GPON son las siglas de Gigabit Passive Optical Network, la alternativa a la conmutación Ethernet en redes de campus. GPON reemplaza el diseño tradicional de Ethernet de tres niveles con una red óptica de dos niveles al eliminar los conmutadores Ethernet de acceso y distribución con dispositivos ópticos pasivos. Hoy en RedesZone os vamos a contar todos los secretos técnicos de esta tecnología, la cual hacen uso todos los operadores de fibra óptica en España para llevar la conexión a Internet por fibra hasta los hogares de todos sus clientes.
Vamos a comenzar explicando una serie de conceptos que nos van a servir para comprender mejor cómo funciona esta tecnología.
Las redes GPON están compuestas por diferentes equipos para llevar la conexión a la red y a Internet por la fibra óptica, saber qué es cada equipo y para qué sirve es algo muy importante, a continuación, podéis leer en detalle todos los equipos con los que se trabaja cuando hablamos de GPON.
Red óptica pasiva con capacidad Gigabit (GPON): Estándar para redes ópticas pasivas (PON) publicado por el ITU-T.
Red de distribución óptica (ODN): Son los dispositivos físicos de fibra óptica que distribuyen señales a los usuarios en 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): Son los equipos que se instalan en los usuarios finales (escritorio, teléfonos, etc.) para conectar a la red GPON. Proporcionan la conversión de señal óptica a eléctrica. Las ONT’s también proporcionan cifrado AES a través de la clave ONT.
Divisores – Se utilizan para agregar o multiplexar señales de fibra óptica a un solo cable de fibra óptica ascendente. Por lo general, la proporción más utilizada es 1:32.
Terminal de línea óptica (OLT): Dispositivo que agrega todas las señales ópticas de los ONT en un solo haz de luz multiplexado que luego se convierte en una señal eléctrica, formateada según los estándares de TPE de paquetes Ethernet para el reenvío de Capa 2 o Capa 3.
Multiplexación por división de longitud de onda (WDM): Es la multiplexación por división de longitud de onda (WDM) es una tecnología que multiplexa varias señales portadoras ópticas en una sola fibra óptica utilizando diferentes longitudes de onda (es decir, colores) de luz láser.
Método de encapsulación GEM G-PON (GEM): Es un esquema de transporte de tramas de datos utilizado en sistemas de red óptica pasiva (G-PON) con capacidad gigabit que está orientado a la conexión y que admite la fragmentación de las tramas de datos del usuario en fragmentos de transmisión de tamaño variable.
Fibra a la X (FTTX): FTTX es una generalización para varias configuraciones de implementación de fibra, organizada en dos grupos: FTTP / FTTH / FTTB (Fibra colocada hasta el final local / vivienda / edificio) y FTTC / N (fibra tendida al armario / nodo, con hilos de cobre para completar la conexión).
T-CONT / TCONT: Es el contenedor de transmisión.
OMCC:Es el canal de control y gestión de unidades de red óptica.
OMCI: Es la interfaz de control y gestión de la unidad de red óptica.
PCBd: Es el bloque de control físico aguas abajo.
TDM: Es la multiplexación por división de tiempo.
TDMA: Acceso múltiple por división de tiempo.
Diagrama de Red
En el popular diseño Ethernet tenemos tres niveles principalmente, el núcleo o Core donde están los equipos L3, se encuentran interconectados entre ellos y proporcionan redundancia usando protocolos de enrutamiento dinámico de pasarela interior como OSPF, y también protocolos como VRRP. El nivel de distribución también está formado por equipos L3 y L2, y finalmente tenemos la capa de acceso que son los equipos a los que irán conectados los equipos finales, como los ordenadores, puntos de acceso WiFi, teléfonos IP y demás.
En el diseño GPON encontraremos un total de dos niveles, la OLT es una de las partes más importantes porque será la que se use para interconectar los diferentes equipos, también tenemos los splitters 1:32 que nos permite subdividir la fibra para conectar más usuarios simultáneamente, y, por último, disponemos de una ONT por cada uno de los usuarios. Por supuesto, todos estos equipos son pasivos, como indica el propio nombre de «GPON».
Tal y como habéis visto, el diseño GPON es muy simple pero potente, buena muestra de ello es que nos permitirá conseguir altas velocidades a la red gracias a la fibra, además, es muy barata porque el consumo eléctrico es mínimo.
Resumen de la tecnología
Primero la OLT se conecta al divisor óptico a través de una única fibra óptica, y después el divisor óptico se conectará a las ONU/ ONT. Después GPON adoptará WDM para transmitir datos de diferentes longitudes de onda ascendentes / descendentes sobre el mismo ODN. Las longitudes de onda oscilarán entre 1290-1330 nm en la dirección de subida y de 1480 – 1500 nm en dirección de descarga. Comenzará la transmisión de datos en la dirección de descarga y a su vez en subida a modo de ráfaga en modo TDMA (basado en intervalos de tiempo). Por último, se admitirá la transmisión de multidifusión punto a multipunto (P2MP).
Características de la tecnología GPON
La tecnología GPON lleva años entre nosotros, proporcionándonos velocidades de descarga y subida en nuestros hogares realmente altas, incluso si estamos muy lejos de la OLT principal a la que conecta nuestro ramal de cifra. Ahora vamos a ver las principales características de GPON, para que veáis sus límites y consumo eléctrico.
Límites de GPON
Alcance lógico máximo: 60 km (esta es la distancia máxima gestionada por las capas superiores del sistema (MAC, TC, Ranging), en vista de una futura especificación dependiente de los medios físicos (PMD)).
Distancia máxima de fibra entre los puntos de envío / recepción (S / R) y de recepción / envío (R / S): 20 km.
Distancia máxima de fibra diferencial: 20 km.
Relación de división: restringida por pérdida de ruta, PON con divisores pasivos (división de 16, 32 o 64 vías).
Tasa: 1.24416 Gbps de subida, 2.48832 Gbps de descarga.
Presupuesto energético
Como parte de GPON, se debe tener en cuenta la pérdida de potencia óptica. Esta pérdida se puede introducir de diversas formas, como:
- Pérdida dentro de los divisores.
- Pérdida por km de fibra (aproximadamente 0,35 dB por km para 1310 y 1490 nm).
- Pérdida en empalmes (> 0,2 dB).
- Flexión de fibras.