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PostHeaderIcon Tecnología GPON - FTTH




GPON son las siglas de Gigabit Passive Optical Network, es la alternativa al switching Ethernet en las redes de campus. GPON sustituye el diseño Ethernet tradicional de tres niveles por una red óptica de dos niveles al eliminar los switches Ethernet de acceso y distribución por dispositivos ópticos pasivos

 



La fibra óptica es el nombre generalmente utilizado por los usuarios para conectarse a Internet desde casa de forma rápida y eficaz. 

Tipos de Fibra

Se suele hablar denominar fibra a todos los tipos FTTx pero hay varios tipos diferentes, entre los que se encuentra la FTTH y el HFC. El término genérico FTTx se refiere a cualquier acceso de banda ancha sobre fibra óptica que sustituya total o parcialmente el cobre. Pero el caracter final puede terminar hasta qué punto lo sustituye o cuáles son las configuraciones.

  • FTTH – Fiber-to-the-home: la fibra llega y entra en casa (a la que aquí nos referimos)
  • FTTB – Fiber-to-the-building: la fibra llega al edificio y se distribuye a través de cobre o cable de red hasta llegar a casa casa
  • FTTN – Fiber-to-the-node: la fibra llega hasta un nodo y de ahí enlaza con la casa con otro tipo de cable como cobre o coaxial (HFC)
  • FTTC – Fiber-to-the-cabinet: la fibra llega más cerca del edificio, a un máximo de 300 metros.
  • FTTA – Fiber-to-the-antenna:  lleva la fibra hasta las antenas de telefonía para darnos alta velocidad.
La fibra híbrida coaxial es una red que incorpora fibra óptica pero no llega hasta tu hogar. Antes de llegar, se utiliza un cable coaxial que es el que distribuye la red por todas las casas de tu edificio o de tu barrio. Hay una primera parte que conecta la fibra óptica con los nodos zonales y una segunda parte que conecta el nodo zonal con tu casa con cable coaxial. En la mayoría de los casos, este cable coaxial sólo está en el último tramo

Red de fibra FTTH GPON de Movistar

Las redes de fibra hasta el hogar GPON tienen una estructura en forma de árbol en las que la fibra que sale de la central telefónica se divide en una primera etapa en 4 fibras y en un segundo paso cada una de ellas se divide en 16, obteniendo un total de 64 ramas de fibra que llegan a los hogares.



En la central telefónica está el OLT, equipo encargado de comunicarse mediante luz láser con los ONTs que cada cliente tiene en su casa, bien integrado dentro del router o como dispositivo independiente.

De cada puerto del OLT sale una fibra que junto con otras viaja en un cable hasta las arquetas de la red de distribución. En este punto cada fibra se divide en 4 fibras cuyo trazado continúa por las fachadas para acabar alimentando a 4 CTOs.

Las CTOs son las cajas grises o negras que habitualmente puedes ver en las fachadas. A cada una de ellas llega una fibra que se divide en otras 16 nuevas fibras, que son las acometidas que salen hasta cada hogar.

El ONT (siglas de Optical Network Terminal, o Terminal de Red Óptica), es la frontera que delimita la red de fibra óptica que viene del exterior del domicilio, de la red de cable trenzado que utilizamos dentro de casa. Es una pieza indispensable para hacer de modem convirtiendo la señal óptica en una señal eléctrica Ethernet que pueda entender el router.

Su funcionamiento está controlado desde la central telefónica por el OLT (Optical Line Terminal), quien en el proceso de arranque verifica que tiene permiso para acceder a la red y tras medir la distancia física a la que está situada mediante un proceso denominado ranging, le asigna un retardo para situarla virtualmente a la misma distancia que el resto de ONT del vecindario, de forma que su luz láser llegue dentro del slot de tiempo asignado sin pisar el de los demás. Las operadoras son recelosas a la hora dejar que los usuarios pongan sus propios equipos puesto que un funcionamiento defectuoso de un ONT puede dejar a hasta 64 vecinos sin servicio. Es lo que se conoce como rogue ONT.

 


A cada uno de los puertos GPON del OLT se conectan las fibras que van al repartidor óptico ROM, armario donde se organizan y conectan las fibras que vienen desde la galería de cables, un recinto subterráneo debajo del ROM donde se concentra todo el cableado de la central antes de salir por los conductos que van a la calle.

Terminología GPON

  • Red óptica pasiva con capacidad Gigabit (GPON): estándar para redes ópticas pasivas (PON) publicado por la ITU-T
  • Red de Distribución Óptica (ODN): dispositivos físicos de fibra y ópticos que distribuyen señales a los usuarios de una red de telecomunicaciones. El ODN se compone de componentes ópticos pasivos (POS), como fibras ópticas, y uno o más divisores ópticos pasivos.
  • Terminación de red óptica (ONT) /Unidades de red óptica (ONU): conecta dispositivos de usuario final (escritorio, teléfonos, etc.) a la red GPON. Proporciona la conversión de señal óptica a eléctrica. Las ONT también proporcionan cifrado AES a través de la clave ONT.
  • Divisores: se utiliza para agregar o multiplexar señales de fibra óptica a un único cable óptico de fibra ascendente. Generalmente, relación 1:32.
  • Terminal de línea óptica (OLT): dispositivo que agrega todas las señales ópticas de ONT en un solo haz de luz multiplexado cuando se convierte en una señal eléctrica, formateada según los estándares de tipo de paquete Ethernet para el reenvío de Capa 2 o Capa 3.
  • Multiplexación por división de longitud de onda (WDM): la multiplexación por división de longitud de onda (WDM) es una tecnología que multiplica varias señales de portadora óptica en una sola fibra óptica mediante diferentes longitudes de onda (es decir, colores) de luz láser. 
  • Método de encapsulación GEM G-PON (GEM): esquema de transporte de tramas de datos utilizado en sistemas de red óptica pasiva (G-PON) con capacidad gigabit orientados a la conexión y que admite la fragmentación de tramas de datos de usuario en fragmentos de transmisión de tamaño variable
  • Fibra a X (FTTX) - FTTX es una generalización para varias configuraciones de implementación de fibra, organizadas en dos grupos: FTTP/FTTH/FTTB (fibra colocada hasta las instalaciones/casa/edificio) y FTTC/N (fibra colocada en el armario/nodo, con cables de cobre para completar la conexión).
  • T-CONT/TCONT: contenedor de transmisión
  • OMCC - Canal de control y administración de unidades de red óptica
  • OMCI - Interfaz de administración y control de unidades de red óptica
  • PCBd: bloque de control físico descendente
  • TDM: multiplexación por división de tiempo
  • TDMA - Acceso múltiple por división de tiempo

 

Diagrama de red

 

  • El OLT se conecta al divisor óptico a través de una sola fibra óptica y, a continuación, el divisor óptico se conecta a ONU/ONT.
  • GPON adopta WDM para transmitir datos de diferentes longitudes de onda ascendentes/descendentes sobre el mismo ODN. Las longitudes de onda oscilan entre 1290 y 1330 nm en la dirección ascendente y entre 1480 y 1500 nm en la dirección descendente.
  •  Los datos se transmiten en la dirección descendente y en la dirección ascendente los datos son ráfaga en el modo TDMA (basado en intervalos de tiempo). 
  • Admite transmisión multidifusión punto a multipunto (P2MP).

Límites GPON

  • Alcance lógico máximo: 60 km (distancia máxima gestionada por las capas superiores del sistema (MAC, TC, Ranging), en vista de una futura especificación dependiente de medios físicos (PMD). 
  • Distancia máxima de fibra entre puntos de envío/recepción (S/R) y recepción/envío (R/S): 20 km
  • Distancia máxima de fibra diferencial: 20 km
  • ación de división: Restringido por pérdida de trayectoria, PON con divisores pasivos (separación de 16,32 ó 64 direcciones)
  • Velocidad: 1.24416 Gigabits/s hacia arriba, 2.48832 Gigabits/s hacia abajo

Conexión mediante fibra óptica y utilizando los puertos SFP o SFP+ de los switches. En la actualidad, los switches ya vienen con conectores para fibra óptica, haciendo uso de los correspondientes transceptores, usando conector SFP (1Gbps) o SFP+ (10Gbps).

Tipos de fibra óptica y conexiones

Actualmente existen diferentes tipos de fibra óptica, el modo de transmisión de la fibra, los tipos de protecciones que dispone el cable de fibra, e incluso también el tipo de conector utilizado.

Existen dos tipos de fibra óptica, la fibra óptica monomodo (SMF) y también la fibra óptica multimodo (MMF). Dependiendo de nuestras necesidades, optaremos por un tipo de fibra óptica u otra.

Fibra óptica monomodo y multimodo

Las principales características de la fibra óptica monomodo es que tiene un diámetro muy pequeño, de unos 9 µm aproximadamente, además, solo permite un modo de transmisión, y permite transportar la señal a velocidades mucho mayores y a mayor distancia. Este tipo de fibra óptica es ideal para cubrir largas distancias, ideal para interconectar switches o equipamiento de red entre diferentes salas, y poder llegar mucho más lejos sin tener demasiada atenuación. Esta fibra óptica es algo más cara que la fibra óptica multimodo. Otras características son que siempre se debe utilizar un diodo láser. Este tipo de fibra permite la descarga y subida de datos en un mismo cable, realizando multiplexación por división de onda, de esta forma, tendremos una longitud de onda específica para la descarga y otra para la subida.

Por otra parte, la fibra óptica multimodo tiene un diámetro mayor, normalmente de 62,5 µm, al tener mayor diámetro, la señal se puede transportar en más de un modo de transmisión. Se suele utilizar para distancias cortas, son algo más baratas que la monomodo, y se puede utilizar un diodo láser o LED que son más baratos. Este tipo de fibra también permite multiplexación por división de onda, para proporcionar Full-Dúplex (descarga y subida simultáneamente).

Fibra monomodo vs multimodo

La fibra óptica monomodo está diseñada para transportar luz solamente a través de la fibra, en modo transversal, solo se entrega un haz de luz de un modo, modificando la longitud de onda en caso de querer multiplexar y hacer uso de descarga y subida. En el caso de los switches, lo más normal es tener una fibra para descarga y otra fibra para subida, es decir, no hay multiplexación

En la fibra óptica multimodo significa que existen varios modos de propagación de la luz, también permite modificar la longitud de onda para multiplexarla y usar la descarga y subida simultáneamente. La principal diferencia entre las fibras ópticas monomodo y multimodo son el diámetro del núcleo de la fibra y la distancia que nos permiten cubrir.

Tipos de conectores de fibra

Existen diferentes tipos de conectores de fibra, en algunos casos tenemos conectores de fibra LC-LC y SC-SC, pero en otros casos tenemos tipos de conectores diferentes a ambos lados, esto dependerá de qué dispositivos queremos interconectar, pero lo más normal es que sea el mismo tipo de conector a ambos extremos del cable. En la siguiente imagen se puede ver los tipos de conectores más habituales:


  • El conector SC (Suscriptor Connector) es el tipo de conector más barato, se ajusta a presión, es compacto y se usa habitualmente en redes FTTH conectando la ONT al PTRO de nuestro hogar. Es compatible con fibra monomodo y multimodo, tiene una pérdida de señal de en torno a 0,25dB.
  • El conector LC (Lucent Connector) es el tipo de conector más utilizado en los transceptores SFP de los switches profesionales, es de tipo push and pull, es muy compacto y permite mayor densidad de conectores en racks. Es compatible con fibra monomodo y multimodo, tiene una pérdida de señal de en torno a 0,10dB.
  • El conector FC (Ferrule Connector) también era muy usado hace años, pero ahora está cayendo en desuso a favor de los conectores SC y LC. Este conector se rosca y tiene una fijación resistente a vibraciones. Es compatible con fibra monomodo y tiene una pérdida de señal de en torno a 0,30dB.
  • El conector ST (Straight Tip) ha sido utilizado en entornos profesionales y redes militares, se parece bastante al conector FC, pero se usa en fibras multimodo y la pérdida es de 0,25dB.

Recubrimiento de la fibra óptica

Tenemos actualmente diferentes tipos de cables de fibra óptica, algunos de ellos con un mayor recubrimiento para ser aptos para entornos de exterior. Dependiendo del entorno donde vayamos a instalar la fibra óptica, será necesario comprar un tipo de cable de fibra (el recubrimiento) u otro.

  • Cable de fibra blindado: este cable de fibra está orientado a entornos exteriores principalmente, permite que se pise por una persona y es anti-roedores, aunque es muy duro, tiene una gran flexibilidad.
  • Cable de fibra óptica que permite curvarlo: normalmente los cables de fibra óptica no pueden doblarse. Este tipo de cable es resistente a daños y pérdidas relacionadas con la reflexión de la luz. Gracias al diseño del núcleo, podremos doblarlo sin que se rompa ni tengamos problemas. Gracias a esta característica, puede enrollarse y adaptarse perfectamente a las necesidades del rack donde lo instalemos.
  • Cable de fibra monomodo y multimodo: este cable es híbrido, en la primera parte y la última tiene un diámetro correspondiente a las fibras monomodo, esto permite llegar más lejos en el cableado de fibra, así como mejorar la calidad de la señal de datos.
  • Cable de fibra de baja pérdida de inserción: los conectores de los extremos están hechos para que la pérdida de señal por insertar la fibra en el conector sea mínima, reduciendo a 0,2dB para los conectores LC y SC que usamos habitualmente. En instalaciones donde la señal esté muy al límite, este tipo de cables de fibra serán necesarios.
  • Cable de fibra conmutable: permite cambiar el sentido de la fibra de manera fácil, sin realizar complicadas operaciones, esto es ideal para en entornos de alta densidad donde tengamos que cambiar muchas fibras. No es necesario herramientas especiales, ni cambiar el conector de fibra entero. Este tipo de fibras se usa habitualmente en redes con continuos cambios, porque tiene una gran versatilidad.
  • Cable de conexión Uniboot: este tipo de cables integran dos fibras en un solo cable, con conectores LC. Esto es ideal en entornos de alta densidad de cables como en un rack de un datacenter, donde tengamos cientos de puertos que usar. Reduce la cantidad de cables en un 50%, porque tenemos 2 fibras en un solo cable, ideal para espacios reducidos.

Fuentes:

https://www.cisco.com/c/es_mx/support/docs/switches/catalyst-pon-series/216230-understand-gpon-technology.html

https://bandaancha.eu/articulos/puede-fibra-realmente-dar-1gb-simetrico-9834

https://bandaancha.eu/articulos/como-despliegue-red-fibra-ftth-gpon-9852

https://www.redeszone.net/tutoriales/redes-cable/cableado-fibra-optica-caracteristicas-tipos-conectores/



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