CARACTERÍSTICAS GENERALES DE UNA RED (FTTH)

UNA RED DE FIBRA ÓPTICA AL HOGAR (FTTH)

• FTTN - (del inglés Fiber-to-the-node). En FTTN o fibra hasta el nodo, la fibra termina en una central del operador de telecomunicaciones que presta el servicio, suele estar más lejos de los abonados que en FTTH y FTTB, típicamente en las inmediaciones del barrio. ( Troba= Nodo )
• FTTC - (del inglés Fiber-to-the-cabinet o fiber-to-the-curb). Similar a FTTN, pero la cabina o armario de telecomunicaciones está más cerca del usuario, normalmente a menos de 300 metros.
• FTTB - (del inglés Fiber-to-the-building o Fiber-to-the-basement). En FTTB o fibra hasta la acometida del edificio, la fibra normalmente termina en un punto de distribución intermedio en el interior o inmediaciones del edificio de los abonados. Desde este punto de distribución intermedio, se accede a los abonados finales del edificio o de la casa mediante la tecnología VDSL2 (Very high bit-rate Digital Subscriber Line 2) sobre par de cobre o Gigabit Ethernet sobre par trenzado CAT5. De este modo, el tendido de fibra puede hacerse de forma progresiva, en menos tiempo y con menor coste, reutilizando la infraestructura del edificio del abonado.
• FTTH - (del inglés Fiber-to-the-home). En FTTH o fibra hasta el hogar, la fibra llega hasta el interior de la misma casa u oficina del abonado.
• FTTP - (del inglés Fiber-to-the-premises). Este término se puede emplear de dos formas: como término genérico para designar las arquitecturas FTTH y FTTB, o cuando la red de fibra incluye tanto viviendas como pequeños negocios.

Para asegurar el consenso, especialmente cuando se comparan los niveles de penetración de FTTH entre países, los tres Consejos de FTTH de Europa, Norte América y el Pacífico Asiático acordaron las definiciones para FTTH Y FTTB. Estos tres Consejos no dan definiciones formales para FTTC Y FTTN.

 De un tiempo a esta parte se evidencia una creciente demanda en el ancho de banda

de los accesos a Internet desde abonados residenciales. 

Si bien las respuestas basadas enservicios móviles han crecido en gran forma (y se espera que con el advenimiento de LTE aumente aún más), más de un 90% de los accesos a Internet se basan en tecnologías cableadas,principalmente soluciones xDSL y DOCSIS.

 Estas dos tecnologías presentan un límite práctico

alcanzable en un horizonte a mediano plazo. Por ello, en mercados muy avanzados

tecnológicamente (Japón, Corea, etc.) se está instalando en forma masiva soluciones de fibra al

hogar (FTTH)

Este artículo describe a alto nivel las características más resaltables de una red FTTH, pensada

para brindar servicio masivo de conectividad con un gran ancho de banda.

Redes de Planta Externa, Redes Ópticas Pasivas, FTTx, GEPON

A fin de posibilitar el acceso a servicios de gran ancho de banda a usuarios localizados a

distancias tales que no es posible brindarlos 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 tornan 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

El presente documento se centra en el análisis de una red pasiva PON, en particular con tecnología  GEPON según se describe luego. Las redes PON típicas están conformadas por:

· Un Terminal de Línea Óptico (Optical Line Terminal) OLT ubicado en la central,

· Varios elementos pasivos de ramificación óptica, denominados Splitter

· Varios Terminales de Red Ópticos (Optical Network Terminals) ONTs también

denominados ONU (Optical Network Unit), los que se encuentran en la casa del usuario y

presentan las interfaces hacia los dispositivos que con los cuales se hace uso del servicio.

En el siguiente diagrama se esquematiza una posible arquitectura de una red PON genérica.

Se puede observar que en la central se ubica un equipo OLT Desde éste salen cables de fibra,

cada uno de dichos cables es capaz de transportar el tráfico de hasta 64 abonados y corresponde

a un puerto PON en el equipo de la central. Estas fibras pueden tener una o varias etapas de

splitters. En este diagrama se ejemplifica el caso de una red con dos niveles de splitters, donde

la primera etapa presenta una relación 1: n; luego desde allí salen n fibras por cada fibra

“primaria” o Feeder. Desde allí se tiene una etapa de cableado denominada Distribución, la cual

finaliza en un segundo splitter, el cual realiza la segunda etapa de splitter y en general oficia

también de Drop Box, es decir, desde allí se sale con los cables de acometida de fibra

directamente hacia el cliente. Típicamente esta etapa de cableado se realiza con tendido aéreo.

Los terminales de abonado u ONUs son los encargados de dialogar con el equipo PON de la

central terminando dicho enlace, y ofreciendo hacia el usuario generalmente una interfaz

Ethernet para los servicios de datos mediante un conector RJ45 para cable UTP (en algún caso

presentan puertos USB además) y una interfaz telefónica con conector RJ11. La interfaz

telefónica mencionada es brindada gracias a la funcionalidad de gateway de VoIP (o IAD)

embebida en el propio equipo ONU. Para ello la ONU soporta el protocolo SIP y en algún caso

H.248 para dialogar con la red NGN.

Las señales ópticas son trasmitidas por las OLT usando una longitud de onda de 1.490 nm y

por las ONTs usando 1.310 nm, es decir el canal en sentido Downlink utiliza la primer longitud

de onda indicada y el de Uplink la segunda. Es posible además inyectar una señal de video RF

digitalizándolo y transmitiéndolo en el canal de downlink en la longitud de onda de 1550nm.

Tecnologías PON

Las redes PON cuentan con una variada gama de protocolos y estándares. Las dos tecnologías

que actualmente lideran el mercado son las denominadas EPON (a veces también denominada

GEPON) y GPON.

En el siguiente cuadro se presentan las principales características de ambos estándares.

EPON GPON

Estándar IEEE 803.2 ah ITU-T G.984

Ancho de Banda - Hasta 1,25 Gbps simétrico

- Simétrico o asimétrico hasta 2.5/1.25 Gbps de DL/UL*

Downstream  (nm) 1490 (voz y datos IP) y 1.550 (vídeo RF)

Upstream       (nm) 1.310 1.310

Transmisión Ethernet ATM, Ethernet, TDM

*El grupo FSAN acordó en 2005 utilizar 2.5 Gbps de Downstream y 1.25 Gbps de Upstream.

Ambas tecnologías se encuentran disponibles en el mercado, y se estima que ambas tendrán un

gran crecimiento. Existen grandes despliegues de redes EPON, principalmente en Asia,
(La Red Óptica Pasiva con Capacidad de Gigabit (GPON o Gigabit-capable Passive Optical Network en inglés) )mientras que los despliegues de GPON se encuentran mayoritariamente en EEUU y Europa.

Existe amplia bibliografía dedicada a analizar ambas alternativas y sus comparaciones desde el

punto de vista de ventajas y desventajas técnicas así como su futura evolución en el mercado

mundial. La principal diferencia entre ambas es que GPON permite el soporte de servicios

legacy, ya que contempla acceso TDM, mientras que GEPON permite solo ethernet, además de

que hoy presentan diferentes anchos de banda por enlace.

Como fue mencionado anteriormente este documento se analiza el caso de una red de fibra

óptica pasiva PON con tecnología EPON (GEPON) y una topología de tipo FTTH.

Elementos componentes de la red

Los splitters ópticos pasivos como se mencionó son los elementos de la red que permiten la

conexión punto a multipunto y que permiten que las señales ópticas de una fibra puedan ser

distribuidas a otras varias fibras. Una sola fibra conectada al OLT puede distribuirse y conectar

hasta 64 ONUs diferentes según las recomendaciones.

Los splitters ópticos se implementan cascadeando splitters “físicos” con relación 1:2, donde la

señal de entrada se distribuye en dos caminos diferentes resultando en una perdida de potencia

aproximadamente de 3,5 dB. Cada camino vuelve a separarse en dos permitiendo mayor

distribución pero también adicionando nuevamente una perdida de potencia.

Por ejemplo un splitter de razón 1:32 tendrá 5 etapas de split resultando en una pérdida de

potencia de aproximadamente 5 x 3,5 dB = 17.5dB. En realidad la pérdida introducida no es

exactamente el igual en un splitter 1:32 que si se colocan 5 splitters de relaciones 1:2, esta será

algo superior y se debe a la introducida por los conectores externos necesarios, mientras que en

el otro caso esto se realiza internamente.

Pérdidas de Inserción Splitters

Relación de Split Pérdida de inserción (dB)

1:2 3,6

1:4 7,2

1:8 11

1:16 14

1:32 17,5

Los estándares PON especifican distancias máximas alcanzables de hasta 20 km entre OLT y ONT.

Todas las diferentes tecnologías PON dadas las longitudes de onda con las que operan son

capaces de funcionar con fibras ópticas estándar, según ITU-T G.652, sin necesidad de fibras

especiales como las nueva fibras denominadas “Zero Water Peak” en las que no se tiene la

ventana de atenuación de pico centrado en 1380nm que presenta la fibra estándar.

La distancia máxima alcanzable esta determinada por:

· La potencia transmitida por los equipos (Launch Power), en general depende del tipo de

equipo, clasificándose éstos en 4 clases (A, B, C, D) en función de dicha potencia. Un valor

típico de éste parámetro para equipos clase B es entre +3 a +7 dBm.

· La sensibilidad en recepción de los equipos, es decir la mínima potencia de señal que es

capaz de reconocer correctamente. Un valor típico para esta es -26dBm.

· La pérdida de inserción introducida por el cable de fibra óptica, esta dependerá de la

longitud de onda a utilizar, para las usadas en estas tecnologías PON esta pérdida es de

0.40dB/km para una longitud de onda de 1310nm y de 0.35dB/km para 1490nm.

· Pérdida introducida por los splitters, dependiente de las relaciones de splitting, según tabla anterior.

· Pérdida introducida por los conectores, típicamente esta es de 0.5dB aproximadamente.

· Pérdida introducida por cada empalme, esta depende de que tipo de empalme se trate, un

empalme mecánico introducirá típicamente una pérdida aproximada de 0.5dB, mientras que

en el caso de un empalme por fusión será de aproximadamente 0.1dB.

Dado que los splitters involucran una pérdida importante de potencia en relación con los

restantes componentes de la red, el diseño de dicha red debe ser cuidadosamente balanceado

entre: ramificación alta de fibras, distancias a los clientes, y las potencias manejadas por los

equipos; de modo que satisfagan las especificaciones de los mismos.

Por otra parte desde el punto de vista económico también debe analizarse cuidadosamente las

configuraciones posibles, con un compromiso entre la cantidad de splitters a utilizar, la cantidad

de fibras y el número de puertos necesarios en el equipo PON en la central.

Arquitectura de la red

 1 – Dos niveles de Splitters

En esta alternativa la arquitectura propuesta se compone de un tramo inicial de fibra óptica

denominado feeder, (equivalente al cable primario en una red de cobre) luego del cual se

encuentra una etapa de splitter de relación 1:4. A continuación de ésta se tiene un nuevo tramo

de fibra (equivalente al cable secundario), el cual termina en una segunda etapa de splitters en la

manzana donde se encuentran los clientes (este splitter de relación 1:8 se pude ver como

análogo a una caja de dispersión de la red de cobre). Desde éste último splitter se tiene un cable

de acometida de fibra óptica hasta cada cliente. Con estas dos etapas de splitting en cascada se

tiene una relación de 1:32 servicios por cable de fibra.

Además del criterio constructivo de contar con esas dos etapas de splitters, el punto

fundamental es la cantidad de usuarios por acceso GEPON, en este caso se tienen 32 usuarios

por cada puerto GEPON. Esto, más allá de las características constructivas de la arquitectura,

determina el dimensionado del equipo de central OLT y sobre todo el ancho de banda que se

puede ofrecer a cada cliente ya que por cada puerto GEPON se tiene un throughput (rendimiento)de

1.25Gbps (neto) el cual se comparte entre todos lo usuarios conectados a ese puerto. En este

caso se obtiene un ancho de banda por usuario de aproximadamente 40Mbps.

Teniendo en cuenta lo antes indicado, las consideraciones principales relacionados con esta

alternativa son:

· Se tienen 32 clientes por puerto GEPON, y dado que cada nodo cuenta con 8 puertos

GEPON se tendrán 256 clientes por nodo. Por otra parte cada nodo cuenta con 4 interfaces

de 1GE en su uplink hacia el core de la red, por lo que se podrá soportar un tráfico de pico

promedio por abonado (simultáneos) de hasta 16Mbps.

· El siguiente diagrama muestra un esquema de la arquitectura planteada (32 usuarios/pto-

GEPON con dos etapas de Splitters):

La atenuación de extremo a extremo se obtiene a partir de los siguientes elementos:

                                                · Splitters: 7.2dB + 11 dB = 18.2dB

De donde se obtiene una atenuación total extremo a extremo de 21.1 dB.

Esta pérdida de extremo a extremo como se observa cumple con el Loss Budget de los equipos,

el cual es de 29 dB.

En caso de que los clientes se ubicasen a una mayor distancia, los elementos constructivos no

cambiarán, excepto en primera instancia por los empalmes introducidos por la necesidad de

empalmar bobinas de cable, las cuales tienen una longitud de 4km. A partir de esto es posible

calcular la distancia máxima alcanzable, la cual resulta de la distancia (más empalmes de

bobinas) con la que se alcanza la atenuación admitida de 29dB, esta resulta ser de 19.5km más

los 1985m hasta este punto, por lo cual la distancia alcanzable en esta alternativa es de

21km.

A continuación se presentan las ventajas y desventajas de esta alternativa:

Ventajas

· Al tenerse mayor cantidad de puertos por nodo que en la alternativa 2 según se verá, las

Ventajas

· Permite mayores anchos de banda por cliente que la alternativa 1, ya que en el uplink

resulta un ancho de banda promedio máximo por cliente de 63+63 Mbps (uplink y

downlink) en forma simultánea.

· La distancia admitida es mayor que en la alternativa 1 por disponer solo una etapa de

splitter y menos accesos por puerto PON.

· Se hace un uso más eficiente de los recursos respecto a la alternativa 2, tanto de la fibra

óptica como de los equipos, y por lo tanto es menos costosa.

· Cada caja de splitters intermedio “abarca” la zona de una CD de cobre lo que facilitaría

y simplificaría el vuelco en caso de ser este masivo.

· Con esta solución se toma con un cable de 120 FO alrededor de 840 servicios, número

de servicios similar al usado para dimensionar un cable de cobre de 1400”. De esto

surge que en la mayoría de los casos la sustitución seria 1 a 1.

· El splitting final (y drop box) de relación 1:8 (por cada elemento terminal 8 servicios) se

asemeja a la realidad que hoy tiene la Planta Externa de cobre donde generalmente los

elementos terminales (cajitas de dispersión) atienden 10 servicios posibles.

Desventajas

· Se tiene una mayor ocupación de ductos que la alternativa 1 por la menor concentración

de servicios.

· Es una tecnología nueva y requiere un mayor esfuerzo de capacitación y adaptación de

las estructuras operativas.

· Tiene costo mayor que la alternativa 1 por hacer un uso menos eficiente de los recursos

de la red por la menor concentración de servicios.

Bibliografía

· Manuales de materiales: FURUKAWA Inc., Pirelli