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Dagoberto Chávez A.
Ingeniería en Telecomunicaciones
Redes de Comunicación
TEL 409
4to Periodo 2015
SEGUNDO PARCIAL
SEGUNDO PARCIALCONTENIDO
1. Multiplexación Por División de Longitud de Onda Densa (DWDM)
2.1 Repaso Fibra Óptica
2.2 Multiplexación por División de
Longitud de Onda.
2.3 Definición y Estructura
2.4 DWDM
2.4 Redes DWDM
2. Redes Ópticas de Transporte. OTN
3.1 Definición y Estructura
3.2 Estándares
3.3 Redes OTN
3. Redes de Acceso
4.1 Definición
4.2 Tipos de Acceso
4. Redes xDSL4.1 Definición. Tipos
4.2 Arquitectura ADSL
5. Redes HFC5.1 Definición
5.2 Arquitectura
6. Redes Ópticas Pasivas. PON6.1 Definición.
6.2 Tipos de Acceso
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DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing
2.DWDM
2.1 Fibra Óptica. Repaso.
2.2 Modulación en Fibra Óptica
2.3 WDM y DWDM
2.4 Redes DWDM
OBJETIVOS: Al final de esta unidad el alumno podrá
explicar el proceso de multiplexación utilizado en las
transmisiones por Fibra Óptica. Describir los tipos
de redes y enumerar las aplicaciones y la tendencia
actual de estos sistemas.
Fibra Óptica Repaso
Utiliza la luz como frecuencia portadora.
Gran capacidad de transmisión (por la posibilidad de
emplear pulsos cortos y bandas de frecuencias
elevadas).
Reducida atenuación de la señal óptica.
Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas.
Cables ópticos de pequeño diámetro, ligeros, flexibles
y de vida media superior a los cables de conductores.
Bajo costo a causa de la abundancia del material básico
empleado en su fabricación (óxido de silicio).
Continuo desarrollo y mejoras.
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Fibra Óptica Repaso
¿Qué es la Fibra Óptica?
La luz como medio de transmisión fue concebido hace
mucho tiempo. Como los espejos que reflejan la luz solar
para enviar señales.
La fibra óptica es un filamento de vidrio (compuestos de
cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), por el
cual viaja un rayo de luz.
El rayo de luz es el que contiene la información a transmitir.
En general, el transmisor óptico de un sistema de
comunicación por fibra óptica está compuesto por un
modulador y una fuente de luz asociada con su circuito
(DRIVER).
Fibra Óptica Repaso
Implementación relativamente larga.
Costo de infraestructura relativamente elevado.
Sujeta a daños físicos.
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n2
n1
n = Índice de refracción
n1 > n2 permite reflexión interna total
Rayo de luz refractado
- Rayo de luz
reflejado
Núcleo
Cubierta
Revestimiento
Ley de Snell
Fibra Óptica Repaso
Monomodo.Mas nuevo
Distancias mayores (120Km)
Mayor capacidad
Mantiene integridad
MultimodoInicialmente usado
Distancias cortas (70 Km)
Menor capacidad
Cristal de revestimiento
Cristal de núcleo
Cristal de revestimiento
Señales de luzSeñales de luz
Fibra Óptica Repaso
Tipos de Fibras
En la actualidad se utilizan dos tipos de Fibras
Ópticas.
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Fibra Óptica MODULACIÓN EN FO
Consiste en “modular” la onda de luz.
Se utilizan dispositivos electrónicos que generan luz.
LEDs. Diodos Emisores de Luz.
Diodos Laser
La modulación óptica puede ser Directa, donde la fuente
de luz es modulada directamente por una inyección de
corriente electrónica, proveniente del circuito “driver”,
O puede ser una modulación Externa, donde la luz es
primero generada por la fuente óptica y después a través de
un modulador externo es modulada.
Siendo la luz como otra onda electromagnética posee una
frecuencia así como una longitud de onda y puede ubicarse
en el espectro electromagnético
Fibra Óptica ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
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Fibra Óptica MODULACIÓN EN FO
Se identifican señales de luz (frecuencias) mas favorables
de transmitir, identificadas como Ventanas: Que son
regiones del espectro donde las características de
transmisión de las fibras se presentan más favorables, por
ejemplo, donde su atenuación es más reducida.
La primera ventana se encuentra centrada alrededor de
850 nanómetros.
Los primeros sistemas de transmisión por fibra operaron
en esta ventana, debido a la disponibilidad de fuentes y
fotodiodos funcionando a esas longitudes de onda.
La constante de atenuación de la fibra en esta ventana es
del orden de 2 a 5 dB/km.
Fibra Óptica MODULACIÓN EN FO
La segunda ventana se ubica cerca de la longitud de
onda de 1310 nm, región de mínima dispersión para las
fibras de salto de índice estándar.
En esta ventana, la fibra posee una constante de
atenuación de unos 0,5 dB/km.
La tercera ventana, o ventana de mínima atenuación (0,2
dB/km), corresponde a las longitudes de onda próximas a
1550 nm.
Las distintas ventanas se han ido descubriendo a medida
que la tecnología láser ha ido avanzando.
Todas las ventanas actualmente utilizadas corresponde a
la zona infrarroja del espectro
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Fibra Óptica MODULACIÓN EN FO
Los últimos desarrollos han sido en a la Tercera Ventana y
se han identificado Bandas (como en las frecuencias)
En la figura se observa el comportamiento de la atenuación
de la FO conforme varía la longitud de onda.
WDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA
CONCEPTO DE WDM
Se diseñó para utilizar la capacidad de alta tasa de datos de
la fibra. Conceptualmente es la misma que FDM, excepto
que involucra señales luminosas de frecuencias muy altas.
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WDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA
Es un sistema de transmisión de fibra óptica multicanal
en el que una fibra transmite una serie de señales en
los canales proporcionados por portadoras ópticas
de diferentes longitud de onda.
Se combinan múltiples haces de luz dentro de una única
luz en el multiplexor.
Combinar y dividir haces de luz se resuelve fácilmente
mediante un Prisma.
Un prisma curva un rayo de luz basándose en el ángulo
de incidencia y la frecuencia.
WDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA
WDM resulta en una optimización de la capacidad de
transmisión de la fibra.
La expansión es mucho más fácil, ya que solo se requiere
el aumento de los transpondedores de luz ; además
existe independencia entre las longitudes de onda de
la portadora óptica.
Se ahorra espacio y energía en las estaciones
intermedias.
Los elementos del sistema WDM básico, son un par de
terminales y un amplificador de línea, y son compartidos
por un número de canales.
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WDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDALas señales monocromáticas
de diferentes λ (λ1, λ2, λ3, …. λn,)
son generadas por láseres
y conducidas por n fibras hasta
el Multiplexor
El multiplexor combina las
señales que le llegan en una
señal poli cromática que se
envía a una sola fibra para
su transmisión.
El demultiplexor separa
las diferentes λ de la señal
policromática para su
correspondiente
procesamiento
WDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA
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WDM El uso de los amplificadores en línea es más económico
que el conocido como Regeneradores 3R (Re-
configuración, Re-programación y Re-generación)
que convierten la señal óptica degradada en eléctrica, la
amplifican y la vuelven a convertir en óptica mediante un
diodo láser, para inyectarla de nuevo en la fibra óptica,
todo un proceso complejo y que introduce retardos
debido a los dispositivos electrónicos por los que ha de
pasar la señal.
Por el contrario un amplificador óptico en el sistema
de línea (amplificador en línea) amplifica las señales
ópticas del canal.
El uso de amplificadores ópticos permite además una
mayor flexibilidad en la tasa de bits transmitidos.
WDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA
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Los primeros sistemas WDM usaron 2 longitudes de onda
centradas en las ventanas de 1310 nm y 1550 nm.
Posteriormente en 2002 el UIT-T, mediante la
Recomendación G-694.2; define C-WDM (Coarse-WDM)
y una Banda Óptica 18 λs entre 1,270 y 1,610 nm con
una guarda entre cada una de 20 nm.
En la figura de la Atenuación se observa que alrededor de
1,400 nm existe una atenuación alta debido a un pico de
absorción. Se fabrican fibras con este pico de absorción
compensado.
WDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA
Luego UIT-T ( Rec. G.692) establece el DWDM (Dense
WDM). Esta Recomendación define y da valores para los
parámetros de las interfaces ópticas de sistemas entre
centrales y de larga distancia con un objetivo de distancia
de 160 km sin amplificadores de línea y con un objetivo
de distancia de 640 km con amplificadores de línea.
La Recomendación G-694.1 define las bandas ópticas de
20 a 40 λ’s, entre 1530 y 1570 nm. Identificada como la
Banda de 1550 nm. Así es posible combinar más canales
reduciendo el espacio entre ellos.
DWDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA DENSA
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Esta Recomendación permite que se puedan conseguir
40, 80, 160 o 320 canales ópticos separados entre si 100
GHz, 50 GHz, 25 GHz o hasta 12.5 GHz respectivamente.
DWDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA DENSA
Este desarrollo tecnológico hizo que se replanteara la
Banda usada de 1530 – 1610 nm, espaciado entre
canales de 0,8 nm y 1,6 nm identificada como la banda C
(1550 nm).
En teoría una FO con DWDM puede alcanzar hasta 1,600
GB/s ( 1.6 TB/s). Cada portadora óptica forma un canal
óptico que es tratado independientemente del resto de
canales que comparten el medio y contener diferente
tipo de trafico.
De esta manera se puede multiplicar el ancho de banda
efectivo de la fibra óptica, así como facilitar
comunicaciones bidireccionales.
DWDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA DENSA
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DWDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA DENSA
Más Colores
DWDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA DENSA
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DWDMMULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE
LONGITUD DE ONDA DENSA
En términos generales las redes DWDM constan de los
siguientes elementos:
Transpondedores
OTM: Multiplexores Ópticos Terminales.
ADMO: Multiplexores Ópticos de Extracción/Inserción
Amplificadores:
de Potencia
Pre Amplificador o Amplificador de Recepción
Amplificador de Línea
DWDMREDES Y EQUIPOS
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DWDMREDES Y EQUIPOS
λ1
λ2
Canales Añadidos
Canales Extraídos
TRANSPONDEDORES
Un transpondedor convierte la señal eléctrica del equipo
terminal en señal óptica y desempeña la función 3R.
Esta señal eléctrica es, por consiguiente, usada para dirigir
un láser DWDM.
Cada transpondedor, convierte está señal "cliente" en una
longitud de onda levemente diferente. Las longitudes de
onda provenientes desde todos los transpondedores de un
sistema son entonces multiplexadas ópticamente.
En la dirección del receptor se efectúa el proceso inverso.
Las longitudes de onda alimentan a un transpondedor
individual, el cual convierte la señal óptica en eléctrica y
conduce una interfaz estándar hacia el "cliente“.
DWDMREDES Y EQUIPOS
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TRANSPONDEDORES
Los transpondedores actuales no emiten a una frecuencia
fija, sino que pueden sintonizarse para trabajar con
cualquier longitud de onda.
Esto ha permitido redes ópticas inteligentes, con capacidad
de provisión dinámica del ancho de banda,
encaminamiento, protección y restauración (OTN).
Los transpondedores son los únicos puntos donde se
realiza conversión electroóptica dentro de los sistemas
DWDM, así añaden bytes de sobrecarga (encabezados) que
soportan la gestión y el control del canal óptico, con una
funcionalidad y fiabilidad semejante a la trama SDH.
DWDMREDES Y EQUIPOS
MULTIPLEXORES
Como ya se mencionó, existen multiplexores ópticos que
combinan las diferentes longitudes de Onda.
Estos conforme a su función son instalados sea en
estaciones terminales o en estaciones intermedias.
Conforme a tal función se han desarrollado también
multiplexores ópticos de inserción/extracción (ADMO).
Típicos diagramas de bloques funcional de estos
multiplexores se muestran en las figuras siguientes.
DWDMREDES Y EQUIPOS
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DWDMREDES Y EQUIPOS
DWDMREDES Y EQUIPOS
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AMPLIFICADORES
Los amplificadores tradicionalmente empleados en
sistemas DWDM de larga distancia son los amplificadores
de fibra dopada con Erbio o EDFA (Erbium Doped Fiber
Amplifier).
El Erbio es un elemento, perteneciente a las denominadas
“tierras raras”, que cuando es excitado genera luz en el
entorno de la tercera ventana de comunicaciones ópticas.
En un EDFA la señal generada a 980 o 1,480 nm por un
láser de bombeo entra junto a la señal a amplificar, en una
fibra dopada con iones de Erbio, consiguiéndose de esta
manera hasta 125 dB de ganancia.
DWDMREDES Y EQUIPOS
AMPLIFICADORES
Esta luz inyectada estimula a los átomos de Erbio,
produciendo la emisión de luz a 1,550 nm; de modo que
mientras este proceso continúa a lo largo de la fibra, la
señal de entrada al EDFA se vuelve más fuerte.
Las emisiones espontáneas en el EDFA también añaden
ruido a la señal y de trabajar en puntos de ganancia
inadecuados pueden producirse también no linealidades
o interferencias entre los distintos canales.
Cuando se trabaja con canales de 10 Gbps o más, son
necesarias fibras con compensación de dispersión o DCF
(Dispersion Compensation Fiber).
DWDMREDES Y EQUIPOS
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DWDMREDES Y EQUIPOS
Las arquitecturas de redes están basadas en varios
factores:
tipos de aplicaciones y protocolos,
distancia,
utilización y estructura de acceso, y
topologías de redes anteriores.
Por ejemplo, topologías punto-a-punto pueden ser
usadas para conectar puntos de empresas, topología
de anillo para conectar instalaciones Inter.-oficinas y
para acceso residencial, y topologías de malla pueden
ser usadas para conexiones Inter Punto-a-punto y en
backbones.
DWDMARQUITECTURA DE REDES
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REDES PUNTO A PUNTO.
La topología punto-a-punto puede ser implementada con
o sin ADMOs.
Estas redes están caracterizadas por velocidades de
canales de10 a 40 Gbps, alta integridad y confiabilidad
de la señal, y rápida restauración de trayectoria.
En redes de larga distancia, la distancia entre transmisor
y receptor puede ser varios cientos de kilómetros, y el
número de amplificadores requeridos entre ambos
puntos, es típicamente menor que 10. En redes MANs,
los amplificadores no son necesarios frecuentemente.
DWDMARQUITECTURA DE REDES
REDES PUNTO A PUNTO.
La protección en topologías punto-a-punto puede ser
provista en una trayectoria doble.
En los equipos de primera generación, la redundancia es
a nivel del sistema. Trayectorias paralelas conectan
sistemas redundantes a ambos extremos.
En los equipos de segunda generación, la redundancia es
a nivel de tarjeta. Líneas paralelas conectan un solo
sistema en ambos extremos que contienen
transpondedores, multiplexores y CPUs redundantes.
Un esquema de este tipo de topología se puede observar
en la Figura siguiente.
DWDMARQUITECTURA DE REDES
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REDES PUNTO A PUNTO.
DWDMARQUITECTURA DE REDES
REDES EN ANILLO.
Los anillos son las arquitecturas más comunes
encontradas en áreas metropolitanas y en tramos de
unas pocas decenas de kilómetros. La fibra anillo puede
contener sólo cuatro canales de longitudes de onda, y
típicamente menos nodos que canales. El Bit Rate está
en el rango de los 622 Mbps a los 10 Gbps por canal.
Con el uso de ADMOs, los que bajan y suben longitudes
de onda en forma transparente, las arquitecturas de
anillo permiten a los nodos tener acceso a los elementos
de red, tales como routers, switches y servidores, con la
subida y bajada de canales de longitudes de onda en el
dominio óptico.
DWDMARQUITECTURA DE REDES
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REDES EN ANILLO.
Con el incremento en el número de ADMOs, la señal
está sujeta a pérdidas y se pueden requerir
amplificadores.
Para la protección en esta topología se utiliza el
esquema 1+1. Se tiene dos líneas de conexión, la
información se envía por una de ellas. Si este anillo falla,
se conmuta la trayectoria al otro anillo.
Un esquema de esta topología se puede observar en la
Figura siguiente.
DWDMARQUITECTURA DE REDES
REDES EN ANILLO.
DWDMARQUITECTURA DE REDES
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REDES EN MALLA.
La arquitectura de malla se considera el futuro de redes
ópticas.
Como las redes evolucionan, las arquitecturas de anillo y
punto-a-punto tendrían un lugar, pero la malla sería la
topología más robusta.
Este desarrollo sería facilitado por la introducción de los
OxCs (Optical Cross-Connects) y switches configurables,
que en algunos casos reemplazarían, y en otros
complementarían, a los dispositivos DWDM fijos.
Desde el punto de vista del diseño, hay una evolución
desde topologías de punto-a-punto y malla.
DWDMARQUITECTURA DE REDES
REDES EN MALLA.
DWDMARQUITECTURA DE REDES
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REDES EN MALLA.
DWDMARQUITECTURA DE REDES
OTNRedes De Transporte Ópticas
3.OTN
3.1 Fibra Óptica. Repaso.
3.2 Modulación en Fibra Óptica
3.3 WDM y DWDM
3.4 Redes DWDM
OBJETIVOS: Al final de esta unidad el alumno podrá
explicar el proceso de multiplexación utilizado en las
transmisiones por Fibra Óptica. Describir los tipos
de redes y enumerar las aplicaciones y la tendencia
actual de estos sistemas.
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REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS La Red De Transporte Óptica OTN es considerada la
siguiente generación de redes SDH y SONET.
Ofrece capacidades de Tera bits/segundo usando
DWDM.
Las capacidades de las señales clientes también han sido
aumentadas pudiendo manejar velocidades de 1, 2.5, 10 y
40 Gb/s.
Ofrece un transporte transparente a las señales cliente
tanto en bits como en temporización. Multiplexando varios
servicios sobre longitudes de onda.
Las capacidades de OAM han sido mejoradas superando a
SONET y SDH.
REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS
Ofrece esquemas de protección Lineal, en anillo y una
configuración nueva definida como Malla Compartida.
La OTN es una nueva red de transporte de paquetes
totalmente óptica e integrada por una serie de elementos
de red que suministran las funciones de transporte,
multiplexación, enrutamiento, supervisión y protección
contra fallas, a las señales de los clientes que son
procesadas en el dominio óptico.
La OTN es una tecnología estandarizada por la ITU-T en la
Recomendación G.709.
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REDES DE TRANSPORTE ÓPTICAS G.709 define las interfaces de la OTN con relación a la
jerarquía óptica de transporte (Optical Transport Hierarchy
(OTH), el encabezado (OVERHEAD) en redes WDM, la
estructura de las tramas, las tasas de bits y los formatos
para los datos de los clientes.
La OTH combina la multiplexación óptica y eléctrica
bajo un marco común, consta de protocolos estándares
que deben ser capaces de soportar múltiples servicios.
OTN es una arquitectura basada en canales ópticos
trasportados sobre una determinada longitud de onda la cual
es definida por capas.
OTNDESCRIPCIÓN
El enfoque de OTN puede considerarse como:
Envolver digitalmente las señales cliente.
Estas “envolturas” pueden ser monitoreados en tránsito
Este monitoreo implica:
Seguimiento:
Verificación de conectividad
Vigilancia de la conexión: de extremo a extremo, o
en segmentos
Señales de mantenimiento
OTN establece canales de comunicación genéricos,
porque se mantiene en ambiente totalmente óptico
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OTNDESCRIPCIÓN
Canal Óptico
Carga Útil
(Transparente)
Multiplexación OTN
OTNDESCRIPCIÓN
Multiplexación OTN
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OTNARQUITECTURA
La estructura en capas de OTN se compone de Redes
Digitales De Capa De Trayecto (ODU: Optical Channel
Data Unit) y Redes De Capa De Sección (OTU: Optical
Channel Transport Unit).
O
T
N
ODU
Capas Digitales
O
T
HOTU
OCh Capa OCh
Entidades de
Configuración del
Espectro
Entidades de
Gestión de SeñalMedia
Fibra
• OPUk: optical channel payload unit-k
• ODUk: optical channel data unit-k
• OTUk: completely standardized
optical channel transport unit-k
• OTUkV: functionally standardized
Optical channel transport unit-k
• OCh: optical channel with full
functionality
• OChr: optical channel with reduced
functionality
• OMS: optical multiplex section
• OTS: optical transmission section
• OPS: optical physical section
• OTM: optical transport module
ODUk (ODUkP and ODUkT)
OPUk
OTUk OTUkV OTUk OTUkV
OCh OChr
OMSn
OTSnOPSn
IP/MPLS ATM EthernetSTM-N
OTM-0.m
OTM-nr.m
OTM-n.m
OTNARQUITECTURA
La estructura en capas se detalla de la siguiente forma:
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OCCp OCCp OCCp
Carga Útil OCh
ODUk FECOH
OPUkOH
Señal Cliente
Carga Útil OPUkOHOPUk
ODUk
OTUk[V]
OCh
OCG-n.m
OTM-n.m OTSn OH
OMSn OH
OC
Co
OChOH
OC
Co
OC
Co
OMU-n.m
OH
No A
socia
do
OOS
Gestión C
om
ún
de O
H
OT
M-n
.m
Encabezado OTM
(OOS: OTM Overhead Signal)
λn
λOSC
OTNESTRUCTURA DE CONTENCIÓN OTM.n.m
λ2
λ1
“n” es el máximo número de longitudes de onda que se
soportan a la Tasa de Bits más baja que puede
transportar una longitud de onda.
“m” es igual a 1, 2, 3, 12, 23 o 123.
OTS_OH, OMS_OH, OCh_OH and COMMS OH son
campos de información que están contenidos en el OOS.
El Canal Óptico Supervisor (OSC) se usa para transmitir
los OSS.
OTNESTRUCTURA DE CONTENCIÓN
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Separación de canales fijos, irrelevante para la velocidad de la señal.
1 < n ≤ 16; m = 1, 2, 3, 12, 23, or 123
Sin canales de supervisión ópticos
OCCp OCCp OCCp
OCh payload
ODUk FECOH
OPUkOH
Señal Cliente
OPUk payloadOHOPUk
ODUk
OTUk[V]
OChr
OCG-nr.m
OTM-nr.m
OT
M-1
6r.m
OTNESTRUCTURA DE CONTENCIÓN OTM.nr.m
λ1
λ2
λ16
User to network interface (UNI): Interface Usuario-Red
Network node interface (NNI): Interface Nodo-Red
Inter-domain interface (IrDI) : Interface Inter Dominio (Entre Operadores)
Intra-domain interface (IaDI): Interface Intra Dominio (Entre Redes)
Entre equipos provistos por diferentes fabricantes (IrVI)
Dentro de Sub Red de un Fabricante (IaVI)
OTM
UNI
OTM NNI
IaDI-IrVI
OTM NNI
IaDI-IaVI
OTM NNI
IaDI-IaVI
Operador de Red B
Proveedor X Proveedor Y
OTM
NNI
IrDI
Operador de
Red COperador
de Red A
OTNPUERTOS
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Mapeo
Multiplexación
ODTUG3
ODTUG2
OChr
OChr
OChr
OCh
OCh
OCh
OTU3[V]
OTU2[V]
OTU1[V]
Client
signal
Client signal
OPU3ODU3
OCCr
OCCr
OCCr
OCC
OCC
OCC
OCG-nr.m
1 ≤ i+j+k ≤ n
OCG-n.m
1 ≤ i+j+k ≤ n
OPU2ODU2
1OPU1ODU1
OTM-nr.m
OTS, OMS, OCh, COMMSOSC OOS
OTM-n.m
4
1
14
161
11
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
i
j
k
i
j
1
Clie
nt s
ign
al
1
OTM-0.m
k
OTNPROCESO DE MULTIPLEXACIÓN
REDES DE ACCESO
4. REDES DE ACCESO
4.1 Definición de Acceso.
4.2 Tipos de Acceso
4.3 Red de Cobre y X DSL
4.4 Redes HFC
4.5 PON
OBJETIVOS: Al final de esta unidad el alumno podrá
explicar el concepto y utilización de las redes de
acceso; así como describir las características
principales de los diferentes tipos de redes.
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Como se ha mencionado en ocasiones anteriores
mediante las Redes de Acceso, se llega hasta el
usuario final.
En la actualidad y dada la gran cantidad de servicios y
tecnologías ofrecidos a través de los Núcleos (Centrales
Telefónicas, Routers, Switch, etc.) esta forma de llegar
puede hacerse de varias maneras.
No obstante se pueden clasificar en dos grandes grupos:
Redes de Acceso Alámbricas
Redes de Acceso Inalámbricas
Se tratará solamente el caso de redes de Acceso
Alámbricas.
REDES DE ACCESODEFINICIÓN
Como se conoce las redes actuales tienen su base en la
POTS, en la cual se usó redes de acceso constituida por
cables Multipares de cobre.
Por lo tanto, la tradicional Red de Cobre fue la primera
de estas redes.
Conceptualmente se parte con cables de grandes
capacidades y conforme a la ubicación de los usuarios,
abonados o clientes, se van separando las capacidades.
Existen limitaciones físicas y de costos para escoger la
forma de instalación de estos cables.
Es muy difícil técnicamente y muy caro distribuir cables
de capacidades altas de forma aérea, por ejemplo.
REDES DE ACCESOREDES DE COBRE
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LE
Cámaras
Unión de cables
primarios y cambios de
rutas y/o derivaciones
Armario
Unión de Cables
Subterráneos (Primarios)
y Aéreos (secundarios)
Caja
Terminal
Cables Primarios
Alta Capacidad
típicamente de miles
de pares telefónicos
Cables Secundarios
Capacidades menores,
máximo 600 pares
REDES DE ACCESOREDES DE COBRE
Los cables secundarios se van distribuyendo a través
de la ubicación de los clientes.
Se unen mediante cajas de empalme y allí mismo se
pueden derivar cables de menor capacidad.
REDES DE ACCESOREDES DE COBRE
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Las cajas terminales son los puntos a partir del cual se
distribuyen los diversos abonados.
A partir de éstas salen las líneas de acometida (cable de
dos pares) que llevan el servicio telefónico.
REDES DE ACCESOREDES DE COBRE
OPTIMIZACIÓN DE LA RED DE COBRE
La red de cobre fue utilizada por mucho tiempo, sin embargo; con el tiempo sobresalieron sus desventajas:
Costo sumamente elevado.
Dificultad para desarrollar la red de cobre (Tiempo y Dinero).
La competencia abrió campo a nuevas tecnologías.
Necesidad de rápida implementación
Optimización de costos.
Utilización de infraestructura existente.
Existiendo una gran inversión (“cable enterrado”), se buscaron formas de explotarlo.
Una de las primeras formas de optimización, fue el multiplicador de pares.
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MULTIPLICADOR DE PARES
Pero surgen necesidades con otros tipos de tráfico.
El cobre tiene una atenuación muy alta y un ancho de
banda reducido para transmitir datos u otro tipo de
nuevos servicios.
Surgen varias opciones con el objeto de “digitalizar” la
red del abonado.
OPTIMIZACIÓN DE LA RED DE COBRE
Basado
principalmente en
PCM, con
terminales de línea
adecuados para el
cobre.
xDSL
Línea Digital De Abonado de tecnología x
La línea digital de abonado pretende recuperar la red de
cobre para transmitir cualquier tipo de tráfico por esta.
Surgen varias tecnologías con métodos de
aprovechamiento diferente.
Precisamente el prefijo x identifica la tecnología o técnica
utilizada, además de características del servicio.
Es indispensable que a la red de cobre se le de un buen
mantenimiento.
A través de procesos de modulación y multiplexación se
aumenta el ancho de banda del cobre.
xDSL: Digital Subscriber Line
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Servicio DSL Velocidad(es) Longitud max. de bucle (Kms)
Observaciones
ADSL (asimétrica) G.Lite o “sin splitter”.
De 1 a 1.5 Mbps de bajada, de 64 a 384 Kbps de subida
5.5 Basado en codificación de Fase Amplitud Sin Portadora (CAP)
ADSL (asimétrica) G.DMT o “velocidad completa”
De 0.5 a 8 Mbps de bajada, de 64 a 800 Kbps de subida
5.5 Basado en codificación Multi Tonos Discretos (DMT), Requiere un “Splitter” (Divisor) en el local del cliente para separar los tráficos de voz y datos.
RADSL (DSL asimétrica con velocidad adaptable)
De 0.6 a 7 Mbps de bajada, de 128 a 1024 Kbps de subida
7.6 El mismo ancho de banda del ADSL. Ajusta la velocidad sobre la marcha para acoplarse a la calidad de la línea, como un módem analógico.
HDSL (DSL simétrica, de alta velocidad de bitios)
De 0.768 a 1.5 Mbps, (2 Mbps con tres líneas)
3.6 Requiere dos pares de alambres. A menudo utilizada como una alternativa al servicio de E1 (o T1). Se pueden soportar mayores distancias con un repetidor.
SDSL (DSL simétrica) De 384 a 768 Kbps 3.0 El antecesor de HDSL-2. Configuraciones comunes incluyen: 784 Kbps (Codificación de línea 2B1Q) y 400 Kbps (Codificación de línea CAP)
HDSL-2 (simétrica) De 1.5 a 2 Mbps 3.6 El mismo desempeño de HDSL, pero utiliza solo una línea telefónica. Se pueden soportar mayores distancias con un repetidor
ISDL (ISDN – DSL, simétrica)
144 Kbps 5.5 Utiliza la misma codificación de línea 2B1Q de ISDN. Elude la red telefónica congestionada (una gran mejoría). Puede manejar distancias de hasta de 9 Kms con repetidores de señal.
Servicio DSL Velocidad(es) Longitud max. de bucle (Kms)
Observaciones
ADSL (asimétrica) G.Lite o “sin splitter”.
De 1 a 1.5 Mbps de bajada, de 64 a 384 Kbps de subida
5.5 Basado en codificación de Fase Amplitud Sin Portadora (CAP)
ADSL (asimétrica) G.DMT o “velocidad completa”
De 0.5 a 8 Mbps de bajada, de 64 a 800 Kbps de subida
5.5 Basado en codificación Multi Tonos Discretos (DMT), Requiere un “Splitter” (Divisor) en el local del cliente para separar los tráficos de voz y datos.
RADSL (DSL asimétrica con velocidad adaptable)
De 0.6 a 7 Mbps de bajada, de 128 a 1024 Kbps de subida
7.6 El mismo ancho de banda del ADSL. Ajusta la velocidad sobre la marcha para acoplarse a la calidad de la línea, como un módem analógico.
HDSL (DSL simétrica, de alta velocidad de bitios)
De 0.768 a 1.5 Mbps, (2 Mbps con tres líneas)
3.6 Requiere dos pares de alambres. A menudo utilizada como una alternativa al servicio de E1 (o T1). Se pueden soportar mayores distancias con un repetidor.
SDSL (DSL simétrica) De 384 a 768 Kbps 3.0 El antecesor de HDSL-2. Configuraciones comunes incluyen: 784 Kbps (Codificación de línea 2B1Q) y 400 Kbps (Codificación de línea CAP)
HDSL-2 (simétrica) De 1.5 a 2 Mbps 3.6 El mismo desempeño de HDSL, pero utiliza solo una línea telefónica. Se pueden soportar mayores distancias con un repetidor
ISDL (ISDN – DSL, simétrica)
144 Kbps 5.5 Utiliza la misma codificación de línea 2B1Q de ISDN. Elude la red telefónica congestionada (una gran mejoría). Puede manejar distancias de hasta de 9 Kms con repetidores de señal.
xDSL
Servicio DSL Velocidad(es) Longitud max. de bucle (Kms)
Observaciones
ADSL (asimétrica) G.Lite o “sin splitter”.
De 1 a 1.5 Mbps de bajada, de 64 a 384 Kbps de subida
5.5 Basado en codificación de Fase Amplitud Sin Portadora (CAP)
ADSL (asimétrica) G.DMT o “velocidad completa”
De 0.5 a 8 Mbps de bajada, de 64 a 800 Kbps de subida
5.5 Basado en codificación Multi Tonos Discretos (DMT), Requiere un “Splitter” (Divisor) en el local del cliente para separar los tráficos de voz y datos.
RADSL (DSL asimétrica con velocidad adaptable)
De 0.6 a 7 Mbps de bajada, de 128 a 1024 Kbps de subida
7.6 El mismo ancho de banda del ADSL. Ajusta la velocidad sobre la marcha para acoplarse a la calidad de la línea, como un módem analógico.
HDSL (DSL simétrica, de alta velocidad de bitios)
De 0.768 a 1.5 Mbps, (2 Mbps con tres líneas)
3.6 Requiere dos pares de alambres. A menudo utilizada como una alternativa al servicio de E1 (o T1). Se pueden soportar mayores distancias con un repetidor.
SDSL (DSL simétrica) De 384 a 768 Kbps 3.0 El antecesor de HDSL-2. Configuraciones comunes incluyen: 784 Kbps (Codificación de línea 2B1Q) y 400 Kbps (Codificación de línea CAP)
HDSL-2 (simétrica) De 1.5 a 2 Mbps 3.6 El mismo desempeño de HDSL, pero utiliza solo una línea telefónica. Se pueden soportar mayores distancias con un repetidor
ISDL (ISDN – DSL, simétrica)
144 Kbps 5.5 Utiliza la misma codificación de línea 2B1Q de ISDN. Elude la red telefónica congestionada (una gran mejoría). Puede manejar distancias de hasta de 9 Kms con repetidores de señal.
xDSL
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ADSLLÍNEA DIGITAL DE ABONADO
ASIMÉTRICA
Optimizada para aquellos servicios en los que el tráfico
es asimétrico. En una dirección es alto y en la dirección
opuesta es bajo.
Ideal para el servicio de Internet.
Las acometidas hasta los clientes ya están instaladas.
Debe ser un servicio rápido de implementar.
El ancho de banda asignado permite hasta transporte de
señales de TV.
ADSLESPECTRO
4 KHz 20 KHz 1100 KHz
Frecuencia
Am
plitu
d
POTSADSL
Flujo de subida
ADSL
Flujo de bajada
Banda
baja
Banda
alta
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ADSLFORMAS DE PROCESAMIENTO
En ASDL se utilizan principalmente dos técnicas de
modulación para transmitir datos.
CAP (Modulación de fase y amplitud sin portadora) que es
una variante de la tecnología QAM.
Este tipo de modulación fue ampliamente utilizada en los
comienzos de ASDL pero nunca se estandarizó
correctamente.
No existe interoperabilidad entre el hardware de los
distintos fabricantes.
La libertad de escoger proveedores para ampliaciones se
pone en precario.
DMT (Modulación por multitono discreto) Consiste en el
empleo de múltiples portadoras en lugar de sólo una.
Cada portadora se modula por QAM. Cuando arranca el
sistema, debe de haber una comprobación de los niveles en
que se puede modular la señal para que llegue
correctamente a su destino.
Para hacer frente al ruido, se sitúan más datos en las
bajas frecuencias (menos susceptibles al ruido) que en las
altas.
Puede utilizar las técnicas FDM o cancelación de eco para
conseguir un dúplex completo.
ADSLFORMAS DE PROCESAMIENTO
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IP-ATM
PSTN
MDFCentral
POTS
Voz
Datos
Central
ATM
DSLAMOficina
Central
Armario Pedestal
Local decliente
Límite de la
interfaz de red
Máximo 5.5 Kms o
1300 Ohms
Splitter
Para servicio
ADSL
MDF: Bastidor de Distribución Principal
ADSLCONFIGURACIÓN DEL SERVICIO
DSLAM: Digital Subscriber Line Access Multiplexer
SplitterNID
Solo
voz
Tel.
2o. Tel.
MódemADSL
PCVoz y
ADSL
Local delcliente
ADSL “Velocidad completa” G.DMT
ADSLCONFIGURACIÓN DEL SERVICIO
Dispositivo
de Interface
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Las redes de acceso conocidas como HFC son redes
Híbridas de Fibra Óptica y Cable Coaxial.
Surgen como una evolución de las redes de distribución de
televisión por cable.
Las primeras redes de TV ( en algunos países en los 50’s)
fueron concebidas como redes de difusión, un solo sentido.
Al desarrollarse tecnologías como VoCable, o el Internet
mismo, se hace necesario migrar estas redes a redes full
dúplex (los 90’s).
Adelante las necesidades de mayores Anchos de Banda
dan lugar a la introducción de la fibra óptica, en el
“backbone” o red troncal.
REDES DE ACCESOREDES HFC
REDES HFCEVOLUCIÓN Y ESPECTRO
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REDES DE ACCESOREDES HFC
Redes HFCESTRUCTURA
♣CMTS: Cable Modem Termination System ♣HDT: Host Digital Terminal
♣VoD: Video on Demand ♣O/E: Óptico/Eléctrico ♣E/O: Eléctrico/Óptico
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La Cabecera es el centro desde el
que se gobierna todo el sistema. Su
complejidad depende de los
servicios que ha de prestar la red.
En ella se encuentran equipos de
procesamiento de señales y equipos
de comunicación para descarga y
envió de información de toda la red
HFC.
Redes HFCESTRUCTURA
La Red de Distribución es la encargada de la
distribución de señales desde el NODO óptico (ONU)
hasta cada uno de los usuarios de la red, recorriendo
amplificadores de señal, dispositivos de distribución
hasta llegar al cliente final.
NODO OPTICO (ACTIVOS)
FUENTE DE PODER
(ACTIVOS)
AMPLIFICADORES (ACTIVOS)
DIVISORES DE SEÑAL
(PASIVOS)
COAXIAL (PASIVOS)
Redes HFCESTRUCTURA
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Fuentes de Alimentación: Permite el
suministro de potencia a los equipos
activos de la red tales como
Amplificadores, Nodos y la misma fuente,
se alimenta del voltaje 110VAC de la red
eléctrica y un voltaje de 90VAC para que
enciendan y funcionen. Cuenta con un
banco de baterías, que suministra
respaldo en caso falle la energía eléctrica
del sector.
También con un modulo de Gestión que
permite el monitoreo remoto de la fuente
en caso presente alguna alarma.
Redes HFCESTRUCTURA
Amplificadores: Elementos encargados de compensar las
perdidas de señal ocasionadas por el cable coaxial en las
Redes HFC, permiten mantener la ganancia unitaria en el
sistema, es decir que no exista diferencia entre un punto
de la red y otro.
Redes HFCESTRUCTURA
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Dispositivos de Distribución: Para derivar a diferentes
nodos de la red; existen de 7dB, 9dB, 12dB y 16dB, se
usan en red externa para distribución de señal a las
diferentes dimensiones del nodo.
También existen para entregar la señal al cliente final
Redes HFCESTRUCTURA
La FO constituye por ahora el medio de transmisión más
prometedor, con un ancho de banda muy amplio y con
mejores continuas en muy poco tiempo.
Es lógico entonces que las redes de comunicación sigan
desarrollándose en esta dirección y las miras son
acercar la FO tanto como sea posible al cliente.
Así han surgido las tendencias que en el medio se
identifican como:
FTTCab (Fibra al gabinete)
FTTC (Fibra a la acera)
FTTB (Fibra al edificio)
FTTH (Fibra a la casa)
FIBRA ÓPTICAREDES DE ACCESO
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De más está decir que los tres primeros son una realidad
y que ya existen un sinnúmero de redes ópticas que
cumplen con estos requerimientos.
Cuando se trata de grandes clientes o una gran
concentración de clientes, las redes resultan rentables
conforme a los ingresos percibidos.
La incorporación de equipos y dispositivos necesarios
para que las redes funcionen se consideran dentro del
costo del proyecto y por lo tanto la inversión se recupera
conforme a las expectativas de los operadores de
servicio.
Pero que pasa con los hogares ….????
FIBRA ÓPTICAREDES DE ACCESO
Al pensar llevar servicios mediante Fibra óptica hasta los
hogares, plantea el problema del uso de dispositivos
activos (requieren energía y mantenimiento) en puntos
distantes y en grandes cantidades.
El Concepto de Redes Ópticas Pasivas (PON: Passive
Optical Network) pretende abaratar la distribución de la
fibra de forma masiva.
Las redes PON son redes de fibra óptica cuyos
componentes son enteramente pasivos en la red de
distribución y permiten compartir una misma fibra entre
varios usuarios.
Aún se mantienen componentes activos en el nodo u
oficina central y el local del cliente.
REDES ÓPTICAS PASIVASPON
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OLT: Optical Line Terminal
REDES ÓPTICAS PASIVASPON
El OLT (Optical Line Terminal) Es el elemento activo
situado en la central telefónica. De éste parten las fibras
ópticas hacia los 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.
El ONT (Optical Network Terminal) u ONU (Optical
Network Unit) Es el elemento situado en casa del
usuario que termina la fibra óptica y ofrece las interfaces
de usuario.
En realidad el ONT es un caso particular del ONU, ya que el ONU
puede considerarse para varios suscriptores y el ONT para uno solo.
REDES ÓPTICAS PASIVASPON
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El reto ha sido simplificar al máximo el ONT.
Es similar a un Cable Modem usado en CATV. Pero el
reto fue la conversión de la señal óptica.
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 y gigabit ethernet. Se suelen utilizar en
usuarios residenciales y empresas para ofrecer servicios de
conectividad a Internet e IPTV.
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.
REDES ÓPTICAS PASIVASPON
Puesto que su arquitectura es muy simular a la redes
celulares su funcionamiento se ha descrito en esos
términos.
En el Canal Descendente, una red PON es una red
punto-multipunto donde la OLT envía una serie de
contenidos que recibe el divisor y que se encarga de
repartir a todas las unidades ONU (ONT), cuyo objetivo
es el de filtrar y sólo enviar al usuario aquellos
contenidos que vayan dirigidos a él.
En este procedimiento se utiliza TDM para enviar la
información en diferentes instantes de tiempo.
REDES ÓPTICAS PASIVASFUNCIONAMIENTO
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En el Canal Ascendente, en sentido 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 los usuarios se sincronizan a
través de un proceso conocido como "Ranging".
Para que no se produzcan interferencias entre los
contenidos en los canales descendente y ascendente se
utilizan dos longitudes de onda diferentes superpuestas
utilizando técnicas WDM.
REDES ÓPTICAS PASIVASFUNCIONAMIENTO
Al utilizar longitudes de onda diferentes es necesario, por
lo tanto, el uso de filtros ópticos para separarlas
después.
Finalmente, las redes ópticas pasivas contemplan el
problema de la distancia entre usuario y central; de tal
manera, que un usuario cercano a la central necesitará
una potencia menor de la ráfaga de contenidos para no
saturar su fotodiodo, mientras que un usuario lejano
necesitará una potencia más grande.
Esta condición está contemplada dentro de los
desarrollos de la nueva tecnología óptica.
REDES ÓPTICAS PASIVASFUNCIONAMIENTO
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REDES ÓPTICAS PASIVASTIPOS
TIPO DEFINICIÓN y APLICACIÓN
BPON
GPON
Gigabit-Capable PON . Su principal objetivo es ofrecer un ancho de banda
mucho mayor que sus anteriores predecesoras, y lograr una mayor eficiencia
para el transporte de servicios basados en IP. Las velocidades manejadas
por esta tecnología son más altas, ofreciendo hasta 2,488 Gbps y la
posibilidad de tener arquitecturas asimétricas.
GEPON
Gigabit Ethernet PON, Es un sistema diseñado para el uso en las
telecomunicaciones y combina las tecnologías Gigabit Ethernet y Passive
Optical Network. Este sistema facilita en gran medida la llegada con Fibra
hasta los abonados ya que los equipos con los que se accede son más
económicos al usar interfaces Ethernet. Las redes GEPON están distribuidas
así: OLT (Línea Terminal Óptica) los cuales están conectados a las redes IP u
otras por un extremo, luego están las ODN (Redes de Distribución Óptica) de
la cual se desprenden los POS (Splitter Óptico Pasivo), y estos le dan acceso
a los ONU (Unidad de Red Óptica), los cuales brindan el servicio a cada
abonado.
Conforme al desarrollo de esta tecnología y a los servicios
que permite se han definido los siguientes tipos de redes
PON.
APON: Redes Ópticas Pasivas ATM. Definida en la
revisión del estándar de la ITU-T G.983, el cual fue el primer
estándar desarrollado para las redes PON.
BPON: Broadband-PON. Surgió como una mejora de la
tecnología A-PON para integrar y obtener acceso a más
servicios como Ethernet, distribución de video, VPL, y
multiplexación por longitud de onda (WDM) logrando un mayor
ancho de banda. La especificación original G.983.1 de BPON
fue revisada un tiempo después para permitir arquitecturas
asimétricas (155 Mb/s de subida y 622Mb/s de bajada)
REDES ÓPTICAS PASIVASTIPOS
GPON: Gigabit-Capable PON . Su principal objetivo es
ofrecer un ancho de banda mucho mayor que sus anteriores
predecesoras, y lograr una mayor eficiencia para el transporte
de servicios basados en IP. Las velocidades manejadas por
esta tecnología son más altas, ofreciendo hasta 2,488 Gbps y
la posibilidad de tener arquitecturas asimétricas.
GEPON: Gigabit Ethernet PON. Es un sistema diseñado
para el uso en las telecomunicaciones y combina las
tecnologías Gigabit Ethernet y Passive Optical Network. Este
sistema facilita en gran medida la llegada con Fibra hasta los
abonados ya que los equipos con los que se accede son más
económicos al usar interfaces Ethernet. Las redes GEPON
has variado un poco la arquitectura de sus antecesoras