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Resumen.- En el presente documento hablaremos sobre su significado, tipos de cable, componentes, estructura, topologías de red, equipos, características, ventajas y desventajas de las redes ópticas pasivas PON

Palabras clave: PON, canal descendente, canal ascendente, estructura PON, red PON, splitter.

I. INTRODUCCIÓN

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 que tuviera costos de una red tradicional punto a punto (como ADSL). 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 (AON), Redes Pasivas (PON).

II. MARCO TEORICO

QUÉ ES UNA RED PON Es una única fibra óptica bidireccional y compartida que utiliza acopladores ópticos para ramificarse formando una económica red de acceso con topología punto-multipunto hasta el usuario final. Los elementos de la red son pasivos, por lo que no se necesita energía para alimentación en ningún punto intermedio de la red. Son las más utilizadas, sobre todo en redes extensas y aunque la distancia máxima es de 10 a 60 km, se considera suficiente. Las redes pasivas, generalmente no requieren ningún tipo de actualización ante un posible cambio de tecnología

Las redes ópticas pasivas presentan una arquitectura similar a las redes de cable. En las redes de cable existen varios nodos ópticos, unidos con la cabecera a través de fibra óptica, de los cuales se llega a los abonados mediante cable coaxial y utilizando divisores (splitters) eléctricos. Las redes ópticas pasivas sustituyen el tramo de coaxial por fibra óptica monomodo y los divisores eléctricos por divisores ópticos. De esta manera, se eliminan todos los componentes activos existentes entre el servidor y el cliente; de ahí proviene el adjetivo “pasivas” dado a las redes.

TIPOS DE CABLE

Canal descendente: Los datos llegan desde cada nodo al divisor donde se dirigen a la unidad óptica terminal del usuario correspondiente. En este procedimiento se utiliza multiplexación en el tiempo (TDMA).

Canal ascendente: La unidad óptica terminal del usuario envía la información al nodo sin intervención del divisor salvo para controlar el momento en que se da curso a dicha información.

COMPONENTES. ESTRUCTURA, TOPOLOGÍAS DE

LA RED PON

PON. Redes Ópticas Pasivas (Passive Optical Networks)

(ABRIL 2014)

Edwin Jami (e.dw9jami@hotmail.com), Verónica Ribadeneira (veroeli_25@hotmail.com), Mercy

Loachamin (megcy585@hotmail.com)

Member, IEEE

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Fig.1 Estructura de una red PON

COMPONENTES

Sala de Equipos/Cabecera: Es donde están instalados el equipo de transmisión óptica (OLT) y el Distribuidor Óptico General (DGO) responsable por la transición entre el equipo de transmisión y los cables ópticos troncales de transmisión.

Red Óptica Troncal/Feeder: Compuesta básicamente por cables ópticos que llevan la señal de la Sala de Equipos hasta los centros de distribución. Estos cables ópticos son indicados prioritariamente para instalación subterránea en el interior de líneas de conductos o subductos y en instalaciones aéreas, devanados por mensajero. Para redes PON, las fibras ópticas utilizadas son del tipo monomodo.

Centros de distribución: Para optimizar el aprovechamiento de fibras ópticas, las redes PON normalmente se presentan en topología Estrella-Distribuida. En esta configuración, los centros de distribución hacen la división de la señal óptica en áreas más distantes de la central, disminuyendo el número de fibras ópticas para atender a estos accesos. En este local son instalados pequeños armarios ópticos de distribución asociados a divisores ópticos. En este centro de distribución es hecha la división, distribución y la gerencia de la señal óptica asociada a esta área. De forma alternada, estos armarios pueden ser cambiados por cajas de empalme asociados a divisores ópticos para uso específico en cajas de empalme.

Red Óptica Distribución: Compuesta por cables ópticos, llevan la señal de los centros de distribución a las áreas específicas de atención. Estos cables normalmente son auto soportados con núcleo seco para facilitar la instalación. Asociados a estos cables, son utilizados cajas de empalme para derivación de las fibras para una distribución mejorada de la señal. Cajas de empalme también nombradas de NAP/Network

Access Point, son puestos para la distribución de la señal realizando la transición de la red óptica de alimentación a la red terminal, también conocida como rede de bajada.

Red Óptica de Acometida: Compuesta por cables ópticos auto soportados de baja cantidad de fibras. A partir de la caja de empalme terminal - NAP, llevan la señal óptica hasta el abonado. El elemento de sustentación normalmente es utilizado para sujetar el cable de la casa / edificio del abonado. Pueden terminar en pequeños DIOs (Distribuidor Interno Óptico) para la transición del cable para cordón óptico) o en pequeños bloqueos ópticos (FOB) para la transición del cable para extensión óptica) en el interior de la casa / edificio. Debido a las grandes restricciones de espacio y utilización de conductos ya existentes, normalmente son utilizadas fibras ópticas de características especiales para evitar la pérdida de señal por curvaturas acentuadas (fibra óptica tipo bend insensitive - All Wave Flex).

Red interna: A partir del bloqueo óptico (FOB) o distribuidor interno óptico (DIO), son utilizadas extensiones o cordones ópticos para realizar la transición de la señal óptica de la fibra al receptor interno del abonado. Por las mismas razones de restricción de espacio y utilización de conductos existentes internamente a la casa del abonado, las extensiones y cordones ópticos son hechas en fibra óptica especial tipo All Wave Flex.

UNA RED ÓPTICA PASIVA ESTÁ FORMADA

BÁSICAMENTE POR:

Un módulo OLT (Optical Line Terminal - Unidad Óptica Terminal de Línea) que se encuentra en el nodo central.

Fig.2 Unidad Óptica Terminal de Línea

Uno o varios divisores ópticos (splitter) que sirven para ramificar la red de fibra óptica.

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Fig.3 Divisores Ópticos

ONUs (Optical Network Unit - Unidad Óptica de Usuario) como viviendas. Equipos instalados en la casa del abonado.

ONU’s ONU4F2V1R ONU4F2V ONU4F ONU16V1R ONU16V ONU16F

ONU4F2V1R

Fig.4 ONU4F2V1R

ONU4F2V1R tiene 4 puertos RJ45 + 2 puertos RJ11 + 1

puerto RF, trabaja con EPON y tiene como objetivo FTTH.

Puede proporcionar datos de alta velocidad, el servicio del

VoIP, interfaces de los datos y la interfaz del teléfono para

ofrecer más selectividad y factibilidad para los usuarios.

ONU4F2V

Fig.5 ONU4F2V

ONU4F2V tiene 4 puertos RJ45 + 2 puertos RJ11, trabaja con EPON y tiene como objetivo FTTH. Puede proporcionar datos de alta velocidad, el servicio del VoIP, interfaces de los datos y la interfaz del teléfono para ofrecer más selectividad y factibilidad para los usuarios.

ONU4F

Fig.6 ONU4F

ONU4F tiene 4 puertos RJ45, trabaja con EPON y tiene como objetivo FTTH. Puede proporcionar datos de alta velocidad, el servicio del VoIP, interfaces de los datos y la interfaz del teléfono para ofrecer más selectividad y factibilidad para los usuarios.

ONU16V1R

Fig.7 ONU16V1R

ONU16V1R tiene 16 puertos RJ45 + 16 puertos RJ11 + 1 puerto RF, trabaja con EPON y tiene como objetivo FTTB. Puede proporcionar datos de alta velocidad, el servicio del VoIP, interfaces de los datos y la interfaz del teléfono para ofrecer más selectividad y factibilidad para los usuarios.

ONU16V

Fig.8 ONU16V

ONU16V tiene 16 puertos RJ45 + 16 puertos RJ11, trabaja con EPON y tiene como objetivo FTTB. Puede proporcionar datos de alta velocidad, el servicio del VoIP, interfaces de los datos y la interfaz del teléfono para ofrecer más selectividad y factibilidad para los usuarios.

ONU16F

Fig.9 ONU16F

ONU16F tiene 16 puertos RJ45, trabaja con EPON y tiene como objetivo FTTB. Puede proporcionar datos de

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alta velocidad, el servicio del VoIP, interfaces de los datos y la interfaz del teléfono para ofrecer más selectividad y factibilidad para los usuarios. PON trabaja compartiendo la capacidad entre las ONU de los usuarios, para lo que necesita utilizar dos frecuencias, una para el canal ascendente y otra para el descendente.

Fig.10 Topología de una red PON

EQUIPOS

OLT (Optical Line Termination) Es el elemento activo situado en la central telefónica. De él parten las fibras ópticas hacia los usuarios (cada OLT suele tener capacidad para dar servicio a varios miles de usuarios). Agrega el tráfico proveniente de los clientes y lo encamina hacia la red de agregación. Realiza funciones de router para poder ofrecer todos los servicios demandados por los usuarios. La fibra y componentes ópticos que comunican el OLT con el ONT son elementos completamente pasivos. Una fibra conecta un puerto del OLT a múltiples ONT usando divisores ópticos (optical splitters). Una red PON puede estar equipada con hasta 64 ONT, aunque habitualmente esta cifra oscila entre 32 y 48. El OLT puede estar situado a una distancia máxima de 20 km con respecto a los ONT, lo que supera con creces las posibilidades del ADSL por ejemplo (5,5 km) y permite a las redes PON dar servicio a un área geográfica muy amplia.

ONT (Optical Network Termination) Es el elemento situado en casa del usuario que termina la fibra óptica y ofrece las interfaces de usuario. Actualmente no existe interoperabilidad entre elementos, por lo que debe ser del mismo fabricante que la OLT. En el caso de las ONTs de exterior, deben estar

preparadas para soportar las inclemencias meteorológicas y suelen estar equipadas con baterías. Existe una gran variedad de ONTs, en función de los servicios que se quieran ofrecer y las interfaces que ofrezcan al usuario: Interfaces fast ethernet, que pueden alcanzar velocidades de hasta 100 Mbps. Se suelen utilizar en usuarios residenciales para ofrecer servicios de televisión o Internet. Interfaces gigabit ethernet, que pueden alcanzar velocidades de hasta 1 Gbps. Se utilizan para dar servicios a empresas. Interfaces RJ11, que se utilizan para conectar teléfonos analógicos y ofrecer servicios de voz. Interfaces E1 o STM-1, para dar servicios específicos de empresa. Es fundamental para el desarrollo del mercado alcanzar la interoperabilidad OLT-ONT entre diferentes fabricantes.

MDU (Multi Dwelling Unit) Permite ofrecer servicio a múltiples usuarios, frente a las ONTs que dan servicio a un único cliente. Existen varios modelos de MDU entre los que destacan estos dos:

MDU XDSL: Termina la fibra óptica que llega de la central telefónica. Utiliza tecnología XDSL para ofrecer servicios a los usuarios. Van integrados dentro de un armario, que se ubica en una zona común del edificio, con fácil acceso a los pares de cobre que llegan a los pisos. La ventaja fundamental que ofrecen respecto a las ONTs es que permiten aprovechar las tiradas de cobre que existen en los edificios. La desventaja es que tienen todas las limitaciones de las tecnologías XDSL.

MDU con interfaces fase ethernet: Están equipadas con una gran cantidad de interfaces ethernet y permiten dar servicio a un edificio que esté cableado con RJ45 o a una empresa.

CARACTERISTICAS

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 en árbol es mucho más eficiente 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).

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.

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Las redes PON aumentan la calidad del servicio y simplifican el mantenimiento de la red, al ser inmunes a ruidos electromagnéticos.

PON permite crecer a mayores tasas de transferencia superponiendo longitudes de onda adicionales.

Simplicidad en la gestión de los nodos intermedios. Una vez que se ha establecido el circuito físico, no hay que tomar más decisiones para encaminar los datos entre origen y destino.

SERVICIOS DE LA PON

Fig.11 Servicios de una red PON

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.

DESVENTAJAS DE LAS REDES ÓPTICAS PASIVAS

(PON)

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.

III. CONCLUSIONES

Los elementos de la red PON son pasivos, por lo que no se necesita energía para alimentación en ningún punto intermedio de la red

Son las más utilizadas, sobre todo en redes extensas y aunque la distancia máxima es de 10 a 60 km, se considera suficiente.

PON permite crecer a mayores tasas de transferencia superponiendo longitudes de onda adicionales

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.

IV. RECOMENDACIONES

Para redes PON, las fibras ópticas utilizadas son del tipo monomodo.

Para optimizar el aprovechamiento de fibras ópticas, las redes PON normalmente se presentan en topología Estrella-Distribuida.

Debido a las grandes restricciones de espacio y utilización de conductos ya existentes, normalmente deben ser utilizadas fibras ópticas de características especiales para evitar la pérdida de señal por curvaturas acentuadas (fibra óptica tipo bend insensitive - All Wave Flex).

V. REFERENCIAS

http://www.furukawa.com.br/portal/page?_pageid=813,1366055&_dad=portal&_schema=PORTAL

http://sx-de-tx.wikispaces.com/FTTx+-+xPON http://wikitel.info/wiki/UA-Redes_PON_Equipos http://www.monografias.com/trabajos72/evolucion-

redes-opticas-futuro/evolucion-redes-opticas-futuro2.shtml

http://www.imaginar.org/iicd/tus_archivos/TUS6/2_tecnologia.pdf

http://www.conectronica.com/FTTx-y FTTh/Redes-PON-para-FTTH.html

http://www.wikitel.info/wiki/FTTx repositorio.espe.edu.ec/xmlui/handle/.../browse?...R

EDES+PON...

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repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/6177/1/AC-ESPE-047044.pdf

repositorio.espe.edu.ec/handle/.../browse?...REDES+PON

dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/31/8/Capitulo2.pdf

http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/4203/1/UPS-CT002595.pdf