Propuesta de red de acceso fija de banda ancha en el Reparto Militar José Martí, Santa Clara

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(1)i. UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA, DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES. Propuesta de red de acceso fija de Banda Ancha en el Reparto Militar José Martí, Santa Clara. Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Telemática. Maestría de Telemática. Autor: Ing. Deivy Machado Morales Tutor: Dr. C. Erik Ortiz Guerra. Santa Clara, Cuba, 2016.

(2) ii. UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA, DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES. Propuesta de red de acceso fija de Banda Ancha en el Reparto Militar José Martí, Santa Clara. Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Telemática. Maestría de Telemática Autor: Ing. Deivy Machado Morales e-mail: deivy.machado@etecsa.cu. Tutor: Dr. C. Erik Ortiz Guerra Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones e-mail: erik@uclv.edu.cu. Santa Clara, Cuba, 2016.

(3) iii. PENSAMIENTO. Invertir en conocimientos produce siempre los mejores intereses. Benjamín Franklin (1706-1790) Político, científico e inventor estadounidense..

(4) iv. DEDICATORIA. A mi familia toda, a mi esposa y mis hijos, por su apoyo y comprensión en todo momento. A mis padres por sus enseñanzas y su dedicación hacia nosotros. A mi hermano por ser un ejemplo para mí..

(5) v. AGRADECIMIENTOS. Quisiera expresar mi profundo agradecimiento a todas aquellas personas que han colaborado, de una forma u otra, para hacer posible la realización de este trabajo, en especial…  A mis padres por ser mis guías, por darme su amor y dedicación.  A mi esposa por su apoyo, comprensión y cariño.  A mi tutor y amigo el Doctor en Ciencias Erik Ortiz Guerra por su paciencia y dedicación para lograr la realización de este trabajo.  A mis compañeros de trabajo por su colaboración.  A mis compañeros de postgrado.. A todos gracias..

(6) vi TAREA TÉCNICA 1. La realización de un estudio comparativo de las principales tecnologías de redes fijas de banda ancha existentes en la actualidad. 2. La selección de una tecnología para la realización de una propuesta de red, teniendo en cuenta una serie de parámetros críticos como resistencia ante afectaciones climáticas, costos de implementación y explotación, disponibilidad de proveedores, confiabilidad, desempeño e inmunidad ante las interferencias de la tecnología en cuestión. 3. El diseño de varias propuestas de red fija de banda ancha según la tecnología escogida. 4. La evaluación de factibilidad económica de las propuestas diseñadas y simulación de los casos críticos.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(7) vii. RESUMEN. La red de telecomunicaciones existente en la zona del reparto Militar en José Martí de la ciudad Santa Clara es de nueva creación existiendo lugares donde aún se carece de infraestructura, en el área hay un número considerable de traslados telefónicos pendientes imposibilitando la aceptación de nuevos abonados y la prestación de nuevos servicios. Por tal motivo se analizaron las tecnologías utilizadas anteriormente para el despliegue de redes de banda ancha, demostrándose la imposibilidad de dar respuesta a los requerimientos actuales con dichas tecnologías. En vista de lo anterior se realizó una búsqueda y comparación de las tecnologías existentes en el mercado internacional para el despliegue de una red de banda ancha, que cumpliera con los requerimientos actuales y brindara una adecuada flexibilidad ante expansiones futuras de la red. De todas las tecnologías revisadas la que mejor se adaptaba a los requerimientos del proyecto fue la tecnología GPON, ya que brinda la posibilidad de construir una red de acceso mixta con varias tecnologías (ADSL, ADSL2+, VDSL, VDSL2+, POTS, GPON) de acuerdo al tipo de servicio contratado por el usuario. Tomando como base la tecnología GPON y el equipamiento comercializado por la empresa Huawei se realizaron tres propuestas de diseño de red para dicha zona, donde se analizaron los costos económicos de la implementación de cada una. Se realizó una simulación mediante OptiSystems 7.0 y finalmente una comparación entre los resultados obtenidos con los cálculos teóricos, demostrándose la viabilidad y rendimiento del diseño..

(8) viii. GLOSARIO DE TÉRMINOS ADSL: Asymmetrical digital subscriber line, Línea de suscriptor digital asimétrica. ACL: Access control lists, Listas de control de acceso. APON: ATM Passive optical network, Red óptica pasiva ATM. ATM: Asynchronous Transfer Mode, Modo de transferencia asincrónica. BER: Bit error rate, Razón de bit errados. BPON: Broadband passive optical network, Red óptica pasiva de banda ancha. DSLAM: Digital Subscriber Line Access Multiplexer, Multiplexor de línea de acceso de abonado digital. EPON: Ethernet compatible passive optical network, Red óptica pasiva compatible Ethernet. ETECSA: Empresa de Telecomunicaciones de Cuba SA FAR: Fuerzas Armadas Revolucionarias. FBT: Fused Biconal Taper. FSAN: Full Service Access Network Group, Grupo de red de acceso de servicio completo. FTTB: Fiber To The Building, Fibra hasta el edificio. FTTC: Fiber To The Corner, Fibra hasta la esquina. FTTH: Fiber To The Home, Fibra hasta la casa. FTTN: Fiber To The Node, Fibra hasta el nodo. GPON: Gigabit compatible passive optical Network, Red óptica pasiva compatible Gigabit GPU: Graphics Processing Unit, Unidad procesadora gráfica. IDSL: ISDN digital subscriber line, Línea de suscriptor digital ISDN. IP/MPLS: Internet protocol/Multiprotocol label switching, Protocolo de Internet / Multiprotocolo de conmutación de etiquetas. ISDN: Integrated service digital network, Red digital de servicios integrados..

(9) ix LWP: Low Water Peak. MAC: Medio access control, control de acceso al medio. MAN/WAN: Metropolitan area network/wide area network, Red de área metropolitana/red de área amplia. MSHA: Mining, Saftey & Health Administration MDU: Multi Dwelling Unit, Unidad multiple de usuarios. NEC: National Electric Code. NGPON2: Next generation passive optical network, Próxima generación de redes ópticas pasivas. ODN: Optical Distribution Network, Red de distribución óptica. OLT: Optical Line Terminal, Terminal óptico de línea. ONU: Optical Network Unit, Unidad óptica de red. ONT: Optical Network Terminal, Terminal óptico de red. OTDR: Optical time domain reflectometer. PLC: Planar Lightwave Circuit. POTS: Plain Old Telphone System. RDSI: Redes digitales de servicios integrados. SDSL: Symmetrical digital subscriber line, Línea de suscriptor digital simétrica. SHDSL: Single par highspeed digital subscriber line, Línea de suscriptor digital de alta velocidad por solo par. TDM: Time Division Multiplexing, Multiplexación por división de tiempo. TDMA: Time Division Multiple Access, Acceso múltiple por división de tiempo. UL: Underwriters Laboratory. URA: Unidad Remota de Abonado..

(10) x VDSL: Veryhigh bit rate digital subscriber line, Línea de suscriptor digital con muy alta razón de bit. WDM: Wavelength Division Multiplexing, Multiplexación por división de longitudes de onda. xDSL: Digital Subscriber Line, Línea de suscriptor digital. 10G-EPON: Ethernet compatible 10G PON.

(11) xi TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO .................................................................................................................. iii DEDICATORIA ....................................................................................................................iv AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................... v TAREA TÉCNICA ................................................................................................................vi RESUMEN .......................................................................................................................... vii GLOSARIO DE TÉRMINOS ............................................................................................ viii INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. Tecnologías comerciales para redes fijas de banda ancha ......................... 5. 1.1. Análisis de la red de telecomunicaciones existente en la ciudad Santa Clara ......... 6. 1.2. Problemática existente en la zona del reparto militar en José Martí ........................ 9. 1.3. Descripción de las tecnologías de redes de acceso fijas ........................................ 10. 1.3.1. Tecnología xDSL ............................................................................................ 11. 1.3.2. Tecnología Metro Ethernet ............................................................................. 12. 1.3.3. Tecnología xPON ........................................................................................... 12. 1.4. Tecnologías anteriormente utilizadas por ETECSA para desplegar redes de acceso. de banda ancha en entornos urbanos y demanda de los servicios a nivel internacional. .. 14 1.5. Comparaciones entre las tecnologías de redes de acceso fija de banda ancha ....... 17. 1.6. Consideraciones finales del Capítulo ..................................................................... 17. CAPÍTULO 2. 2.1. Selección de la tecnología a utilizar y su descripción ............................. 19. Arquitectura de las Redes Ópticas Pasivas ............................................................ 19. 2.1.1. Equipo terminal de linea (OLT)...................................................................... 19. 2.1.2. Red óptica de distribución (ODN) .................................................................. 20. 2.1.3. Unidad óptica de red (ONU) / Distribuidor múltiple de usuarios (MDU)...... 21. 2.2.. Topologías de Conexión ........................................................................................ 22.

(12) xii 2.3.. Principio de funcionamiento de las redes xPON.................................................... 23. 2.4.. Modelos de aplicación para redes ópticas pasivas ................................................. 26. 2.5.. Variantes de la tecnología xPON ........................................................................... 27. 2.5.1. APON (ATM Passive Optical Network) ........................................................ 27. 2.5.2. BPON (Red Óptica Pasiva de Banda Ancha) ................................................. 28. 2.5.3. GPON (Gigabit-Compatible PON) ................................................................. 28. 2.5.4. EPON (Ethernet PON) .................................................................................... 29. 2.5.5. 10G-EPON (10G-Ethernet PON) ................................................................... 30. 2.5.6. WDM-xPON (Wavelength Division Multiplexing PON) .............................. 30. 2.5.7. NG-xPON (Next Generation PON) ................................................................ 30. 2.6.. Selección de la tecnología xPON a utilizar ............................................................ 31. 2.6.1 2.7.. Selección de la Clase GPON a utilizar en el diseño ....................................... 32. Consideraciones finales del Capítulo ..................................................................... 33. CAPÍTULO 3. 3.1. Propuestas de diseño y simulación .......................................................... 35. Premisas para el diseño de la red ........................................................................... 35. 3.1.1. OLT ................................................................................................................. 37. 3.1.2. ONT ................................................................................................................ 37. 3.1.3. MDU ............................................................................................................... 38. 3.1.4. Fibra Óptica .................................................................................................... 39. 3.1.5. Divisor óptico (Splitter) .................................................................................. 41. 3.1.6. Gabinetes Outdoor .......................................................................................... 42. 3.2. Diseño físico de la red ............................................................................................ 42. 3.2.1. Selección del OLT .......................................................................................... 42. 3.2.2. Selección del ONT .......................................................................................... 43.

(13) xiii 3.2.3. Selección de la MDU ...................................................................................... 43. 3.2.4. Selección de la Fibra Óptica ........................................................................... 44. 3.2.5. Selección del divisor óptico (splitter) ............................................................. 45. 3.2.6. Selección de los Gabinetes Outdoor ............................................................... 45. 3.3. Variantes de Diseño ............................................................................................... 45. 3.3.1. Primera variante: FTTN .................................................................................. 46. 3.3.2. Segunda variante: FTTH + FTTN .................................................................. 48. 3.3.3. Tercera variante: FTTH .................................................................................. 49. 3.4. Simulación.............................................................................................................. 51. 3.4.1. Selección del software de simulación ............................................................. 51. 3.4.2. Resultados de la simulación ............................................................................ 52. 3.4.3. Comparación de resultados para el usuario más cercano y el más lejano con. los resultados de los cálculos teóricos .......................................................................... 53 3.5. Consideraciones finales del Capítulo. .................................................................... 55. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 57 Conclusiones ..................................................................................................................... 57 Recomendaciones ............................................................................................................. 58 Referencias Bibliográficas .................................................................................................... 59 Anexo I Mapa Reparto Militar en José Martí y ubicación geográfica del OLT. .................. 63 Anexo II OLT Tabla comparativa (Huawei SmartAX 5600T y Alcatel-Lucent 7342) ........ 64 Anexo III ONT Huawei HG8247T ....................................................................................... 65 Anexo IV MDU Huawei MA5616 ....................................................................................... 66 Anexo V Divisor Óptico ....................................................................................................... 67 Anexo VI Cálculos Teóricos................................................................................................. 68 Anexo VII Cables de Fibra Óptica ....................................................................................... 74.

(14) xiv Anexo VIII Umbrales y mediciones en los pares de cobre................................................... 76 Anexo IX Distribución de los divisores ópticos ................................................................... 78 Anexo X Estructuración de la simulación ............................................................................ 81 Anexo XI Procedimientos del Diagrama de Ojo .................................................................. 90.

(15) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Las Redes de Acceso constituyen el último nivel funcional dentro de una red de telecomunicaciones y en este se engloban todos los elementos encargados de llevar los contenidos multimedia hasta el usuario y atender sus peticiones. En los últimos años se han ido desarrollando los estándares y las tecnologías con las que se implementan estas redes para brindar cada vez más velocidad y ancho de banda al usuario final, según la demanda de servicio del mismo. En la ciudad Santa Clara existen zonas residenciales donde no se cuenta aún con una red de acceso instalada por la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A (ETECSA) o la red instalada se encuentra totalmente saturada. Entre las zonas con infraestructura totalmente saturada tenemos a Camacho-Libertad, La Vigía, Escambray, Chamberí, Antón Díaz, Virginia y en la categoría de zonas donde la infraestructura es inexistente tenemos al reparto militar en José Martí. En las zonas con infraestructura totalmente saturada se evidencia en la mayoría de los casos una red de Planta Exterior ocupada a su máxima capacidad sin posibilidad de crecimiento. En las zonas con estas características existe en todos los casos una red de planta exterior rígida, la infraestructura de viviendas es bastante diversa, compuesta por edificios multifamiliares, cuarterías, viviendas convencionales, y con una población bastante heterogénea. En el caso específico del reparto militar José Martí no existe una infraestructura de red de telecomunicaciones consolidada y hay un crecimiento vertiginoso de viviendas en edificios multifamiliares con una población bastante homogénea procedentes de las FAR, por lo que se considera que es más factible utilizar esta zona para proponer el diseño de la red fija de banda ancha y luego a partir de la experiencia adquirida, expandirla al resto del municipio..

(16) INTRODUCCIÓN. 2. Las tecnologías utilizadas con anterioridad por ETECSA para montar sus redes de acceso (POTS, xDSL) a pesar de contar con ventajas claras como tener un personal calificado para desplegarlas o la existencia de proveedores de equipamiento líderes a nivel mundial, cuentan con desventajas que no las hacen aptas para constituir el núcleo de redes de acceso de nueva generación, por las limitaciones en cuanto a ancho de banda y distancia que presentan [1]. Por tales razones se plantea el siguiente problema científico: ¿Cómo dar solución a la problemática existente para lograr acceso a través de la red fija de banda ancha en el Reparto Militar de José Martí en la ciudad Santa Clara? En correspondencia con el problema planteado, se formuló como objetivo general del trabajo: Proponer una red de acceso fija de banda ancha que dé solución a los problemas de conectividad existentes en el Reparto Militar de José Martí en la Ciudad Santa Clara. Para dar cumplimento al objetivo general, se plantean como objetivos específicos: 1. Estudiar la situación actual de la infraestructura de Telecomunicaciones en Santa Clara y las particularidades específicas de la zona donde se quiere implementar la nueva red. 2. Revisar las principales tecnologías existentes en el mercado para el despliegue de redes de acceso fija de banda ancha. 3. Analizar las tecnologías anteriormente utilizadas por ETECSA para el despliegue de estas redes en entornos urbanos, sus ventajas y limitaciones. 4. Diseñar alternativas de una red de acceso fija de banda ancha, realizar un estudio de los costos económicos y simulación. El alcance del presente trabajo presupone dar respuesta a las siguientes interrogantes científicas: 1. ¿Cuáles son las tecnologías anteriormente utilizadas por ETECSA para el despliegue de redes de acceso? 2. ¿Es posible resolver la problemática existente con alguna(s) de las tecnologías anteriormente utilizadas por ETECSA?.

(17) INTRODUCCIÓN. 3.. 3. ¿Cuáles son las características o factores que condicionan la idoneidad de una tecnología sobre otra, para el despliegue de una red de acceso en la ciudad?. 4. ¿Cuáles son las principales tecnologías comerciales disponibles para la implementación de este tipo de redes en zonas urbanas? 5. ¿Cuáles de las tecnologías de redes de acceso fija de banda ancha presentan compatibilidad con las líneas de desarrollo establecidas por ETECSA? 6. ¿Cuáles son las principales características y principios de funcionamiento de la tecnología escogida para las propuestas de diseño? 7. ¿Es factible económicamente el montaje y operación de la red de acceso fija de banda ancha en la zona seleccionada? 8. ¿Las propuestas de red confeccionada dan solución al problema existente? Organización del Informe Este documento se estructura en introducción, capitulario, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos. En el Capítulo 1, “Tecnologías comerciales para redes fijas de banda ancha”, se analiza primeramente la situación actual de la red de telecomunicaciones de ETECSA en la ciudad Santa Clara y específicamente en el reparto Militar de José Martí teniendo en cuenta también las características poblacionales, fundamentándose la imposibilidad de usar las tecnologías anteriormente utilizadas para el despliegue de este tipo de redes a través de cables de cobre, se exponen brevemente las principales características de las tecnologías comerciales disponibles para el montaje de este tipo de redes. En el Capítulo 2, “Selección de la tecnología y su descripción”, se realiza un estudio de las, principales características, principios de funcionamiento y variantes disponibles de la tecnología de redes ópticas pasivas y se selecciona la variante más adecuada para que constituya el núcleo de la red de acceso fija de banda ancha. En el Capítulo 3, “Propuestas de diseño y simulación”, se realizan varias propuestas de diseño de la red de acceso escogiendo entre los dos principales proveedores de ETECSA (Alcatel-Lucent y Huawei) el equipamiento más adecuando para la red. Se realiza un análisis de cada una en base a los costos de la implementación. Se realiza una simulación con los casos más críticos..

(18) INTRODUCCIÓN. 4. En las conclusiones se realiza una comparación entre cada una de las posibles soluciones propuestas y se detallan las ventajas de la tecnología idónea. En las recomendaciones se mencionan aquellos aspectos que puedan enriquecer y perfeccionar el diseño realizado en futuras investigaciones..

(19) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 5. ANCHA. CAPÍTULO 1. Tecnologías comerciales para redes fijas de banda ancha. La Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A. (ETECSA) surge como una necesidad estratégica del gobierno cubano a principios de los años 90 del pasado siglo para la actualización, desarrollo y centralización de los servicios de telecomunicaciones en nuestro país, los cuales anteriormente estaban atendidos por 14 empresas de telecomunicaciones. Esta entidad es la encargada de brindar una gama amplia de servicios en el territorio nacional, entre los que se encuentra: telefonía básica (nacional e internacional), conducción de señales (nacional e internacional), transmisión de datos (nacional e internacional), teletipo (nacional e internacional), telecomunicaciones móviles terrestres, cabinas y estaciones telefónicas públicas, acceso a Internet, telecomunicaciones de valor agregado, radiocomunicación móvil troncalizado y provisión de aplicaciones en entorno Internet. En el año 2015 el país se propuso, entre otras, la meta de lograr el acceso universal de los ciudadanos a los servicios que brindan las redes de banda ancha y el objetivo de alcanzar paulatinamente que la mayoría de los hogares disponga de acceso de banda ancha a Internet [2]. La infraestructura existente en la ciudad Santa Clara resulta insuficiente para asimilar los futuros crecimientos en cuanto al número de clientes tanto de telefonía básica como de datos (incluyendo la incapacidad, en muchos casos, de aumentar el ancho de banda dedicado a datos contratado a un cliente si este lo demandara). En el mercado internacional coexisten una amplia gama de tecnologías alámbricas para el despliegue de redes fijas de banda ancha, en el epígrafe 1.3 se abordarán aquellas que presenten más posibilidades para su implementación en el contexto urbano y estén en concordancia con los planes a largo plazo de la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba..

(20) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 6. ANCHA. 1.1. Análisis de la red de telecomunicaciones existente en la ciudad Santa Clara. Con la creación en 1994 de la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba (ETECSA) S.A, en conjunto con la italiana STET, se dio un importante paso en cuanto a la organización y puesta en funcionamiento de una nueva infraestructura en los servicios de telefonía (fija y móvil) y transmisión de datos. ETECSA dirigió sus principales acciones a la modernización de la obsoleta red de transmisión nacional con la construcción del Sistema Nacional de Transmisión por Fibra Óptica, sustituir el resto del equipamiento obsoleto, y comenzar el proceso para lograr una completa digitalización de la telefonía. ETECSA cuenta con varias redes de transporte implementadas en toda la isla (Red de Cable Coaxial, Red de Enlaces por Microondas y Red de Fibra Óptica). De todas ellas la más utilizada es la Red de Fibra Óptica por el gran ancho de banda que brinda, algunos de los nodos principales de esta red se encuentran en Santa Clara. El nodo de transporte principal de la provincia está situado en la ciudad Santa Clara (Edificio Centro Telefónico Santa Clara, situado cerca del Parque Vidal), formado por varios equipos que se conectan a un anillo a nivel de STM16 a través de los equipos 1850 TSS-100 que se encuentran ubicados en los 3 nodos principales del municipio, el Centro Telefónico, Zona Hospitalaria y Zona Industrial, el cual constituye el núcleo del nodo. La comunicación con los restantes equipos de transporte del municipio se realiza mediante fibra óptica a los siguientes sitios: Universidad Central, Base Aérea, Camacho-Libertad, Zona Hospitalaria, Zona Industrial, los 3 Gabinetes Integrales ubicados en el Condado y el Reparto Militar en José Martí. En la Figura 1.1 se muestra un esquema de la red de transporte del municipio. En la ciudad existe uno de los nodos principales del backbone (llamados comúnmente nodos P) de la red IP/MPLS (Internet protocol/Multiprotocol label switching) nacional, teniendo como núcleo un equipo Huawei Quidway 40x, el cual se encuentra conectado mediante la red de transporte nacional a los nodos de Cienfuegos, Matanzas, Camagüey, Holguín y los existentes en los edificios Luz y Águila en La Habana. Como se muestra en la Figura 1.2, la red de transporte provincial se encuentra conectada a la red IP/MPLS a través de los equipos OSN7500 y el OSN6800 DWDM..

(21) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA ANCHA. Figura 1.1: Esquema de la red de transporte municipal por Fibra Óptica (Creación propia).. Figura 1.2: Enlace de la red SDH del municipio con la Red IP/MPLS (Creación propia).. 7.

(22) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 8. ANCHA. A este equipo Huawei Quidway 40x se encuentran conectados varios routers de borde (PE) encargados de servir como adaptadores de tráfico a los nodos del backbone, a los equipos PE son conectados directamente por fibra óptica los usuarios más grandes (Radiocuba, Universidad Central) o los multiplexores de línea de acceso de abonado digital, DSLAM por sus siglas en inglés (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) a los cuales se conectan los switch a los que posteriormente se conectarán los demás usuarios haciendo uso de módems telefónicos o de tecnología Línea de abonado digital, xDSL por sus siglas en inglés (Digital Subscriber Line). La red metropolitana encargada de brindar los servicios de datos contratados está formada por cinco nodos situados en diferentes puntos de la capital provincial (Universidad Central, Zona Hospitalaria, Camacho-Libertad, Comunidad Base Aérea y Zona Industrial) conectados por fibra óptica al nodo principal, actualmente existen instalados un total de 1059 capacidades para servicios de datos de las cuales: 307 corresponden a capacidades con tecnología SHDSL (Single par highspeed digital subscriber line), 672 corresponden a capacidades con tecnología ADSL (Asymmetrical digital subscriber line) y 80 a módems con tecnología telefónica conmutada. De las capacidades instaladas actualmente solamente están en uso el 47,49% (503 usuarios), dentro de estas más de la mitad (327) corresponden a enlaces con tecnología ADSL. El equipamiento utilizado en la red de datos actual es en su mayoría de procedencia china y francesa-belga, destacando proveedores como AlcatelLucent, Tellindus/One Access, Huawei, TP-Link y SpeedTouch. En cuanto a servicios telefónicos, el municipio Santa Clara cuenta con una central digital Alcatel 1000E10 ubicada en el centro de la ciudad y 5 URAs (Unidad Remota de Abonados) Alcatel-Lucent asociadas ubicadas en la Zona Hospitalaria, Universidad Central, Zona Industrial, Camacho-Libertad y Base Aérea. Además se cuenta con tres Gabinetes Integrales ubicados en áreas de los Concejos Populares Condado Norte y Condado Sur y con 16 Radiobases de la Telefonía Móvil. Esta técnica Alcatel de conmutación de circuitos presenta 42111 líneas telefónicas fijas instaladas de las cuales 38659 están en servicio para un 91,8% de ocupación de la central. Existen además 1087 servicios de telefonía fija alternativa que permite una densidad de.

(23) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 9. ANCHA. 16,8 teléfonos por cada 100 habitantes. En la telefonía pública existen 1597 servicios para una densidad de 6,5 por cada 1000 habitantes. En el caso específico del reparto militar José Martí no existe una infraestructura de red de telecomunicaciones consolidada y hay un crecimiento vertiginoso de viviendas en edificios multifamiliares con una población bastante homogénea procedentes de las FAR. La densidad telefónica en esta zona de la ciudad es de 6 servicios por cada 100 habitantes, valor muy por debajo de la densidad telefónica del municipio en general y se prevé que el crecimiento poblacional aquí continúe en ascenso. 1.2. Problemática existente en la zona del reparto militar en José Martí. El Reparto Militar José Martí se encuentra ubicado en el Concejo Popular del mismo nombre en una zona de la ciudad de crecimiento habitacional entre la Carretera Central y La Autopista Nacional, que no cuenta con una infraestructura de red de telecomunicaciones consolidada. Hasta la actualidad, el reparto militar José Martí está compuesto por 19 manzanas, de las cuales siete están en proceso constructivo y 12 de las mismas ya están terminadas. La Tabla 1.1 muestra la cantidad de apartamentos que hay en cada manzana. Como muestra la Tabla 1.1 en el reparto militar José Martí, hay un total de 1353 viviendas construidas, de estas 480 tienen Servicio Telefónico Básico (STB) por lo que hay una demanda telefónica hasta la actualidad de 663 líneas de teléfonos que sufrirá un aumento considerable una vez que concluya la construcción de dicho reparto y hasta el momento existen solamente 936 capacidades instaladas. En las manzanas 1 hasta la 9 existe una red de cables de cobre de nueva creación donde hay distribuidos 1200 pares telefónicos, el resto de las manzanas no cuenta con ninguna infraestructura de telecomunicaciones..

(24) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 10. ANCHA. Tabla 1.1: Cantidad de apartamentos en el reparto militar José Martí (Creación propia). REPARTO MILITAR JOSE MARTI. TOTAL DE VIVIENDAS. LUGAR. Manzana 1 Manzana 2 Manzana 3 Manzana 4 Manzana 5 Manzana 6 Manzana 7 Manzana 8 Manzana 9 Manzana 10 Manzana 11. VIVIENDAS EXISTENTES FUTURAS 110 139 155 163 80 80 Escuela 66 60 100. Manzana 12. 1.3. Manzana 13. 90. Manzana 14 Manzana 15 Manzana 16 Manzana 17 Manzana 18 Manzana 19 Total. 100. 210 1353. TOTAL. 120. 110 139 155 163 80 80 Escuela 66 60 100 120. 40. 40 90. 20 120 120 120 120 660. 120 120 120 120 120 210 2013. Descripción de las tecnologías de redes de acceso fijas. Las redes fijas o alámbricas son las que permiten una comunicación entre nodos interconectados por medios físicos, generalmente son las más idóneas cuando se necesita trabajar con grandes volúmenes de datos. Los tipos de redes escogidas para su análisis en este epígrafe son: las tecnologías xDSL (xDigital Subscriber Line), tecnología Metro Ethernet, tecnologías de redes ópticas pasivas, xPON por sus siglas en inglés (x-Pasive Optical Network) y G_Fast, destacando las.

(25) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 11. ANCHA. tecnologías que presentan las más altas velocidades, niveles de fiabilidad, seguridad y disponibilidad de proveedores. 1.3.1 Tecnología xDSL En xDSL se agrupan un conjunto de tecnologías que, utilizando códigos de línea y técnicas de modulación adecuados, permiten transmitir regímenes de datos de alta velocidad sobre el par trenzado telefónico. Entre las tecnologías que componen esta familia están: ADSL (Asymmetrical digital subscriber line)con todas sus variantes, SDSL (Symmetrical digital subscriber line), IDSL (ISDN digital subscriber line), HDSL (High bit rate digitalsubscriber line), SHDSL (Single par highspeed digital subscriber line) [3], y VDSL (Veryhigh bit rate digital subscriber line) con todas sus variantes [4]. La principal ventaja que presenta esta tecnología además de las altas tasas de transferencia es la reutilización del cableado telefónico existente, esto se consigue mediante una modulación de las señales de datos en una banda de frecuencias más alta que la utilizada en las conversaciones telefónicas convencionales (300-3400 Hz), función que realiza el enrutador DSL. Para evitar distorsiones en las señales transmitidas, es necesario la instalación de un filtro (llamado splitter o discriminador) que se encarga de separar la señal telefónica convencional de las señales moduladas de la conexión mediante xDSL [5]. La tasa de transmisión de bits de los servicios del cliente xDSL varía normalmente de 256 Kbps hasta 25 Mbps, dependiendo de la tecnología xDSL, condiciones de la línea, y los requerimientos de la calidad de servicio (QoS) [6]. Tabla 1.2: Tabla comparativa entre las diferentes tecnologías xDSL [7]. TECNOLOGÍAS xDSL. Variante xDSL IDSL HDSL SDSL ADSL2+ SHDSL VDSL. Ancho de Banda Ancho de Banda Distancia Bajada (Kbps) Subida (Kbps) Máxima (Km) 56,64,128,144 56,64,128,144 1 2048 2048 2 160– 1024 160– 1024 3 1500– 12000 1000 3 384– 4800 384– 4800 4,8 13000 – 52000 15000 – 52000 1.

(26) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 12. ANCHA. En la Tabla 1.2 se observa, por familias, cómo es el desempeño de estas tecnologías xDSL según el rango de cobertura en kilómetro, así como la velocidad en Mbps para cada distancia. 1.3.2 Tecnología Metro Ethernet Las redes Metro Ethernet, son arquitecturas tecnológicas destinadas a suministrar servicios de conectividad en redes de área metropolitana amplias, por sus siglas en inglés MAN/WAN (Metropolitan area network/wide area network) de nivel 2, a través de nodos Ethernet. Estas redes denominadas "multiservicio", soportan una amplia gama de servicios y aplicaciones, contando con mecanismos donde se incluye soporte a tráfico "RTP" (tiempo real), como puede ser Telefonía IP y Video IP [8]. Estas redes están soportadas principalmente por medios de transmisión guiados, como son el cobre (MAN BUCLE) y la fibra óptica, existiendo también soluciones de radio licenciada, los caudales proporcionados son de 10 Mbps, 20 Mbps, 34 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps y 10 Gbps [9]. Entre los principales beneficios que Metro Ethernet ofrece están la presencia y capilaridad prácticamente "universal" en el ámbito metropolitano, en especial gracias a la disponibilidad de las líneas de cobre, una muy alta fiabilidad, ya que los enlaces de cobre certificados Metro Ethernet, están constituidos por múltiples pares de líneas de cobre (MAN BUCLE) y los enlaces de fibra óptica. Presentan un fácil uso ya que se simplifican las operaciones de red, administración, manejo y actualización. En cuanto a los costos, esta tecnología reduce el capital de suscripción y operación de tres formas: amplio uso ya que se emplean interfaces Ethernet que son las más difundidas para las soluciones de Networking; bajo costo debido a que los servicios Ethernet ofrecen un bajo costo en la administración, operación y funcionamiento de la red; y ancho de banda ya que los servicios Ethernet permiten a los usuarios acceder a conexiones de banda ancha a menor costo [8]. 1.3.3 Tecnología xPON Una red xPON permite eliminar todos los componentes activos existentes entre el servidor y el cliente introduciendo en su lugar componentes ópticos pasivos (divisores ópticos pasivos) para guiar el tráfico por la red [10]..

(27) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 13. ANCHA. La utilización de estos sistemas pasivos reduce considerablemente los costos y son utilizados principalmente en las redes con arquitecturas de fibra hasta la esquina, FTTC por sus siglas en inglés (Fiber To The Corner), fibra hasta el nodo, FTTN por sus siglas en inglés (Fiber To The Node), fibra hasta el edificio, FTTB por sus siglas en inglés (Fiber To The Building) y fibra hasta la casa, FTTH por sus siglas en inglés (Fiber To The Home) [11]. Una red óptica pasiva está formada básicamente por: un terminal óptico de línea, OLT por sus siglas en inglés (Optical Line Terminal) que se encuentra en el nodo central, un divisor óptico (splitter) y varias unidades ópticas de red, ONU por sus siglas en inglés (Optical Network Unit), unidades ópticas terminales, ONT por sus siglas en inglés (Optical Network Terminal) o unidades para múltiples viviendas, MDU por sus siglas en inglés (Multi Dwelling Unit), las dos primeras se ubican en el domicilio del usuario y la última en las cercanías de la vivienda del usuario siendo un punto de distribución hacia las mismas [12]. Dentro de las tecnologías xPON se encuentran agrupadas las variantes: APON (ATM (Asynchronous Transfer Mode) PON), BPON (Broadband PON), GPON (Gigabit compatible PON), EPON (Ethernet compatible PON), 10G-EPON (Ethernet compatible 10G PON) y NGPON2 (Next Generation PON) [13]. Entre las características distintivas de esta tecnología se encuentran: velocidades de transmisión altas (155 Mbps-10 Gbps) tanto en canales ascendentes como descendentes (en dependencia de la configuración simétrica o asimétrica escogida y la variante utilizada), la utilización de métodos de multiplexación por longitudes de onda, WDM por sus siglas en inglés (Wavelength Division Multiplexing), multiplexación por división de tiempo, TDM por sus siglas en inglés (Time Division Multiplexing) o una mezcla de ambos (TDMWDM), la utilización de láseres clase B y C (en dependencia de la variante utilizada) y rangos de cobertura de hasta 20 km [13]. 1.3.4 Tecnología G_Fast En el 2014 se aprobó la nueva norma de la UIT sobre banda ancha concebida para alcanzar velocidades de acceso de hasta 1 Gbps por los cables de cobre existentes, la tecnología G.fast. La norma responde a la necesidad de los proveedores de servicios de complementar.

(28) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 14. ANCHA. las tecnologías de fibra hasta el hogar (FTTH) en situaciones donde la tecnología G.fast constituye una estrategia más rentable [14]. La norma G.fast, junto con la arquitectura de fibra hasta el punto de distribución (FTTdp), combina los mejores aspectos de la fibra y la xDSL. Para distancias de unos 400 metros desde el punto de distribución, G.fast ofrece velocidades similares a la fibra con una autoinstalación por el cliente de xDSL, lo que se traduce en un ahorro de costos para los proveedores de servicio y una mejora de la experiencia para el cliente. G.fast aumentará la viabilidad de servicios que emplean mucho ancho de banda, tales como la TVIP de la próxima generación y la transmisión de ultra alta definición (Ultra-HD) ‘4K’ u ‘8K’, el almacenamiento avanzado en la nube y la comunicación por video HD. La norma atenderá fácilmente las necesidades de acceso en banda ancha de pequeñas y medianas empresas, así como otras aplicaciones previstas tales como la red de conexión (backhaul) para emplazamientos de células pequeñas inalámbricas y zonas de cobertura WiFi. G.fast amplía los incrementos de velocidad proporcionados por la tecnología de vectorización VDSL2 [15], proporcionando a los proveedores de servicios un medio económico de complementar y acelerar los despliegues de fibra hasta el hogar (FTTH) [16]–[18]. 1.4 Tecnologías anteriormente utilizadas por ETECSA para desplegar redes de acceso de banda ancha en entornos urbanos y demanda de los servicios a nivel internacional. Desde mediados de la década del 90 ETECSA oferta servicios de transmisión y conducción de datos a sus usuarios (fundamentalmente empresas o instituciones de relevancia social) mediante redes digitales de servicios integrados (RDSI) o tecnología xDSL. Actualmente en la provincia de Villa Clara existen alrededor de 830 usuarios (algunos de los más relevantes son: CIMEX, MININT, Radio Cuba) que hacen uso de los servicios de transmisión de datos, dichos usuarios se encuentran conectados mediante módems telefónicos (56 Kbps) y módems de tecnología xDSL, usando las variantes ADSL y SHDSL. Los enlaces y equipamientos instalados actualmente en la ciudad no satisfacen la demanda creciente de aumentos en los anchos de banda contratados, ya que una gran parte de estos.

(29) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 15. ANCHA. usuarios hacen uso o brindan servicios que demandan velocidades de transmisión más altas que las contratadas (Acceso a Bases de datos, videoconferencia). Sumado a esto existen un número creciente de clientes potenciales (Red Bancaria, Red Cuba), a los cuales actualmente no se les puede brindar servicio por falta de infraestructura. Además una de las ventajas de la utilización de estas tecnologías es la reutilización de las redes de cables de cobre existentes, elemento este que no es muy beneficioso debido a que la cantidad de viviendas en la ciudad con servicios telefónicos no rebasa el 60%. El país ha trazado una estrategia para el desarrollo de la banda ancha. Es importante definir cuál sería el ancho de banda necesario para soportar los servicios demandados hoy en la sociedad, por ejemplo el ancho de banda promedio de los usuarios en Estados Unidos y Canadá está alrededor de los 12 Mbps. Por otra parte la Unión Europea tiene como objetivo para el 2020 que todos los ciudadanos tengan acceso a unas velocidades de Internet de 30 Mbps o superiores, mientras que Estados Unidos ha redefinido el concepto de banda ancha al incrementar el mínimo de velocidad de 10 Mbps (del 2010) a 25 Mbps como velocidad mínima para que sea considerada de banda ancha. En la Tabla 1.3 se representan las velocidades necesarias de cada servicio de Internet para dos usuarios con características diferentes en cuanto a lo que demandan. Como se puede observar, el ancho de banda necesario para acceder a los servicios de internet con la calidad requerida es al menos 10 Mbps, para la realización de esta investigación se tendrá en cuenta como en ancho de banda mínimo 15 Mbps. Por lo que la opción de brindar servicio a los usuarios, haciendo uso de las soluciones anteriormente utilizadas por ETECSA (POTS (Plain Old Telphone System) y xDSL), para las condiciones actuales de la zona del Reparto Militar en José Martí no resultan adecuadas, debido a que: . Para implementar estas tecnologías sería necesario el despliegue de una red de cables de cobre en toda la zona y no se garantizaría un elevado ancho de banda, ya que la distancia del nodo de transmisión de datos más cercano a los clientes sobrepasa el kilómetro.. . Estas tecnologías aun contando con el equipamiento más moderno disponible en el mercado están limitadas a pequeños anchos de banda por abonado a medida que aumenta la distancia..

(30) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 16. ANCHA. . No sería factible brindarle servicio a abonados que requiriesen anchos de banda mayores a los disponibles con las tecnologías xDSL solamente.. . En el momento en que ETECSA comercialice los servicios de Internet a usuarios residenciales, video bajo demanda y otros servicios de valor agregado (acceso a bases de datos, video vigilancia vía IP, PBX virtual), estas redes no serán capaces de manejar este aumento del tráfico.. Tabla 1.3 Anchos de Banda por servicio para usuarios de diferentes necesidades (Creación propia) MODELO DE ANCHO DE BANDA USUARIO COMÚN USUARIO IMPORTANTE DS BW SERVICIO (Mbps) 6 a 10 HDTV 2a3 SDTV VIDEO 0,512 a LLAMAD 2 A 0,256 a 1 JUEGO 0,1 VOIP HSI. 2a6. US BW (Kbps) 50 50 512 a 2048 256 a 1024 100 521 a 1024. TOTAL BW DS BW (Mbps) SERVICIO (Mbps) 6 a 10 HDTV SDTV 2a3 VIDEO DS: 20 LLAMAD 0,512 a US: A 2 0,512 a 0,256 a 4 JUEGO 1 VOIP 0,1 HSI. US BW (Kbps) 50 50. 10 a 20. 512 a 2048 256 a 1024 100 521 a 1024. TOTAL BW (Mbps). DS: 50 US: 0,512 a 4. Usuario común Ancho de banda entre 10 Mbps y 20 Mbps por usuario Usuario importante Ancho de banda entre 50 Mbps y 100 Mbps por usuario Por tanto surge la necesidad de buscar tecnologías alternativas más flexibles, que brinden al mismo tiempo un aumento considerable en los anchos de banda y en la cantidad de usuarios a los que se les puede brindar servicios y permitan en gran medida reutilizar las redes existentes..

(31) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 17. ANCHA. 1.5 Comparaciones entre las tecnologías de redes de acceso fija de banda ancha De las tecnologías abordadas en el epígrafe 1.3, la que destaca como la alternativa de mayor viabilidad de acuerdo con los requerimientos de ancho de banda, disponibilidad de proveedores, costos de implementación y explotación, seguridad y adaptación a los planes a largo plazo de ETECSA son las redes ópticas pasivas. Las redes xDSL en esta zona no son muy confiables debido a que la distancia que existe desde la central telefónica ubicada en la zona industrial, que es donde se encuentra instalado el nodo de transmisión de datos más cercano, hasta los clientes es superior a 1 Km y no cumplen los pares telefónicos con los requerimientos técnicos de calidad para este tipo de enlaces. La utilización de las redes Metro Ethernet no es factible ya que entre sus ventajas está el uso de una red metropolitana consolidada, algo que no ocurre en la zona propuesta. La tecnología G.fast se torna muy alentadora pero las distancias máximas que pueden alcanzar de 400 m atentan también contra la calidad de los enlaces. Si a los aspectos anteriores agregamos que ya entre la Central existente en la zona del reparto militar en José Martí y el edificio de la Central Telefónica Santa Clara (cito en las inmediaciones del Parque Vidal) se encuentra desplegado un cable de fibra óptica, estaríamos en presencia de un escenario completamente listo para poder desplegar una red multi-servicios de banda ancha empleando la tecnología xPON. Estas redes (xPON) brindan la flexibilidad necesaria para el despliegue de múltiples redes de acceso paralelas en ambientes urbanos, al permitir su integración con otras tecnologías como las POTS o xDSL con lo que se garantiza al mismo tiempo la reutilización de las redes de cobres existentes y un considerable aumento en los anchos de banda y cantidad de abonados. Adicionalmente permite comercializar anchos de banda que van desde los 128 Kbps hasta los 2,5 Gbps, en dependencia del tipo de enlace con que se le brinde acceso al abonado [19]. 1.6 Consideraciones finales del Capítulo El paulatino aumento en los anchos de bandas demandados a la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba (ETECSA) debido a la estrategia del país para el desarrollo de la infraestructura de conectividad de banda ancha a toda la sociedad y la incorporación.

(32) CAPÍTULO 1. TECNOLOGIAS COMERCIALES PARA REDES FIJAS DE BANDA. 18. ANCHA. de nuevos clientes (de servicios de datos y telefonía básica) en la zona del reparto militar en José Martí de la ciudad Santa Clara requiere la implementación de una red de acceso fija de banda ancha fácilmente expandible. Resulta imposible resolver el problema actual con las variantes utilizadas anteriormente por la empresa, por requerimientos de ancho de banda, velocidades de transmisión necesarias e imposibilidad de la incorporación de nuevos usuarios haciendo uso de la tecnología instalada actualmente. De las tecnologías de redes fijas de banda ancha estudiadas resaltan las redes Ópticas Pasivas (xPON), como una de las tecnologías más completas e integradoras debido a sus múltiples ventajas. Se puede realizar su implementación como una red nueva, pero además permite la convergencia con las diferentes tecnologías existentes para de esta forma dar solución a las demandas de ancho de banda y velocidad de transmisión requeridas..

(33) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 19. CAPÍTULO 2. Selección de la tecnología a utilizar y su descripción. Entre las principales ventajas de la tecnología xPON sobre las demás tecnologías están: aumento de la cobertura hasta los 20 Km (desde la central). Ofrecer mayor ancho de banda para los usuarios. Una mejora considerable en la calidad del servicio y simplificación de la red debido a la inmunidad que presentan a los ruidos electromagnéticos. La minimización del despliegue de fibra óptica gracias a su topología, una reducción del consumo eléctrico gracias a la simplificación del equipamiento y bajos costos económicos de operación y mantenimiento. Los dos principales proveedores de equipamiento de ETECSA, Huawei y Alcatel-Lucent comercializan equipos para este tipo de red. 2.1. Arquitectura de las Redes Ópticas Pasivas. Una red óptica pasiva está formada básicamente por: un módulo OLT que se encuentra en el nodo central, un divisor óptico y varias ONU, ONT o MDU que están ubicadas en el domicilio del usuario las dos primeras y la última en las inmediaciones de las viviendas. 2.1.1. Equipo terminal de linea (OLT). Los OLT se clasifican en varios tipos, dependiendo de los estándares que soporten, estos pueden ser: ATM, GEM (Payload Header, Cabecera de Carga útil) y de modo Dual. Este se conecta a la red conmutada mediante interfaces normalizados. En el lado de la distribución, presenta interfaces de acceso ópticos de conformidad con las normas ITU-T G.983 [13] y ITU-T G.984 [20] que estandarizan parámetros de velocidad binaria, balance de potencia, fluctuación de fase. El OLT consta de tres partes principales: la función de interfaz de puerto de servicio, la función de conexión cruzada y la interfaz de red de distribución óptica, ODN por sus siglas en inglés (Optical Distribution Network). En la Figura 2.1 se.

(34) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 20. detalla el esquema de un equipo OLT, así como el diagrama de bloques funcional que lo conforma.. Figura 2.1: Ejemplo de un equipo OLT, así como el diagrama de bloques funcionales (Tomado de [21]). 2.1.2. Red óptica de distribución (ODN). La ODN, como se muestra en la Figura 2.2, comprende los cables de fibras ópticas, conectores ópticos, divisores pasivos, atenuadores ópticos pasivos y empalmes. Esta red es la encargada de conectar un OLT con una o más ONU, ONT o MDU mediante un dispositivo óptico pasivo, usando cajas de empalme o gabinetes. Un elemento principal de esta red es el divisor óptico el cual puede tener razón de división que va desde 1:2 hasta 1:64 según la recomendación UIT-T G.983 [13] (aunque fabricantes como Alcatel-Lucent o Huawei ofertan equipos que soportan divisores ópticos con razones de 1:128). Estos divisores ópticos introducen un grado de atenuación que oscila desde los 7,3 dB hasta los 20,9 dB. Los divisores ópticos son los elementos de la red que permiten la conexión punto a multipunto, permitiendo que las señales ópticas provenientes de una fibra puedan ser multiplexadas o demultiplexadas hacia uno o varios abonados o divisores. Una sola fibra conectada al OLT puede distribuirse y conectar hasta 64 ONU/ONT/MDU diferentes según las recomendaciones [22]..

(35) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 21. Figura 2.2: Esquema típico de una red óptica de distribución (ODN)(Tomado de [23]). 2.1.3 Unidad óptica de red (ONU) / Distribuidor múltiple de usuarios (MDU) Los equipos encargados de realizar la tarea de interfaz entre la ODN y el equipamiento del usuario son la MDU y la ONU. En la Figura 2.3 se muestra un ejemplo de MDU/ONU y se exponen sus bloques constitutivos que son en lo esencial similares entre sí con la única diferencia que el ONU atiende a solo un usuario y el MDU atiende a múltiples usuarios, en principio son los mismos bloques constitutivos funcionales de la OLT. Ya que la ONU/MDU funciona con una única interfaz xPON (o un máximo de dos interfaces con fines de protección), puede omitirse la función de conexión cruzada. Sin embargo, para el manejo del tráfico, en lugar de esta función, se especifica la función MUX y DMUX de servicio..

(36) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 22. Figura 2.3: Ejemplo de MDU/ONU y su diagrama de bloques funcionales típico (Tomado de [24]). 2.2. Topologías de Conexión Debido a sus amplias potencialidades, las tecnologías xPON pueden aplicar varias topologías de conexión que variarán en dependencia de la situación del terreno según se muestra en la Figura 2.4. Las topologías multipunto más utilizadas son: las de árbol, las de bus, las de anillo y las de tronco redundante.. Figura 2.4: Topologías de conexión de las redes xPON más utilizadas (Tomada de [25]). Como se puede apreciar en la Figura 2.4 las redes xPON pueden ser flexiblemente instaladas en cualquiera de estas topologías usando acopladores ópticos y divisores ópticos 1:N. Además, las redes xPON pueden desplegarse en configuraciones redundantes tales como doble anillo o doble árbol; o la redundancia puede ser añadida a una sola parte de la red xPON, es decir tronco del árbol [25]..

(37) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 23. 2.3. Principio de funcionamiento de las redes xPON Una red con arquitectura xPON es una red capaz de ofertar servicios triple play, concepto que engloba a un único usuario a una conexión telefónica, televisión e Internet en un mismo paquete a través de una sola fibra por medio de un esquema de multiplexado por longitud de onda, dividiendo así cada uno de los servicios en una portadora óptica diferente. Todos los datos enviados desde el OLT hacia las MDU/ONU correspondientes a los servicios de voz y datos se envían asociados a la portadora óptica con longitud de onda 1490 nm (canal descendente), mientras que los datos enviados desde las MDU/ONU hacia el OLT son asociados a la portadora óptica con longitud de onda 1310 nm (canal ascendente). Los servicios de video (CATV-RF), se transmiten solamente en canal descendente (OLT-MDU/ONU) asociado a la longitud de onda 1550 nm. Lo descrito anteriormente se detalla en la Figura 2.5.. Figura 2.5: Principio básico de funcionamiento de una red xPON (Tomado de [26]). En canal descendente como se muestra en la Figura 2.6, una red xPON es una red puntomultipunto, donde la OLT transmite los datos a todas las ONU, utilizando un protocolo de difusión. En el momento de recibir los datos cada ONU/MDU filtra los datos recibidos (sólo se queda con aquellos que van dirigidos hacia él) y descifra la información debido a que por el tipo de arquitectura de red para proteger la confidencialidad se utiliza cifrado en la trasmisión de los datos..

(38) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 24. Figura 2.6: Esquema del canal descendente de una red xPON (Tomado de [27]). En canal ascendente una red xPON, como se observa en la Figura 2.7, es una red punto a punto donde las diferentes ONU transmiten contenidos al OLT. Por este motivo es necesario el uso de acceso múltiple por división de tiempo, TDMA por sus siglas en inglés (Time Division Multiple Access) para que cada ONU envíe la información en diferentes instantes de tiempo, controlados por la unidad OLT.. Figura 2.7: Esquema del canal ascendente de una red xPON (Tomado de [27]). Se requiere un control de acceso al medio para evitar colisiones y para distribuir el ancho de banda entre los usuarios. Las redes ópticas pasivas además contemplan el problema de la distancia entre usuario y central; ya que un usuario cercano a la OLT necesita recibir menos potencia de señal para saturar su fotodiodo que un usuario que se encuentre más alejado. Al mismo tiempo, todos los usuarios se sincronizan a través de un proceso conocido como "ranging" el cual se basa en la sincronización entre OLT y ONU/MDU, con la misma.

(39) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 25. referencia temporal, que “sitúa” las distintas ONU/MDU a la misma distancia “virtual” de la OLT, según se ilustra en la Figura 2.8. Este mecanismo se ejecuta de manera automática en la OLT cada cierto período de tiempo de acuerdo a la configuración preestablecida.. Figura 2.8: Esquema del mecanismo de “ranging”. Las redes xPON usan una técnica de multiplexación de longitudes de onda (WDM) que consiste en la transmisión, sobre una misma fibra, de múltiples portadoras ópticas moduladas, ampliando la capacidad de transmisión utilizada en la fibra, ya que se multiplica por el número de canales. En la Figura 2.9 se muestra el esquema básico de un sistema WDM; la información correspondiente a cada canal modula la señal generada por una fuente, que emite a la longitud de onda establecida para dicho canal. Las distintas señales se combinan, antes de introducirlas en la fibra, mediante un multiplexor WDM. Finalmente en el receptor los diferentes canales son separados, demultiplexados [28].. Figura 2.9: Esquema básico de un sistema WDM (Tomado de [29]). Existen dos categorías de los sistemas WDM, la primera es SWDM donde S significa simple y las longitudes de onda de las portadoras se encuentran distanciadas ampliamente..

(40) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 26. Y la segunda es DWDM, donde la D significa densa, y se asocia a un multiplexado compacto y las longitudes de onda de las portadoras se encuentran distanciadas estrechamente. 2.4. Modelos de aplicación para redes ópticas pasivas Las redes de fibra óptica son muy utilizadas en las redes de acceso de última milla, en respuesta al continuo crecimiento en los requerimientos de ancho de banda y la necesidad de entregar servicios triple-play a los usuarios a precios módicos en comparación con otras tecnologías. El acrónimo de los modelos de aplicación FTTx es conocido ampliamente como Fibre-tothe-x, donde x puede denotar distintos destinos. En la Figura 2.10 se observan los distintos modelos de aplicación. La elección de una arquitectura u otra dependerá fundamentalmente de los costos unitarios por usuario final y del tipo de servicios que quiera ofrecer el operador [30].. Figura 2.10: Arquitecturas de aplicación de las redes ópticas pasivas (Tomada de [31]). En una arquitectura FTTB y FTTN, que son los modelos más extendidos a nivel global, el enlace de fibra óptica se establece entre una oficina central y un punto de distribución intermedio, y desde éste se accede a los abonados finales del edifico o de la casa mediante la tecnología VDSL2 (Veryhigh bit-rate Digital Subscriber Line 2) sobre par de cobre. De.

(41) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 27. este modo, el tendido de fibra puede hacerse de forma progresiva, en menos tiempo y con menores costos, reutilizando la infraestructura del abonado [4]. 2.5. Variantes de la tecnología xPON Todas las variantes de la tecnología xPON son utilizadas en redes de banda ancha, teniendo cada una sus particularidades y estándares propios que las definen, en los epígrafes siguientes se profundizará en cada una de ellas. 2.5.1 APON (ATM Passive Optical Network) Fue el primer esquema xPON definido en la recomendación ITU-T G.983.1 en 1998. La recomendación fue inicialmente desarrollada por el grupo FSAN (Full Service Access Network Group), formado por 7 operadores de telecomunicaciones con el objetivo de unificar las especificaciones para el acceso de banda ancha a las viviendas. APON determina un modo de transmisión asíncrono, mediante ráfagas de celdas ATM, como su protocolo de la capa de enlace. Esta variante de la tecnología xPON trabaja en modo asimétrico con una tasa de 622 Mbps en sentido descendente y 155 Mbps en sentido ascendente, y en modo simétrico con una tasa de 155 Mbps tanto ascendente como descendente [32]. La topología en APON es de tipo árbol. El OLT se localiza al final de la ODN, y los usuarios se conectan a través de las ONU. El sistema ofrece tanto configuraciones de fibra hasta la vivienda del usuario (FTTH) como configuraciones de fibra hasta el nodo (FTTN) [32]. Las principales características de esta variante son: . El acceso en sentido ascendente es realizado por medio de técnicas TDM (Time division multiplex) y el protocolo MAC (Medio access control) que proveen una asignación dinámica del ancho de banda disponible.. . Se proporcionan cuatro interfaces ATM de 155 Mbps para el intercambio local.. . Se utiliza la ventana de trasmisión de 1310 nm, para la operación de las ONUs/MDU y la ventana de 1550 nm, para la operación de la OLT.. . La longitud máxima de la fibra entre el OLT y el ONU es de 10 Km..

(42) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. . 28. El enrutamiento de las celdas ATM y el tratamiento de sus cabeceras están basadas en el concepto “circuito virtual”.. . Soporta un máximo de 32 niveles de división.. 2.5.2 BPON (Red Óptica Pasiva de Banda Ancha) Definido por la norma ITU-T G.983 del año 2001, se basan en las redes APON pero con la principal diferencia de que soporta estándares de banda ancha más exigentes que los soportados por APON. Entre las desventajas que presenta están su costo elevado [33]. Algunas características de esta variante son: . Para un tráfico asimétrico, velocidades de 622 Mbps en sentido descendente y 155 Mbps en sentido ascendente.. . Para un tráfico simétrico, una velocidad de 622 Mbps tanto en sentido ascendente como descendente.. . Soporta distancias de hasta 20 km.. . Soporta un máximo de 32 niveles de división.. . Para la transmisión descendente, emplea multiplexación WDM.. . Para la trasmisión ascendente, emplea multiplexación TDM, con tramas divididas en 53 time slots, donde cada ranura contiene una celda ATM.. 2.5.3 GPON (Gigabit-Compatible PON) La UIT-T empezó a trabajar sobre GPON (Gigabit-Compatible PON) en el año 2002. La principal motivación era ofrecer mayor ancho de banda, mayor eficiencia de transporte para servicios IP, y una especificación completa adecuada para ofrecer todo tipo de servicios. GPON está estandarizado en el conjunto de recomendaciones G.984.x (x = 1, 2, 3, 4,5 y 6) de la UIT-T. Ofrece una estructura de trama escalable de 622 Mbps hasta 2,5 Gbps, así como soporte de tasas de bit asimétricas. La velocidad más utilizada por los actuales suministradores de equipos es de 2,5 Gbps en sentido descendente y de 1,25 Gbps en sentido ascendente. La tecnología de GPON es la más utilizada para el despliegue de los servicios de fibra hasta el hogar (FTTH), desplazando a BPON ya que proporciona un ancho de banda mucho mayor en distancias de hasta 20 Km, así como opciones de extensión del protocolo ATM.

(43) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 29. para incluir Ethernet. Sobre ciertas configuraciones se pueden proporcionar hasta 100 Mbps por usuario [25]. El método de encapsulación fundamental que emplea GPON es GEM (GPON Encapsulation Method) que permite soportar cualquier tipo de servicio (Ethernet, TDM, ATM) en un protocolo de transporte sincrónico basado en tramas periódicas de 125 µs. De este modo, no sólo ofrece mayor ancho de banda que sus tecnologías predecesoras, es además mucho más eficiente y permite a los operadores continuar ofreciendo sus servicios tradicionales (voz basada en TDM, líneas alquiladas) sin tener que cambiar los equipos instalados en las dependencias de sus clientes. Además, GPON implementa capacidades de OAM (servicios de administración y mantenimiento) avanzadas, ofreciendo una potente gestión del servicio extremo a extremo. Entre otras funcionalidades incorporadas cabe destacar: monitorización de la tasa de error, alarmas y eventos, descubrimiento y ranging automático. 2.5.4 EPON (Ethernet PON) En Enero de 2001, el IEEE creó un grupo de estudio llamado Ethernet en la última milla (EFM). Este grupo de trabajo generó una nueva especificación de redes ópticas pasivas, denominada Ethernet PON (EPON). Esta nueva arquitectura se diferencia de las anteriores en que no transporta celdas ATM sino directamente tráfico nativo Ethernet. Usa la codificación de línea 8b/10b incluyendo el uso full dúplex de acceso al medio. El principal atractivo que presenta esta tecnología es su evidente optimización para el tráfico IP frente a la clásica ineficiencia de las alternativas basadas en ATM. Además, la interconexión de nodos EPON es mucho más sencilla que la interconexión de APON/BPON, GPON puesto que no requiere arquitecturas complicadas para realizar el transporte de datos [33]. Las ventajas que presenta respecto a los anteriores estándares son: . Trabaja directamente a velocidades de gigabit (que se tiene que dividir entre el número de usuarios).. . La interconexión de islas EPON es más simple.. . La reducción de los costos debido a que no utilizan elementos ATM y SDH..

(44) CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A UTILIZAR Y SU DESCRIPCIÓN. 30. 2.5.5 10G-EPON (10G-Ethernet PON) Definido por la norma IEEE 802.3av, esta tecnología fue desarrollada para garantizar la compatibilidad con las redes EPON existentes en varios países y facilitar altas transferencias, llegando a 10 Gbps, para garantizar la compatibilidad con EPON se utiliza una longitud de onda en sentido descendente por encima de la que se utiliza en EPON para el video, de modo que la señal puede ser recibida por los clientes de la ONU sin la necesidad de la sustitución del dispositivo. En sentido ascendente, una multiplexación en el dominio del tiempo garantiza la coexistencia de 10G-EPON y la actual EPON. Esta variación del estándar xPON puede configurarse para brindar enlaces simétricos, de 10 Gbps en sentido descendente y ascendente o asimétrico, de 10 Gbps en sentido descendente y 1 Gbps en sentido ascendente [34]. 2.5.6 WDM-xPON (Wavelength Division Multiplexing PON) A diferencia de E y G-xPON, WDM-xPON realiza una multiplexación por longitudes de onda, y no una multiplexación por división de tiempo. Los modelos presentados anteriormente utilizan, de cierta manera, una multiplexación por longitud de onda, usando longitudes de onda diferentes para cada dirección del tráfico de datos. Sin embargo, en WDM-xPON cada cliente tiene una longitud de onda reservada para comunicarse con la OLT [28]. 2.5.7 NG-xPON (Next Generation PON) Estas redes son las consideradas de nueva generación (donde todos los servicios son sobre IP) contando con varias arquitecturas como G-xPON, E-xPON y 10G-EPON, las cuales utilizan básicamente TDM y WDM-xPON la cual realiza la distribución de una longitud de onda por suscriptor. El enfoque novedoso de la topología NG-xPON es utilizar un híbrido de TDM y WDM [35]. En el caso específico de NG-PON2 es un estándar de las redes de telecomunicaciones en el año 2015 para una red óptica pasiva. El estándar fue desarrollado por la UIT y detalla una arquitectura capaz de soportar velocidades de transmisión de 40 Gbps, lo que corresponde a un máximo de 10 Gbps de velocidades de transmisión en sentido descendente por cada suscriptor [36]. NG-PON2 es compatible con las redes xPON existentes mediante la sustitución de terminal de línea óptica (OLT) en la oficina central, y la unidad de red óptica (ONU) cerca de cada usuario final. Fue diseñado para incluir.