Tarea 9 Teleco2 Ngn Gpon (completo)

[2009]                  Tarea 9:      NGN y GPON 

Alumnos: Jorge Faúndez López Ariel Reyes Álvarez Asignatura: Telecomunicaciones II Profesor Cátedra: Sr. Arnaldo Dossi Dossi

Telecomunicaciones 2 2do Semestre 2009

Tarea 9 de Telecomunicaciones II Consiste en Investigar el siguiente concepto pedido por el profesor: • NGN (Next Generation Network) • GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network)

Introducción El concepto de NGN (red de próxima generación) se ha introducido para tener en consideración las nuevas realidades en la industria de las telecomunicaciones, caracterizadas por factores tales como: competencia entre operadores debido a la desregulación en curso de los mercados; explosión del tráfico digital (por ejemplo, la utilización creciente de la “Internet”); demanda creciente de nuevos servicios multimedia, de una movilidad general, convergencia de redes y servicios, entre otros. Según la recomendación Y.2001 de la ITU-T, la red de próxima generación está basada en paquetes para suministrar servicios de telecomunicaciones en múltiples tecnologías de acceso de banda ancha, apropiadas para garantizar calidad de servicio (QoS o Quality Of Service); ambiente en que las funciones de los servicios son independientes de las tecnologías subyacentes relacionadas con el transporte. NGN permite a los usuarios el acceso sin restricciones a redes y a proveedores de servicios y/o servicios de su elección. Soporta movilidad generalizada para la prestación coherente y ubicua de servicios a los usuarios. En otras palabras, lo último indicado se refiere a que el servicio ofrecido está presente en todos los lados a la vez. El concepto NGN considera la nueva realidad en la industria de las telecomunicaciones, caracterizada por factores tales como la necesidad de converger y optimizar el funcionamiento de redes y la extraordinaria expansión del tráfico digital. En la actualidad, las nuevas aplicaciones y servicios han introducido necesidades que originalmente no fueron tenidas en cuenta en el diseño de la primera generación de redes de paquetes. Por lo tanto, la evolución desde las redes tradicionales hacia NGN se fundamenta en la convergencia de aplicaciones y servicios soportados y transportados sobre diferentes redes de acceso y de núcleo, hacia una red unificada con la capacidad de soportar cualquier servicio. La NGN tiene la versatilidad de soportar servicios de cara a los diferentes tipos de convergencia, los cuales evolucionan de acuerdo con los imperativos de los clientes. Convergencia de servicios Las NGN han permitido la evolución para pasar de un conjunto de servicios sobre múltiples redes a una única red que los soporta. Estos servicios han evolucionado como respuesta al aumento en la demanda de nuevas necesidades tecnológicas aplicadas a la vida diaria. En la Figura 1 se ilustran múltiples tipos de convergencia. Inicialmente, los proveedores de

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servicios hicieron grandes inversiones en infraestructura para soportar el transporte de voz sobre IP en sus redes y ofrecer nuevos servicios de valor agregado que, poco a poco fueron insuficientes para los clientes.

Figura 1. Múltiples tipos de convergencia

En la actualidad han sido implementadas tecnologías triple-play (el concepto triple play, o bien triple-play, se define como el empaquetamiento de servicios y contenidos audiovisuales los cuales son la voz, banda ancha y televisión) sobre una misma infraestructura y la idea es avanzar a cuádruple-play (voz, video, datos y movilidad), para llegar finalmente a n-play (cualquier servicio en cualquier dispositivo, en cualquier lugar). Esta convergencia de servicios ha sido posible gracias al Subsistema Multimedia IP (IMS ó IP Multimedia Subsystem), núcleo de la arquitectura NGN, para que cualquier servicio (actual o futuro) pueda ser soportado y transportado por la NGN. La Figura 2 presenta un roadmap de la convergencia de servicios en NGN. Los servicios convergentes en NGN pueden ser clasificados en servicios residenciales, para empresas y móviles.

Figura 2 Evolución de infraestructura y servicios en redes NGN

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Servicios residenciales Por lo general, para poder maximizar la penetración de los servicios de un proveedor y reducir la pérdida de clientes, los proveedores de servicios tienen como estrategia ofrecer un conjunto completo de paquetes (conocidos como 3 play), a los abonados residenciales que incluyen: - Voz - Internet de alta velocidad - Broadcast TV - Vídeo bajo demanda (VoD) Estos paquetes de servicios son ofrecidos a precios atractivos (más económicos que adquirir productos por separado), y fomentan su compra por parte de los abonados a un solo proveedor. La integración de servicios multimedia es un factor fundamental para la convergencia de la red a IP. Por ejemplo, los servicios de voz convencionales son reemplazados por sistemas de VoIP; los servicios de video son entregados por medio de IPTV y VoD-IP. Para estos servicios es importante el crecimiento de la capacidad de la red para soportar transporte superior a decenas o miles de Gibabit/seg, toda vez que la demanda creciente de estos servicios y la necesidad de alta definición en el contenido multimedia (tanto para IPTV como para VoD sin importar si son unicast, multicast o broadcast), obliga a manejar tasas de transferencia de datos sin precedente alguno. Servicios para empresas Aunque el abonado residencial es la base de los clientes de la mayoría de los proveedores de servicios, para algunos de estos los usuarios empresariales son su principal segmento de mercado. Hoy, los principales servicios prestados a las empresas y proporcionados por la red son los siguientes: - MPLS VPN - Carrier Ethernet - Administración de servicios En esencia, para las empresas los servicios que los operadores les ofrecen se enmarcan en un ancho de banda dedicado, red empresarial segura y calidad de servicio (QoS). Servicios móviles Las redes móviles también se están moviendo a las infraestructuras de IP banda ancha. Los proveedores de servicios pretenden desplegar sobre las redes móviles los mismos dispuestos en redes fijas.

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Evolución de servicios En el futuro se espera que continúe la convergencia de servicios residenciales, de negocios, y móviles. Hoy en día, la mayoría de los clientes han separado los servicios móviles de los servicios de telefonía fija, pero en el futuro muchos proveedores ofrecerán servicios convergentes (integración fijomóvil). Los clientes se suscriben a un único servicio telefónico que será llevado a su teléfono celular, al fijo o al softphone (en su PC), en función de su ubicación y sus preferencias. Del mismo modo, los proveedores ofrecerán servicios convergentes de video que serán proporcionados a una HDTV4, PC, teléfono celular, PDA o dispositivos inalámbricos, basados exclusivamente en las preferencias de los clientes. La tendencia general de la industria se orienta a que todo servicio pueda ser entregado en cualquier pantalla, además de disfrutar de la personalización y las aplicaciones multimedia, integradas para negocios y entretenimiento. La Figura 3 presenta un esquema de la evolución de los servicios en varias líneas de las tecnologías de la comunicación, como IPTV, telefonía y servicios multimedia, relacionados con las redes fijas, móviles, Internet de alta velocidad (HSI ó High Speed Internet) y servicios en los negocios.

Figura 3. Convergencia de servicios

NGN es la clave para poder garantizar la evolución e integración de servicios convergentes. Una característica fundamental de la NGN es la capacidad de suministrar una gran variedad de servicios, incluidos voz, video, audio y datos visuales (basados en sesiones de usuario, por ejemplo, usando el protocolo SIP), sin importar el tipo de transporte (unidifusión, multidifusión y difusión). Por tanto, basándose en la separación de los servicios y transporte en la NGN, la convergencia se centra en las técnicas de transmisión y las funciones de red, y no en la definición de contenido. La convergencia ocurre a nivel tecnológico para poder soportar nuevos e innovadores servicios. La convergencia hacia NGN facilita por ejemplo, la convergencia de las redes tradicionales de voz y video hacia redes que garanticen la misma calidad, pero en una red IP integrada. O también que el usuario pueda moverse con sus

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servicios de localidad o dispositivo. Es decir, NGN permite utilizar indistintamente tecnologías alambradas e inalámbricas para la entrega de los servicios y además puede emplearse de manera coherente en cualquier instante o lugar, a través de diferentes entornos que emplean equipos de terminales convergentes (terminales capaces de aceptar todos los servicios) en un entorno digital. En la Figura 4 se presenta la evolución de los servicios basados en la evolución de la arquitectura de la red de transporte, desde los servicios soportados parcialmente en redes IP, hasta las redes completamente integradas con IP. Esta tendencia actual de integrar todo tipo de servicios en una única infraestructura de red IP ha sacado a la luz las importantes carencias que tienen las soluciones IP clásicas, en temas como la capacidad, calidad del servicio, fiabilidad o seguridad. Las redes tradicionales IP han demostrado sus carencias ante la demanda de nuevos servicios de los clientes y su gestión se ha complicado, debido a su gran tamaño (de la red), complejidad y a la necesidad de coexistencia de varias redes en forma simultánea. La convergencia a NGN permite desarrollar toda la gama de servicios IP multimedia de nueva generación (comunicaciones VoIP de nueva generación, comunicación con video, mensajerías integradas multimedia, integración con servicios IPTV, domótica, entre otras.), así como la evolución; y, en algunos casos, migración (entendida como sustitución o emulación de los actuales servicios de telecomunicación) para integrar en una única infraestructura de red, tanto las actuales y futuras, permitiendo que dicha infraestructura responda a unos criterios básicos de capacidad, disponibilidad y seguridad, necesarios en los servicios que soportará esta red. Si bien la convergencia de voz y datos ha permitido nuevas eficiencias (por ejemplo, reducción de costos), la convergencia de servicios hará que los proveedores puedan distribuir nuevos e innovadores servicios a cualquier dispositivo sobre cualquier tipo de red de acceso. Los abonados se definirán por su perfil y presencia en la red, en lugar de su línea de acceso o microteléfono. Los servicios que debe soportar la NGN han sido descritos por ITU-T FGNGN WG1 SR7 y se presentan a continuación.

Figura 4 Evolución de redes Parcialmente IP a redes completamente IP y la convergencia de servicios

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Servicios interactivos • Servicios de conversación en tiempo real. • Servicios interactivos de multimedia punto a punto, incluyendo voz en tiempo real interactiva, video y otros medios (por ejemplo, video teléfono). • Servicios de comunicación colaborativos (servicios de conferencia con multimedia con intercambio de archivos y aplicaciones, e-learning, juegos, etc.). • Push to talk sobre NGN (PON). • Mensajería Instantánea (IM) y Servicios de mensajería (SMS, MMS, etc.). • Mensajería en grupo. • Servicios existentes sobre PSTN/ISDN (emulación y simulación de PSTN/ISDN). •Servicios de comunicación de datos (transferencias de archivos, fax, mail electrónico, etc.) •Aplicaciones en línea (Ventas en línea, comercio electrónico, etc.). •Servicios de activación por voz. Servicios no interactivos • Servicios de entrada de contenido (radio y video streaming, video y música bajo demanda, distribución de canales de TV digital, distribución de información financiera, distribución de imágenes médicas y profesionales, publicidad electrónica). • Servicios en redes de sensores. • Servicios “Push”8. • Servicios de acciones de control remotas, tales como aplicaciones de control de hogar, telemetría, alarmas, etc. • Servicios de Broadcast/Multicast. • Administración de dispositivos sobre la red. Servicios Mixtos • Servicios de VPN9. • Servicios administrados para empresas (IP Centrex, etc.). • Servicios de información (información de tiquetes para el cine, estado del trafico, servicios avanzados de “push”, etc.). • Servicios generales de presencia y notificación (visualización de contactos de un usuario, su estado actual y en fin, cualquier servicio relacionado con notificaciones). • Servicios soportados en OSA10 para 3GPP11 Release 6 y 3GPP212. Servicios de Red • Servicios Básicos de Transporte (BTS13): proveen conectividad básica punto a punto, punto-multipunto, multipunto-multipunto. En cuanto a los aspectos básicos del transporte incluyen servicios de mejor esfuerzo, seguridad limitada, etc. • Servicios de transporte mejorado (ETS14): proveen los servicios de conectividad básicos, pero adicionalmente garantizan servicios diferenciados como QoS, nivel de seguridad avanzada y acceso a VPN.

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Servicios regulados • Servicios de telecomunicaciones de emergencia (ciudadano a autoridades, entre autoridades, y autoridades a ciudadanos). • Servicios de intercepción legal. • Servicios de emisión de alerta de emergencia. Por otro lado, aunque en la actualidad los operadores cuentan con la infraestructura para poder soportar los servicios, es necesario contar con plataformas que permitan diseñar, crear y ejecutar las posibles implementaciones de los servicios propuestos por la ITU-T. Esta solución son las Services Delivery Platform (SDP) descritas a continuación. Plataformas de desarrollo y despliegue de servicios (SDP) En los últimos años, las empresas de telecomunicaciones han experimentado una disminución representativa en sus ingresos en servicios tradicionales como la voz, ocasionada por diversos factores (altos niveles de competencia, altos costos, entre otros.), que conllevan a que los operadores se muevan hacia los nuevos e innovadores servicios para mejorar su competitividad. El despliegue rápido de un servicio y la gestión de su ciclo de vida se convierten en factores críticos de competencia. Existen tres factores fundamentales que deben analizar los operadores de telecomunicaciones, en el momento de ofrecer un nuevo servicio a sus potenciales clientes: • El Time to Market: es el factor más importante que asegurará un ingreso positivo para un nuevo servicio ofrecido y sobre el cual el mercado propone competencia entre los diferentes operadores Telco. • El factor de innovación: con productos que generen valor agregado pondrá a los operadores a la vanguardia de la competencia y podría usarse para capturar una gran porción del mercado. • La velocidad: es vital en el ofrecimiento de un servicio, en términos de desarrollo, soporte y actualidad tecnológica; la interrupción de un servicio implica tiempos y esto es dinero. El diseño y construcción de los componentes de los servicios (aplicaciones que forman servicios o servicios que forman servicios) basados en SDPs serán la pauta que planteará la diferencia en el mercado de los operadores y proveedores de servicios, pues ya no solo serán un activo en la red, sino que permitirán el despliegue de nuevos servicios en forma rápida y eficaz (time to marker), con reducción en la inversión y el costo de operación. En tal sentido, las Telco proveedoras de servicios deben tener en cuenta los procesos de negocio, toda vez que es un imperativo del mercado y de la tecnología. La aplicación exitosa de una Plataforma de Entrega de Servicio (SDP) conforma la infraestructura técnica que sustenta y da movimiento a dichos procesos, en términos del servicio. Actualmente, la red de telecomunicaciones está evolucionando hacia una plataforma de prestación de servicios (SDP) genérica que permitirá la creación y despliegue rápido de servicios para las telecomunicaciones, Internet y las IT.

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De una forma más general, las SDP con una aproximación arquitectural que abre la posibilidad del desarrollo y despliegue de nuevos servicios multimedia convergentes de una manera ágil y costo eficiente. Su principal objetivo es el desarrollo y despliegue de estos nuevos servicios, desde los básicos de la telefonía pública, antiguos POTS (del inglés Plain Old Telephone Service), hasta servicios complejos de conferencia con audio/video para juegos en línea multi-jugador (o sus siglas MPGs del inglés Multiplayer Games). La arquitectura de la SDP debe prestar apoyo para el fácil despliegue de un número creciente de aplicaciones y usuarios, mientras el operador obtiene el control total sobre los gastos de funcionamiento. La creación de una red de servicios basados en una SDP, simplifica el uso de interfaces y protocolos y ofrece soluciones comunes a las empresas garantizándoles disminución en sus gastos, a través de servicios de voz y datos integrados, a un precio muy atractivo; flexibilidad, a través de sencillos paquetes multiservicios que se ajustan a las necesidades actuales de las empresas y les permite crecer según sus requerimientos; innovación y avanzada tecnología; reducción de cantidad de equipos, evitando la inversión en equipos y los costos de mantenimiento para disfrutar de todos los servicios de telecomunicaciones integrados en una sola infraestructura. La Figura 5 muestra un diagrama en el que se observan los altos costos del desarrollo de servicios de actuales (utilizando productos propietarios) y del desarrollo de servicios basado en SDP.

Figura 5 Análisis de Costos en el desarrollo de servicios

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Conclusiones La evolución de las necesidades de los usuarios ha llevado a que la innovación sea la clave fundamental para que los operadores y proveedores de servicios sobrevivan al mercado. Ya no se trata simplemente de conectar equipos y redes, sino de brindar servicios a los usuarios sobre cualquier dispositivo, en el momento que los necesiten y en el lugar donde los requieran, pero garantizándoles una experiencia única y real. Por otro lado, las grandes compañías le apuestan a brindar soluciones que integren no solo la infraestructura, sino que sobre ellas sea posible implementar nuevos servicios de valor agregado para proporcionar mejores experiencias y servicios a los usuarios finales, estas soluciones son las SDP. Es necesario revisar más a fondo las arquitecturas propuestas por los fabricantes de SDP, para poder obtener una verdadera visión global del camino que estas tecnologías nos ofrecen para el rápido y eficiente despliegue de servicios sobre las infraestructuras NGN. GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) Introducción Los usuarios de telecomunicaciones ya están cansados de tanta competición en ancho de banda entre operadores, lo que demandan es una competición en servicios innovadores (HDTV, vídeo bajo demanda, videoconferencia, etc.). De esta forma, los principales operadores del mundo están definiendo avanzadas redes convergentes de banda ancha basadas en IP, maximizando así el valor de sus activos para atraer nuevos clientes y fidelizar a los existentes ofreciendo más servicios sobre la misma infraestructura a unos precios cada vez más competitivos. Además, de reducir la inversión necesaria en equipamiento de red, esta convergencia trae consigo para los operadores una reducción de la complejidad de la gestión y unos costes operativos más bajos. Entre las tecnologías más interesantes que están permitiendo esta convergencia cabe destacar en la parte del bucle de abonado a GPON, la tecnología de acceso mediante fibra óptica con arquitectura punto a multipunto más avanzada en la actualidad. Las economías de escala y experiencia acumulada en el núcleo de la red, con elevados niveles de tráfico sobre sistemas WDM (Wavelength Division Multiplexing), ha permitido que la viabilidad económica de la fibra y los componentes ópticos sea un hecho. Los servicios que se pueden emplear sobre una red de estas características son además los mismos que se pueden ofrecer sobre la red móvil, gracias a la integración que supone la introducción de IMS (IP Multimedia Subsystem). La fibra de óptica es el medio de transmisión más avanzado y el único capaz de soportar los servicios de nueva generación, como HDTV. Las principales ventajas de tener un bucle de abonado de fibra óptica son muchas: mayores anchos de banda, mayores distancias desde la central hasta el abonado, mayor resistencia a la interferencia electromagnética, mayor seguridad, menor degradación de las señales, etc. Además, la reducción de repetidores y otros dispositivos supondrán menores inversiones iniciales, menor consumo eléctrico,

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menor espacio, menos puntos de fallo, etc. La obra civil a realizar para el tendido de fibra puede verse reducido a partir de innovadoras alternativas, por ejemplo, NTT en Japón y Verizon en EEUU han empleado en algunos casos un tendido aéreo en vez de tendido subterráneo. También cabe destacar la solución de fibra “soplada” (blow fibre), mediante la cual la fibra es tendida sobre canalizaciones existentes a través de pistolas de aire comprimido. Aunque tender fibra hasta el hogar pueda suponer una fuerte inversión inicial (CAPEX ó CAPital EXpenditures) ésta podrá ser rápidamente amortizada a través de la reducción de los gastos de mantenimiento (OPEX ó OPerational EXpenditures) respecto a la infraestructura actual y a los nuevos servicios que se pueden ofrecer. Los Gobiernos de todas las naciones reconocen la necesidad de desplegar redes de fibra óptica para mejorar la competitividad de sus economías. Los principales operadores de telecomunicaciones del mundo, incluida Telefónica, también han comenzado el despliegue de GPON, si bien no será hasta el año 2009 cuando arranque a toda máquina. Los principales suministradores de equipos de telecomunicación (Alcatel-Lucent, Ericsson, Huawei, Nokia-Siemens, ZTE, etc.) ofrecen soluciones GPON. Todo esto da muestras del prometedor futuro de esta tecnología emergente. Concepto de FTTH (Fibre-To-The Home) El acrónimo FTTx es conocido ampliamente como Fibre-to-the-x, donde x puede denotar distintos destinos. Los más importantes son: FTTH (home), FTTB (building), y FTTN (node). En FTTH o fibra hasta el hogar la fibra llega hasta la casa u oficina del abonado. En cambio, en FTTB la fibra termina antes, típicamente en el interior o inmediaciones del edificio de los abonados. En FTTN la fibra termina más lejos de los abonados que en FTTH y FTTB, típicamente en las inmediaciones del barrio. La elección de una arquitectura u otra dependerá fundamentalmente del coste unitario por usuario final y del tipo de servicios que quiera ofrecer el operador. En una arquitectura FTTB y FTTN, que es el modelo que más éxito tendrá a corto plazo en España, el enlace de fibra óptica se establece entre una oficina central y un punto de distribución intermedio. Desde este punto de distribución intermedio, se accede a los abonados finales del edifico o de la casa mediante la tecnología VDSL2 (Very high bit-rate Digital Subscriber Line 2) sobre par de cobre o WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) de forma inalámbrica. De este modo, el tendido de fibra puede hacerse de forma progresiva, en menos tiempo y con menor coste, reutilizando la infraestructura del abonado. El FTTH Council es un organismo sin ánimo de lucro que trata de educar, promover y acelerar el despliegue de fibra hasta el hogar. Existen varias soluciones tecnológicas para ofrecer FTTx. Estas opciones suelen ser divididas en dos amplias categorías: PON (Passive Optical Networks), que no requieren de componentes electrónicos activos entre el usuario final y la central del operador; y ASON (Active Optical Network), donde hay instalados componentes electrónicos activos entre el usuario final y la central del operador.

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Historia 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. Características

ITU-T BPON

ITU-T GPON

Tasa de bits down: 1.244, 622, 155 (Mbps) up: 622, 155 Codificación de NRZ (+ scrambling) línea Ratio de división 1:32 máximo Alcance máximo 20 km Estándares Soporte TDM

Serie ITU-T G.983.x TDM sobre ATM

Soporte vídeo RF No Eficiencia típica 83% downstream (depende del 80% upstream servicio) OAM PLOAM+OMCI downstream

down: 2.488, 1.244 up: 2.488, 1.244, 622, 155 NRZ (+ scrambling) 1:128 (1:64 en la práctica)

ITU-T EPON down: 1.250 up: 1.250 8b/10b 1:32

60 km (con 20 km de 20 km distancia entre ONTs) Serie ITU-T G.984.x IEEE 802.3ah TDM nativo, TDM sobre TDM sobre paquetes ATM, TDM sobre paquetes Sí No 73% downstream 93% downstream 94% upstream 61% upstream PLOAM+OMCI

Churning o AES

AES

Ethernet OAM (+SNMP opcional) No definida

Tabla 1: Comparativa de las principales tecnologías PON.

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 iníciales eran de 155 Mbps, aunque se mejoró posteriormente para soportar hasta 622 Mbps. El protocolo de transmisión se basa en ATM,

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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. CaracterÍsticas de GPON El ITU-T (International Telecommunications Union – Telecommunication sector) empezó a trabajar sobre GPON en el año 2002. La principal motivación de GPON era ofrecer mayor ancho de banda, mayor eficiencia de transporte para servicios IP, y una especificación completa adecuada para ofrecer todo tipo de servicios. GPON está estandarizado en el conjunto de recomendaciones ITU-T G.984.x (x = 1, 2, 3, 4). Las primeras recomendaciones aparecieron durante el año 2003 y 2004, y ha habido continuas actualizaciones en años posteriores. Aunque mucha de la funcionalidad que no está relacionada con GPON se conserva respecto a sus tecnologías predecesoras, principalmente BPON, tal y como mensajes OAM, DBA, etc., GPON se basa en una capa de de transmisión completamente nueva. GPON ofrece una estructura de trama escalable de 622 Mbps hasta 2,5 Gbps, así como soporte de tasas de bit asimétricas. La velocidad más utilizada por los actuales suministradores de equipos GPON es de 2,488 Gbps downstream y de 1,244 Gbps upstream. Sobre ciertas configuraciones se pueden proporcionar hasta 100 Mbps por abonado.

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La red de acceso es la parte de la red del operador más cercana al usuario final, por lo que se caracteriza por la abundancia de protocolos y servicios. El método de encapsulación que emplea GPON es GEM (GPON Encapsulation Method) que permite soportar cualquier tipo de servicio (Ethernet, TDM, ATM, etc.) en un protocolo de transporte síncrono basado en tramas periódicas de 125 ms. GEM se basa en el estándar GFP (Generic Framing Procedure) del ITU-T G.7041, con modificaciones menores para optimizarla para las tecnologías PON. GPON de este modo, no sólo ofrece mayor ancho de banda que sus tecnologías predecesoras, es además mucho más eficiente y permite a los operadores continuar ofreciendo sus servicios tradicionales (voz basada en TDM, líneas alquiladas, etc.) sin tener que cambiar los equipos instalados en las dependencias de sus clientes. Además, GPON implementa capacidades de OAM (Operation Administration and Maintenance) avanzadas, ofreciendo una potente gestión del servicio extremo a extremo. Entre otras funcionalidades incorporadas cabe destacar: monitorización de la tasa de error, alarmas y eventos, descubrimiento y ranging automático, etc.

Figura 1: Aspecto de un OLT y tarjeta de la OLT con 4 puertos GPON

Arquitectura de red de GPON La red de GPON consta de un OLT (Optical Line Terminal), ubicado en las dependencias del operador, y las ONT (Optical Networking Terminal) en las dependencias de los abonados para FTTH. La OLT consta de varios puertos de línea GPON, cada uno soportando hasta 64 ONT. Aunque depende del suministrador, existen sistemas que pueden alojar hasta 7.168 ONTs en el mismo espacio que un DSLAM. En las arquitecturas FTTN las ONT son sustituidas por MDU (Multi-Dwelling Units), que ofrecen habitualmente VDSL2 hasta las casas de los abonados, reutilizando así el par de cobre instalado pero, a su vez, consiguiendo las cortas distancias necesarias para conseguir velocidades simétricas de hasta 100 Mbps por abonado.

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Para conectar la OLT con la ONT con datos, se emplea un cable de fibra óptica para transportar una longitud de onda downstream. Mediante un pequeño divisor pasivo que divide la señal de luz que tiene a su entrada en varias salidas, el tráfico downstream originado en la OLT puede ser distribuido. Puede haber una serie de divisores pasivos 1 x n (donde n = 2, 4, 8, 16, 32, o 64) en distintos emplazamientos hasta alcanzar los clientes. Esto es una arquitectura punto a multipunto, algunas veces descrita como una topología en árbol. Los datos upstream desde la ONT hasta la OLT -que son distribuidos en una longitud de onda distinta para evitar colisiones en la transmisión downstream- es agregado por la misma unidad divisora pasiva, que hace las funciones de combinador en la otra dirección del tráfico. Esto permite que el tráfico sea recolectado desde la OLT sobre la misma fibra óptica que envía el tráfico downstream. Para el tráfico downstream se realiza un broadcast óptico, aunque cada ONT sólo será de capaz de procesar el tráfico que le corresponde o para el que tiene acceso por parte del operador, gracias a las técnicas de seguridad AES (Advanced Encryption Standard). Para el tráfico upstream los protocolos basados en TDMA (Time Division Multiple Access) aseguran la transmisión sin colisiones desde la ONT hasta la OLT. Además, mediante TDMA sólo se transmite cuando sea necesario, por lo cual, no sufre de la ineficiencia de las tecnologías TDM donde el período temporal para transmitir es fijo e independiente de que se tengan datos o no disponibles.

Figura 2: Arquitectura de red de GPON.

Una de las características clave de PON es la capacidad de sobresuscripción. Esto permite a los operadores ofrecer a los abonados más tráfico cuando lo necesiten y la red esté con capacidad ociosa, es decir, cuando no haya otros abonados en el mismo PON que están empleando todo su ancho de banda disponible. Esta funcionalidad es denominada ubicación

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dinámica del ancho de banda o DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) del PON punto a multipunto. En una red GPON, se asigna una longitud de onda para el tráfico de datos (Internet, VoIP, IPTV, etc.) downstream (1.490 nm) y otra para el tráfico upstream (1.310 nm). Además, a través del uso de WDM (Wavelength Division Multiplexing), se asigna una tercera longitud de onda (1.550 nm) que está dedicada para el broadcast de vídeo RF (broadcast analógico, broadcast digital, broadcast digital y HDTV, y vídeo bajo demanda). De este modo, el vídeo/TV puede ser ofrecido mediante dos métodos distintos simultáneamente: RF (radio frecuencia) e IPTV. Mediante RF las operadoras de cable pueden hacer una migración gradual hacia IPTV. En este caso, las ONT dispondrán de una salida para vídeo RF coaxial que irá conectada al STB tradicional. Con IPTV la señal de vídeo, que es transformada por la cabecera en una cadena de datos IP se transmite sobre el mismo enlace IP como datos para acceso a Internet de banda ancha. El STB conectado mediante Gigabit Ethernet al ONT, convertirá de nuevo la cadena de datos en una señal de vídeo. Mediante IPTV y GPON, cuyos equipos incorporan capacidades de QoS y multicast IP avanzadas, los operadores puede ofrecer varios canales de alta calidad de imagen y sonido, incluidos HDTV, así como proporcionar servicios interactivos y personalizados, lo cual no es factible con vídeo RF.

Figura 3: Funcionamiento de GPON.

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Características técnicas Para que no se produzcan interferencias entre los contenidos en canal descendente y ascendente se utilizan dos longitudes de onda diferentes superpuestas utilizando técnicas WDM (Wavelength Division Multiplexing). Al utilizar longitudes diferentes es necesario, por lo tanto, el uso de filtros ópticos para separarlas. Finalmente, las redes ópticas pasivas han de estar ajustadas en función de la distancia entre el usuario y la central, el número de splitters y su atenuación; de tal manera, que para que el nivel luminoso que reciba cada ONU esté dentro de los márgenes, o bien se ajusta la el nivel del láser o la atenuación de los splitters.

Canal descendente En canal descendente, una red PON es va desde el OLT hacia el ONU de usuario, en forma de red punto-multipunto donde la OLT envía una serie de contenidos que pasan por los divisores y llegan a las unidades ONU, cuyo objetivo es el de filtrar los contenidos y enviar al usuario sólo aquellos que vayan dirigidos a él. Se utiliza una multiplexación en el tiempo (TDM) para enviar la información en diferentes instantes de tiempo. Canal ascendente 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 las ONU se sincronizan a través de un proceso conocido como "Ranging". Ventajas de las redes ópticas pasivas (PON) • Aumenta el alcance hasta los 20 km (desde la central). Con tecnologías xDSL como máximo se alcanzan los 5,5 km • Ofrecen mayor ancho de banda • Mejora la calidad del servicio debido a la inmunidad que presenta la fibra frente a los ruidos electromagnéticos. • Se simplifica el despliegue de fibra óptica gracias a su topología • Se reduce el consumo por no haber equipos activos • Más baratas que las punto a punto

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Telecomunicaciones 2 2do Semestre 2009

Normativa técnica El comité encargado de los procesos de normalización en la Unión Internacional de Telecomunicaciones, denominado ITU-T, aprobó en 2004 la recomendación ITU-T G.984, más conocida como GPON (Gigabit-capable PON). • •

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G.984.1 Redes ópticas pasivas con capacidad de Gigabits: Características generales G.984.2 Redes ópticas pasivas con capacidad de gigabits: Especificación de la capa dependiente de los medios físicos o G.984.2 Enmienda 1 (02.2006): Nuevo apéndice III – Prácticas idóneas utilizadas en la industria para redes ópticas pasivas con capacidad de 2,488 Gbit/s en sentido descendente y 1,244 Gbit/s en sentido ascendente G.984.3 Redes ópticas pasivas con capacidad de gigabits: Especificación de la capa de convergencia de transmisión o G.984.3 Enmienda 1 o G.984.3 Enmienda 2 o G.984.3 Enmienda 3 o G.984.3 Implementers Guide (en inglés) G.984.4 Especificación de la interfaz de control y gestión de la terminación de red óptica o G.984.4 Enmienda 1 o G.984.4 Enmienda 2 o G.984.4 Enmienda 3 o G.984.5 Enhancement band for gigabit capable optical access networks (en inglés) o G.984.6 Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Reach extension o G.Imp984.3 Implementers’ Guide for ITU-T Rec. G.984.3 (02/2004)

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