gestión punto-a-punto tal como pérdida de señal (LOS), etc. La trama de datos puede ser diferenciada de la trama de gestión basado en el indicador de tipo de carga (payload type indicator). La trama GFP de control usualmente solo consiste de un campo de encabezado principal sin área de carga. Esta trama se emplea para compensar los desniveles entre la señal del cliente donde el medio de transporte tiene una mayor capacidad que la señal del cliente, y es mejor conocidad como trama inactiva (idle frame).
- VCAT (Virtual Concatenation), es una extensión de G.707 para la concatenación de contenedores virtuales (VC) de bajo y alto nivel. (VC-12, VC-3, VC-4. La concatenación virtual o VCAT (en inglés, Virtual Concatenation) es una técnica de multiplexación inversa usada para dividir un ancho de banda SDH/SONET en grupos lógicos, los cuales son transportados o enrutados de forma independiente. Existen otras técnicas de concatenación SDH/SONET como concatenación contigua y concatenación arbitraria.
VCAT es considerada la mejora primordial para voz optimizada sobre SDH/SONET, por soportar el transporte de flujo de datos de bit variable. Otras mejoras reciente SDH/SONET incluyen LCAS y GFP. En relación con LCAS y GFP, VCAT ofrece la ventaja de dividir equitativamente el ancho de banda requerido entre un número establecido de sub-trayectos llamados Tributarios Virtuales (VT). VCAT está especificada en las recomendaciones ITU-T G.707 (2007) y G.783 (2006). VCAT es usado para dividir el ancho de banda SDH/SONET en grupos rigth-sized. Estos grupos virtualmente concatenados pueden ser empleados para soportar diferentes clientes y servicios y facturarlos apropiadamente. VCAT trabaja a través de la infraestructura existente y puede de forma significativa incrementar la utilización de la red por medio de la distribución efectiva de carga a través de la red entera. SDH/SONET es una red jerárquica. Para cada nivel, la carga útil es una concatenación de cargas de bajo nivel. Así, por ejemplo, una carga útil STS-192 (10 Gbit/s) consiste de cuatro cargas OC-48 (2.5 Gbit/s) concatenadas en conjunto. Con VCAT, una carga útil STS-192 podría consistir de un número de grupos virtualmente concatenados, cada uno con hasta 192 STS-1 (51 Mbit/s) cargas no contiguas. Cada STS-1 dentro de un grupo puede ser provisionado sobre diferentes trayectos de la red. VCAT soporta tanto trayectos de alto orden como trayectos de bajo orden.
- LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme), G.7042 un mecanismo que permite la reconfiguración dinámica de los contenedores virtuales que transportan los datos.
El Esquema de Ajuste de la Capacidad del Enlace (en inglés, Link Capacity Adjustment Scheme), o LCAS es un método empleado para aumentar o disminuir dinámicamente el ancho de banda de un contenedor virtual concatenado. El protocol LCAS está especificado en la ITU-T G.7042. LCAS permite el aumento o disminución bajo demanda del ancho de banda de un grupo virtual concatenado en una forma libre de saltos (hitless). Esto ofrece la capacidad de ancho de banda en demanda para clientes de datos tal como Ethernet cuando es mapeado en contenedores TDM. LCAS también tiene la capacidad de remover temporalmente miembros fallidos del grupo virtual concatenado. Un grupo fallido automáticamente ocasionará una disminución del ancho de banda y una reparación posterior incrementará nuevamente el ancho de banda de una forma libre de errores. Unido al uso de diversas rutas, provee el aseguramiento del tráfico de datos sin requerir excesos de asignación de ancho de banda por protección.
- La combinación LCAS y VCAT es una herramienta para el ajuste del ancho de banda en demanda.
- Especificación de la interfaz STM-256. (40Gbits/Seg)
Perspectivas de la Tecnología SDH.
Evolución de la capa óptica según el modelo OSI.
Se ha trabajado en la supresión de la capa SDH, pero simultáneamente esta tecnología evoluciona también hacia una alternativa que mejora las prestaciones en redes de datos y se mantiene en la competencia.
La mayoría de los equipos de transmisión actuales utilizan tramas SDH y SONET, las cuales están optimizadas para el tráfico de servicios de voz a 64 Kbit/s.
Algunas características de SONET y SDH han justificado su empleo en las Redes de Fibra Óptica durante los últimos tiempos, la más importante es que permite restaurar las conexiones punto a punto en caso de fallas en los enlaces o equipos intermedios, encontrando caminos alternativos para la transmisión.
Actualmente se desarrollan alternativas para la sustitución total de SDH.
1- Ventajas de SONET/SDH.
- Más de 30000 anillos instalados al nivel mundial.
- Restauración rápida de 50ms, por fallo en equipo o corte de fibra.
- QoS y Prestaciones.
2.- Problemas que ocasiona SDH.
- El tráfico esta cambiando, como hacer uso eficiente del ancho de banda para voz y datos.
- Falta de granularidad fina para acomodar todos los flujos (Streams) de todos los clientes potenciales.
- Necesidad de una gestión fácil en la Oficina Central. (CO)
3.- Estándares actuales de velocidad en SDH.
Conclusiones
Después de efectuada la presente investigación se obtienen las siguientes conclusiones:
1.- La historia de la comunicación a través de la Fibra Óptica revolucionó el mundo de la información, con aplicaciones, en todos los órdenes de la vida moderna, lo que constituyó un adelanto tecnológico altamente efectivo.
2.- El funcionamiento de la Fibra Óptica es un complejo proceso con diversas operaciones interconectadas que logran que la Fibra Óptica funcione como medio de transportación de la señal luminosa, generando todo ello por el transmisor LED’S y láser.
3.- Los dispositivos implícitos en este complejo proceso son: transmisor, receptor y guía de fibra, los cuales realizan una importante función técnica, integrados como un todo a la eficaz realización del proceso.
4.- La Fibra Óptica tiene como ventajas indiscutibles, la alta velocidad al navegar por internet, así como su inmunidad al ruido e interferencia, reducidas dimensiones y peso, y sobre todo su compatibilidad con la tecnología digital.
Sin embargo tiene como desventajas: el ser accesible solamente para las ciudades cuyas zonas posean tal instalación, así como su elevado costo, la fragilidad de sus fibras y la dificultad para reparar cables de fibras rotos en el campo.
5.- Actualmente se han modernizado mucho las características de la Fibra Óptica, en cuanto a coberturas más resistentes, mayor protección contra la humedad y un empaquetado de alta densidad, lo que constituye un adelanto significativo en el uso de la Fibra Óptica, al servicio del progreso tecnológico en el mundo.
Enlaces externos
| Universidad | Universitat d'Alacant |
| Facult/Asign | Sistemas y Servicios de Telecomunicación; Escuela Politécnica Superior |
| Profesor | Adolfo Albaladejo Blázquez |
| Autores | Lorena María Martínez Gómez
Diego Asensio Romero de Ávila Javier Lacalle Domenech Carlos Pérez Sánchez MªPaz Vilar Pastor |
| Tipo de trabajo | UA-Redes PON Protocolos |
| Fecha de evaluación | |
| Editable por terceros | No |
| Categorías propuestas | |
