Modelo de diseño de una red GPON en el territorio nacional

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(1)i. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Modelo de diseño de una red GPON en el territorio nacional. Autor: Gustavo Daniel Rodríguez Reyes Tutores: Msc. Humberto Orestes Beceiro García DrC. Vitalio Alfonso Reguera. Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución".

(2) ii. Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(3) iii. PENSAMIENTO. Cuando se es joven, se crea. Cuando se es inteligente, se produce. No se adapta, se innova: la medianía copia; la originalidad se atreve. José Martí.

(4) iv AGRADECIMIENTOS Gracias a mis padres por mostrarme las dificultades del camino y enseñarme a superarlas. Al “father”, que sin ser perfecto es el mejor del mundo y a “mima” que siempre estuvo y estará para ayudarme y guiarme. A Isis que, a pesar de comenzar ahora este camino, ya posee la madurez para aconsejarme y la dicha de tenerme como hermano. A “abue”, ¿recuerdas cuando te comencé a llamar así? La de más paciencia, no me alcanza la vida para retribuirte todo. A mi tía “Tiita” y a Cristian, los más locos pero son indispensables en la familia. No lo olviden nunca. A mi abuela Rosa, que me ha mimado como nadie. A mi abuelo Eduardo, con alma de músico y un corazón enorme. A mi tía Susel, mi prima Yisel y todo el familión de Santiago. A Tony, hermano de toda la vida y el que me ha enseñado a salir de abajo y triunfar. Gracias men… A Daniel, Roimig, Reymi, Raycelín, Migdonio, mi segunda familia… A Roly, Javico, Charly, Sergio, Carlos, Yoe, Yankiel y todos los que, aunque sea una sola vez, compartieron un instante de estudio o un trago en Los Caneyes. Gracias por pasar este tramo conmigo..

(5) v RESUMEN Actualmente en Cuba se ha trabajado poco en el diseño de redes GPON por lo que no se precisan con exactitud los parámetros y criterios necesarios en el mismo. Además, hay escasas investigaciones de este tipo en el ámbito nacional. Este trabajo propone un modelo capaz de realizar el diseño de una red GPON en un escenario del ámbito nacional basándose en las principales consideraciones de diseño implementadas a nivel mundial. Para ello se analizaron los aspectos básicos de la tecnología GPON, se identificaron los parámetros que influyen directamente en el diseño de estas redes y se adaptaron a un caso real del territorio cubano mediante la creación de un modelo matemático que enfatiza la localización de los componentes de la red y la validación en cuanto a presupuesto de potencia. La herramienta obtenida realiza un diseño de red en un escenario real y genera todo un conjunto de datos de gran importancia para futuras innovaciones en el mismo, además de ser adaptable a cualquier otro escenario. También abre las puertas a futuras investigaciones sobre el tema y brinda un punto de partida para el desarrollo de otras aplicaciones similares..

(6) vi. Contenido PENSAMIENTO ................................................................................................................. iii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................ v INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1: GPON con acceso FTTx ........................................................................... 4 1.1 Breve historia de las redes ópticas pasivas .............................................................. 4 1.2 Características de GPON ............................................................................................. 7 1.3 Arquitectura de red de GPON ..................................................................................... 8 1.3.1 OLT ........................................................................................................................... 9 1.3.2 ODN........................................................................................................................ 11 1.3.3 ONU/ONT .............................................................................................................. 12 1.4 Funcionamiento de la red ........................................................................................... 12 1.5 Concepto de FTTx ....................................................................................................... 15 1.6 Asignación de ancho de banda ................................................................................. 16 1.6.1 Usuarios residenciales ........................................................................................ 18 1.6.2 Usuarios de negocios .......................................................................................... 18 1.6.3 Sector público ....................................................................................................... 19 1.7 Conclusiones del capítulo .......................................................................................... 19 CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON ..... 21 2.1 Consideraciones .......................................................................................................... 22 2.1.1 OLT ......................................................................................................................... 22 2.1.2 Red óptica de distribución .................................................................................. 24 2.1.2.1 Splitters........................................................................................................... 24.

(7) vii 2.1.2.2 Tipo de cable ................................................................................................. 27 2.1.2.3 Número de fibras por usuario ..................................................................... 28 2.1.2.4 Tipos de conectores ..................................................................................... 28 2.1.3 Protección.............................................................................................................. 29 2.2 Presupuesto óptico de potencia ................................................................................ 32 2.3 Localización de la OLT ............................................................................................... 35 2.4 Tipos de splitter y su localización ............................................................................. 36 2.5 Conclusiones del capítulo .......................................................................................... 37 CAPÍTULO 3: Propuesta de un modelo para el diseño de redes GPON ................. 39 3.1 Descripción del procedimiento a realizar ................................................................. 39 3.2 Software a utilizar ........................................................................................................ 41 3.3 Pasos del modelo ........................................................................................................ 43 3.3.1 Adquisición de datos............................................................................................ 43 3.3.2 Localización del gabinete ................................................................................... 46 3.3.3 Cálculo de distancias utilizando la métrica de la topología ........................... 48 3.3.3.1 Distancia desde el gabinete hasta el punto de entrada a la red ........... 48 3.3.3.2 Distancia desde el usuario hasta el gabinete ........................................... 50 3.3.4 Validación .............................................................................................................. 51 3.4 Análisis de los resultados de la simulación ............................................................. 52 3.5 Conclusiones parciales ............................................................................................... 57 CONCLUSIONES .............................................................................................................. 59 RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 60 REFERENCIAS .................................................................................................................. 61 ANEXOS .............................................................................................................................. 64.

(8) viii Anexo I: Algoritmo de Dijkstra. ..................................................................................... 64 Anexo II: Método k-means............................................................................................ 65 Anexo III: Conectores SC y LC .................................................................................... 66 Anexo IV: Características de las normas G.652.D, G.657.A y G.657.B ............... 68.

(9) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN La fibra óptica es el medio de transmisión más avanzado y el único capaz de soportar los servicios de nueva generación, como televisión de alta definición. Las ventajas de tener un bucle de abonado de fibra óptica son muchas: mayores anchos de banda, mayores distancias desde la central hasta el abonado, mayor resistencia. a. la. interferencia. electromagnética,. mayor. seguridad, menor. degradación de las señales, etc. Además, la reducción de repetidores y otros dispositivos supondrán menores inversiones iniciales, menor consumo eléctrico, menor espacio, menos puntos de fallo, etc. Los principales operadores de telecomunicaciones del mundo están definiendo avanzadas redes convergentes de banda ancha basadas en IP, que permiten ofrecer más servicios sobre la misma infraestructura, a unos precios cada vez más competitivos. Además de reducir la inversión necesaria en equipamiento de red, esta convergencia trae consigo para los operadores una reducción de la complejidad de la gestión y unos costes operativos más bajos. Entre las tecnologías más interesantes que están permitiendo esta convergencia cabe destacar, en la parte del bucle de abonado, a GPON (Gigabit Passive Optical Network), la tecnología implementada de acceso mediante fibra óptica con arquitectura punto a multipunto más avanzada en la actualidad. En Cuba actualmente se está llevando a cabo un proceso de modernización del sistema de telecomunicaciones. Sin embargo, aún no se han implementado las tecnologías más actuales que se ajusten a la realidad que se vive a nivel mundial aunque ya se están dando los primeros pasos en esa dirección. La inserción de las PON en el ámbito cubano es un objetivo prioritario hoy en día para lograr una distribución de servicios de banda ancha a las empresas y la población en general y la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba (ETECSA). En estos momentos, solamente se ha avanzado en ese sentido en la región de la Cayería Norte, específicamente en zonas de Cayo Coco en la provincia de Ciego de Ávila, donde se prestan éstos servicios de forma limitada a la industria turística. Además, en La Habana se están dando los primeros pasos al realizar pruebas.

(10) INTRODUCCIÓN. 2. piloto en algunas zonas de la ciudad con los usuarios residenciales a los que se les brinda una cuota de 256 kbps de conectividad y también se están realizando proyecciones para extenderse a la zona del Mariel. Sin embargo, estos pasos son insuficientes aún para la consecución del objetivo de actualizarse al nivel que existe hoy en otros países de la región, por lo que es intención de la mencionada empresa el expandir la prestación de los servicios de banda ancha utilizando la tecnología GPON al resto del territorio nacional. Es así que, como consecuencia de no haber implementado redes de gran envergadura, hoy en día no se cuenta con un modelo o algoritmo de diseño de redes GPON ni se precisan con exactitud los parámetros y criterios necesarios. El principal objetivo de este trabajo es:  Proponer un modelo capaz de realizar el diseño de una red GPON en el ámbito nacional basándose en las principales consideraciones de diseño implementadas a nivel mundial. En aras de alcanzar este objetivo, se trazaron los siguientes objetivos específicos: 1.. Analizar los aspectos básicos de la tecnología GPON con acceso FTTx.. 2.. Identificar los principales parámetros que influyen directamente en el. diseño de redes PON y su modificación para un posible caso en un escenario del territorio cubano. 3.. Implementar un modelo que permita realizar el diseño de redes GPON. con énfasis en la localización de los componentes y el presupuesto de potencia designado. Atendiendo a los objetivos antes propuestos, surgen de esta manera algunas interrogantes: 1. ¿Qué topologías se utilizan actualmente en la implementación de una red óptica? ¿Dónde se sitúan los dispositivos? 2. ¿Qué cantidad de clientes pueden ser servidos por un terminal óptico? 3. ¿Cuáles son las distancias de cobertura efectivas en ambientes urbanos y rurales, así como el alcance máximo total? ¿Por qué?.

(11) INTRODUCCIÓN. 3. 4. ¿Qué elementos de la red óptica de distribución introducen mayor cantidad de pérdidas de potencia y qué medidas de diseño se toman para minimizar este factor? 5. ¿Qué herramientas de software nos permiten la creación de un modelo de diseño genérico de una red GPON? 6. ¿Qué método permite el agrupamiento de los usuarios para una mejor distribución del cableado y el cálculo de la distancia del mismo? 7. ¿Qué localidad de Ciego de Ávila presenta mejores condiciones para estructurar un método de diseño de redes GPON? El trabajo queda estructurado de la siguiente manera: Capítulo 1: Se expondrán brevemente las principales características de GPON, así como una breve historia de su desarrollo y el funcionamiento básico. También se tipificará la arquitectura más utilizada y se explicará el concepto de FTTx, así como los servicios de banda ancha que se pueden ofertar a los usuarios con esta tecnología. Capítulo 2: Búsqueda bibliográfica de las normativas técnicas elaboradas por los distintos reguladores que se encargan de la normalización de la tecnología GPON. Igualmente se realizará un análisis de los planeamientos y diseños que se proponen actualmente a nivel mundial, así como las principales consideraciones que se tienen en cuenta. Capítulo 3: Se detallará el procedimiento de cálculo a utilizar y el método en que se prevé que procederá el diseño de la red. Análisis de los resultados obtenidos en la aplicación del método en un caso de estudio real del territorio avileño y su diversificación para la implementación de variantes en otras condiciones. Conclusiones y Recomendaciones Bibliografía y Anexos.

(12) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 4. CAPÍTULO 1: GPON con acceso FTTx En este capítulo se analizarán las principales características de la tecnología GPON, la arquitectura de red que utiliza y los elementos que la componen, las longitudes de onda utilizadas y las diferencias en la transmisión para tramas upstream y downstream. En un segundo momento se aborda el concepto de FTTx, el cual está muy vinculado con las tecnologías PON, así como las consideraciones que se toman para definir clientes de banda ancha y algunos servicios que se le prestan.. 1.1 Breve historia de las redes ópticas pasivas A finales de los años noventa, PON comenzó a ser considerado, tanto por las operadoras como por los suministradores, como una interesante solución para ofrecer acceso de fibra óptica hasta los usuarios residenciales. Su naturaleza punto a multipunto, resultaría en ahorros significativos en la instalación de la fibra óptica y en interfaces ópticos. Además, PON no requiere de dispositivos electrónicos u optoelectrónicos activos para la conexión entre el abonado y el operador y, por lo tanto, supone una inversión y unos costes de mantenimiento considerablemente menores. A medida que la fibra se abarataba y los distintos organismos regulatorios de cada país se interesaban más por las conexiones de redes de fibra óptica, los operadores y fabricantes comenzaron a impulsar las tecnologías PON. En la primavera de 1995 se formó el FSAN (Full Service Access Network) con el fin de promover estándares mediante la definición de un conjunto básico de requerimientos y, de este modo, mejorar la interoperabilidad y reducir el precio de los equipos. Las especificaciones del FSAN, formado por los principales operadores y suministradores de equipos de telecomunicación y medida del mundo, reflejan las necesidades y el consenso de sus miembros. En 1998, APON (ATM PON) fue la primera especificación concebida por el FSAN. APON tuvo un notable éxito en cuanto a despliegue comercial, pero.

(13) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 5. carecía de la capacidad requerida para ofrecer vídeo. Sus velocidades iniciales eran de 155 Mbps, aunque se mejoró posteriormente para soportar hasta 622 Mbps. El protocolo de transmisión se basaba en ATM, lo cual supuso problemas a la hora de adaptar y provisionar servicios, así como baja eficiencia para el transporte de datos. En 2001, el FSAN presenta BPON (Broadband PON), una tecnología que también se basa en ATM, con el problema de costes y complejidad que ello supone, pero introduce una longitud de onda adicional para transportar vídeo RF. Mientras BPON estaba siendo desplegado con un gran éxito en Japón y EEUU, se definían EPON y GPON. EPON (Ethernet PON) era definido en 2004 por el grupo EFM (Ethernet First Mile) del IEEE como la técnica PON de nueva generación que, influenciada por la tecnología Gigabit Ethernet existente, permitía a los suministradores de equipos lanzar rápidamente al mercado equipos de mayores anchos de banda a precios más competitivos. No obstante, EPON carecía de muchas funcionalidades necesarias para el transporte de otros servicios con calidad de operador que daban lugar a soluciones propietarias. Así mismo, la eficiencia de línea es baja debido a una codificación de línea con gran sobrecarga. Unos meses antes que EPON, también en 2004, se terminaba de definir GPON (Gigabit Passive Optical Network) por parte del ITU-T. El estándar incluye varias velocidades de línea hasta 2,488 Gbps, simétrica y asimétrica. Con una menor sobrecarga de codificación y tiempos de guarda menores, el ancho de banda neto de GPON es mucho mayor que el de EPON. Además de transportar tráfico de datos nativo, GPON también es capaz de transportar eficientemente otros servicios. El único problema en el momento de su definición era la mayor complejidad de esta tecnología y de los componentes, que hacían imposible tener productos comerciales en tan poco tiempo como en EPON. Sin embargo, desde el año 2006 este problema está resuelto y ya hay muchos operadores que han comenzado su despliegue..

(14) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 6. Ya en septiembre de 2006, el grupo de desarrollo de IEEE 802.3 formó el 10GEPON Task Force pensando en el desarrollo de 10G EPON. En septiembre de 2009, se le adjuntó la sección 802.3av, la cual estandariza la operación de conexiones EPON a velocidades de 10Gbps en configuraciones simétricas (10Gbps en ambas direcciones) o asimétricas (10Gbps en downstream y 1Gbps en upstream). El objetivo principal para el desarrollo de este estándar fueron los usuarios de edificios residenciales, conocidos en el estándar como Multi Dwelling Units o MDU. Entre otras particularidades, define varios power budgets o presupuestos de potencia denotados como PR (para transferencias simétricas) y PRX (para transferencias asimétricas), donde cada uno es identificado con un número indicando su nivel de potencia. De esta forma, 10 representa un nivel bajo, 20 un nivel medio y 30 un nivel alto. Por otra parte, se hizo énfasis en la compatibilidad con 1G EPON haciendo la superposición de las bandas de transmisión en upstream para 1Gbps y 10Gbps. En 2006, el FSAN en conjunto con la ITU comenzaron a considerar qué sistema sería el siguiente a GPON. Inicialmente, se centraron en el desarrollo de especificaciones adicionales para GPON que permitieran la migración de éste para un sistema futuro aún sin desarrollar. Así surgió la recomendación 984.5, la cual redefinió el plan de espectro para GPON y definió bloques de filtros para prevenir interferencias de longitudes de onda no pertenecientes a GPON. En 2007 el foco de investigación se movió finalmente a la definición de un nuevo sistema, naciendo así en 2010 la recomendación G.987 que detallaba las redes XG-PON (10-Gigabit-capable passive optical networks). Como características principales presentaba 10Gbps en downstream y 2.5Gbps en upstream y empleaba diferentes longitudes de onda buscando coexistir en la misma fibra con antiguos PONs y favorecer la migración de los usuarios de GPON a XG-PON..

(15) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 7. 1.2 Características de GPON El ITU-T (International Telecommunications Union – Telecommunication sector) [www.itu.int] empezó a trabajar sobre GPON en el año 2002. La principal motivación de GPON 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 ITU-T G.984.x. Las primeras recomendaciones aparecieron durante el año 2003 y 2004, y ha habido continuas actualizaciones en años posteriores. 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 GPON es de 2,488 Gbps downstream y de 1,244 Gbps upstream. [1] La red de acceso es la parte de la red del operador más cercana al usuario final, por lo que se caracteriza por la abundancia de protocolos y servicios. El método de encapsulación que emplea GPON es GEM (GPON Encapsulation Method) que permite soportar cualquier tipo de servicio (Ethernet, TDM, datos, etc.) en un protocolo de transporte síncrono basado en tramas periódicas de 125 microsegundos. GEM se basa en el estándar GFP (Generic Framing Procedure) del ITU-T G.7041, con modificaciones menores para optimizarla para las tecnologías PON.. Figura 1.1: Encapsulado trama MAC-GEM-GTC [1]..

(16) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 8. GPON, 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 dedicadas, etc.) sin tener que cambiar los equipos instalados en las dependencias de sus clientes. Además, GPON implementa capacidades de OAM (Operation Administration and Maintenance) 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, etc.. 1.3 Arquitectura de red de GPON La red GPON consta de una OLT (Optical Line Terminal) ubicada en las dependencias del operador y las ONT/ONU (Optical Network Terminal/Unit) en las dependencias de los abonados para FTTx. La OLT consta de varios puertos PON, cada uno soportando hasta 64 divisiones, que es el número utilizado actualmente, aunque en el estándar se plantea que pudiera alcanzar hasta 128 divisiones por puerto. Aunque depende del suministrador, normalmente pueden alojar miles de usuarios, en dependencia del tipo de rack/shelf, la cantidad de puertos por tarjeta, el tipo de equipo terminal y de sus slots de servicio, así como el nivel de división utilizado. La información entre la ONU y la OLT se transporta mediante un cable de fibra óptica. Mediante un pequeño divisor pasivo (splitter), que divide la señal de luz que tiene a su entrada en varias salidas, el tráfico downstream originado en la OLT puede ser distribuido. Puede haber una serie de divisores pasivos m:n donde m puede ser 1 o 2 (en dependencia de si se implementa un respaldo del cable alimentador o feeder) y n toma valores de 2, 4, 8, 16, 32, 64 y 128. Esto es una arquitectura punto a multipunto (P2MP), descrita también como topología en árbol..

(17) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 9. Figura 1.2: Arquitectura punto a multipunto implementada en GPON. [2]. 1.3.1 OLT La OLT es el equipo que interconecta la red ODN (Optical Distribution Network) con las redes de servicio, voz y datos, generalmente a través de una red IP/MPLS mediante los puertos uplink. También se encarga de:  Administrar y sincronizar el tráfico que va hacia las ONU en modalidad TDM.  Gestionar, sincronizar y administrar el tráfico que viene desde las ONU en modo TDMA. Está compuesta por un chasis, ventiladores (fan tray), tarjetas de alimentación, tarjetas de conmutación y control, tarjetas de uplink, y tarjetas de servicios [3]. La interconexión de la ruta principal y respaldo de un splitter primario a la OLT, se hace en puertos distintos, lo cual será ampliado más adelante..

(18) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 10. Figura 1.3: OLT. El número de usuarios de banda ancha que puede atender una OLT viene dado por la siguiente ecuación: # 𝑈𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 = # 𝑇𝑎𝑟𝑗𝑒𝑡𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑆𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠 ∗ 8𝑃𝑢𝑒𝑟𝑡𝑜𝑠/𝑇𝑎𝑟𝑗𝑒𝑡𝑎 ∗ 64𝑈𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠/𝑃𝑢𝑒𝑟𝑡𝑜 Por ejemplo, una OLT de 16 tarjetas de servicios puede atender hasta 8192 usuarios de banda ancha. Téngase en cuenta que aquí se le llama usuario de banda ancha a las 64 ONU/puerto PON mencionadas anteriormente, pero una ONU puede atender lo mismo a un abonado de banda ancha que a un grupo de usuarios con menor ancho de banda, lo cual será explicado más adelante. Como se puede apreciar, esta magnitud puede variar en dependencia del tamaño físico de la OLT y la cantidad de tarjetas de conexión que pueden albergar, aunque está contemplado en [4] el futuro aumento del número de divisiones/puerto a 128, lo cual duplicaría la cantidad actual..

(19) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 11. 1.3.2 ODN La ODN (Red de distribución óptica) corresponde a un anillo de fibra óptica o cable feeder (alimentación) que se conecta a la OLT y le da respaldo a los splitters primarios; y si el nivel de atenuación lo permite, a través de cables de distribución se conectan splitters secundarios para llegar a las ONU a través de una caja de distribución y cables drop o acometida. La ODN está compuesta por los ODF (Optical Distribution Frames), en donde están representadas las fibras, los cables de alimentación (feeder) que están asociados a la ruta principal o de trabajo y la ruta de respaldo o protección, splitters primarios y secundarios con sus cajas de distribución, cables de distribución y por último los cables de acometida (drop cables) que conectan a las ONU. La ODN es pasiva, no tiene elementos activos o energizados, la OLT y las ONU son las encargadas de inyectar las señales ópticas a esta red. [3] El cable de alimentación o feeder corresponde al cable o grupos de cables que interconectan los ODF con los splitter primarios. El cable de distribución corresponde al filamento de fibra óptica que viene luego del splitter primario hasta los gabinetes de distribución donde se encuentran los splitter secundarios o de distribución. Por último, el cable de acometida parte desde los gabinetes de distribución hasta las inmediaciones del usuario final donde se encuentra generalmente una terminal de acceso y luego el usuario final. Los splitters son elementos pasivos que dividen la señal óptica de entrada, splitter primario es aquel donde se realiza la primera división y que puede presentar ruta de respaldo por razones de seguridad y splitter secundario es aquel que carece de ruta de respaldo y está colocado de forma que permita una distribución de la fibra hasta los usuarios..

(20) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 12. 1.3.3 ONU/ONT En [4] se define una ONT como un dispositivo que sirve a un solo suscriptor, mientras que ONU es un término más genérico que representa un dispositivo que sirve a un solo suscriptor o a un grupo de ellos. La ONU convierte la señal óptica de la fibra en una señal eléctrica para que pueda ser recibida por los usuarios tanto por un terminal telefónico, un receptor de TV, una computadora personal, un switch Ethernet o un receptor Wi-Fi. Las ONU pueden estar localizadas tanto en interiores como en exteriores dependiendo del escenario de despliegue PON. Para una ONU situada en exteriores se hace necesario su instalación en gabinetes exteriores u outdoor para protegerla del clima y las variaciones de temperatura.. Figura 1.4: ONU.. 1.4 Funcionamiento de la red En la transmisión tanto upstream como downstream los datos son distribuidos en longitudes de onda distintas para evitar colisiones. Los datos upstream desde la ONU hasta la OLT son agregados por la misma unidad divisora pasiva, que hace las funciones de combinador en la otra dirección del tráfico, lo que permite que el tráfico sea recolectado desde la OLT sobre la misma fibra óptica que envía el tráfico downstream..

(21) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 13. Para el tráfico downstream se realiza una difusión (broadcast) óptica, aunque cada ONU sólo será de capaz de procesar el tráfico que le corresponde. Para el tráfico upstream los protocolos basados en TDMA (Time Division Multiple Access) aseguran la transmisión sin colisiones desde la ONU hasta la OLT. Además, mediante TDMA sólo se transmite cuando lo ordena la OLT, por lo cual, no sufre de la ineficiencia de las tecnologías TDM donde el período temporal para transmitir es fijo e independiente de que se tengan datos o no disponibles.. Figura 1.5: Enlaces upstream y downstream [1]. Una de las características clave de PON es la capacidad de sobresuscripción. Esto permite a los operadores ofrecer a los abonados más tráfico cuando lo necesiten y la red esté con capacidad ociosa, es decir, cuando no haya otros abonados en el mismo PON que están empleando todo su ancho de banda disponible. Esta funcionalidad es denominada asignación dinámica del ancho de banda o DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) [5]. En una red GPON, se asigna una longitud de onda para el tráfico de datos y telefónico downstream (1490 nm) y otra para el tráfico upstream (1310 nm)..

(22) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 14. Además, a través del uso de WDM (Wavelength Division Multiplexing), se asigna una tercera longitud de onda (1550 nm) que está dedicada para el broadcast de vídeo RF. De este modo, el vídeo/TV puede ser ofrecido mediante dos métodos distintos simultáneamente: RF (radio frecuencia) e IPTV. En el primer caso las ONU dispondrán de una salida para vídeo RF coaxial que irá conectada al STB (Set-Top Box) tradicional. Con IPTV la señal de vídeo se transmite sobre el mismo enlace IP como datos para acceso a Internet de banda ancha. El STB conectado al ONT, convertirá de nuevo la cadena de datos en una señal de vídeo. Mediante IPTV y GPON, cuyos equipos incorporan capacidades de QoS y multicast IP avanzadas, los operadores puede ofrecer varios canales de alta calidad de imagen y sonido, incluidos HDTV, así como proporcionar servicios interactivos y personalizados, lo cual no es factible con vídeo RF [1].. Figura 1.6: Acoplador WDM de la OLT y la señal de video [2]..

(23) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 15. 1.5 Concepto de FTTx El acrónimo FTTx es un término genérico para designar cualquier acceso de banda ancha sobre fibra óptica que sustituya total o parcialmente el cobre del bucle de acceso. Se origina como generalización de las distintas configuraciones desplegadas diferenciándose por la última letra que denota los distintos destinos de la fibra. Los más importantes son: FTTH (home), FTTB (building), y FTTN (node). En FTTH, o fibra hasta el hogar, la fibra llega hasta la casa u oficina del abonado. En cambio, en FTTB la fibra termina antes, típicamente en el interior o inmediaciones del edificio de los abonados. En FTTN la fibra termina más lejos de los abonados que en FTTH y FTTB, típicamente en las inmediaciones del barrio. La elección de una arquitectura u otra dependerá fundamentalmente del tipo de servicios que quiera ofrecer el operador (traducido en la asignación de ancho de banda al usuario en sí), la situación del terreno en el que se implementará y el costo de esta implementación. En una arquitectura FTTB y FTTN 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 edificio o de la casa mediante la tecnología xDSL (Digital Suscriber Line). Actualmente se recomienda que, debido a que el despliegue es de pocos cientos de metros en la mayoría de los casos, se utilice para esta etapa final la tecnología VDSL2 (Very high bit-rate Digital Subscriber Line 2) sobre par de cobre, la cual es ideal dada su alta razón de transmisión disponible. De este modo, el tendido de fibra puede hacerse de forma progresiva, en menos tiempo y con menor coste, reutilizando la infraestructura del abonado [1]..

(24) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 16. Figura 1.7: Arquitecturas utilizadas para el acceso de banda ancha en redes ópticas.. 1.6 Asignación de ancho de banda Esta sección presentará con un poco más de detalle el tipo de servicios que las redes FTTx pueden prestar a sus consumidores, lo cual ayudará a tener una visión del ancho de banda que satisfaga todas sus necesidades. Los servicios pueden ser divididos de acuerdo al segmento de mercado correspondiente: . Residencial. . Negocios. . Sector Público. En la tabla 1.1 se presenta la propuesta de los servicios que ETECSA pudiera ofertar para la red fija en el período del 2015 al 2020, agrupados por la velocidad mínima requerida. Algunos de ellos se contemplan en el plan de desarrollo de ETECSA y otros se han incluido por su importancia para el desarrollo económico, político y social del país..

(25) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 17. Aplicaciones. Velocidad mínima. Navegación Web, correo electrónico, redes sociales, descarga de audio y videos de baja calidad, video llamadas.. 256 kbps. Las aplicaciones anteriores, descarga de e-Books, audio y videos de mejor calidad, juegos en línea de baja definición, VoIP, audio en tiempo real.. 512 kbps. Las aplicaciones anteriores, juegos en línea.. 1 Mbps. Las aplicaciones anteriores, video en tiempo real, videoconferencia básica, e-Comercio, música de alta definición, e-Gobierno, e-Salud y e-Educación.. 2 Mbps. Las aplicaciones anteriores, IPTV de alta definición, juegos en línea avanzados, video venta, video asesoramiento, intercambio de archivos de gran volumen, videoconferencias de alta definición.. 10 Mbps. Las aplicaciones anteriores, juegos en línea avanzados sin. 20 Mbps. interrupciones. Las aplicaciones anteriores, video en tiempo real en 3D, juegos en 3D, reuniones virtuales, teletrabajo virtual, telemedicina, manejo remoto.. 50 Mbps. Tabla 1.1: Servicios que se pueden ofertar para la red fija y el ancho de banda que consumen [6]. Los servicios de banda ancha que el usuario podrá contratar dependen de la zona donde resida o trabaje y de los terminales que posea. Por ejemplo, los paquetes para la red fija de 50 Mbps podrán ser ofertados únicamente en los territorios donde haya despliegue de soluciones de fibra óptica como FTTH y FTTB o podrán ser ofertados con VDSL2 Vectoring si la calidad del par de cobre lo permite y el cliente se encuentra cercano a la central [6]..

(26) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 18. 1.6.1 Usuarios residenciales Los servicios prestados típicamente a los usuarios residenciales incluyen: . Telefonía básica (usando VoIP).. . Acceso a Internet.. . IPTV. Un paquete de servicios que incluya los 3 elementos es llamado “triple play”. Usualmente los proveedores de servicios dan a escoger otros servicios como almacenamiento en la web, respaldo de seguridad (online backup) y consejería técnica, entre otros. Un número creciente de usuarios están demandando una conexión fiable de alta seguridad para así acceder a un rango de actividades que incluyen la compra online, el acceso a cuentas bancarias, juegos online, TV a la carta (catch-up TV), etc. Muchas aplicaciones de Internet también requieren de alta razón de upstream. Ejemplos de esto pueden ser la creación de copias de seguridad en sitios online o la realización de video-llamadas.. 1.6.2 Usuarios de negocios Muchas grandes empresas se encuentran actualmente migrando hacia redes montadas en fibra óptica por su mayor ancho de banda (aspecto común a todos los usuarios) y, sobre todo, porque requieren de redes que proporcionen confiabilidad y seguridad, en mayor magnitud que los usuarios residenciales. Como resultado de estos requerimientos especiales, a estas empresas o negocios se les atiende con una infraestructura distinta a la de los usuarios residenciales. Los servicios vinculados a estructuras de nube online son muy demandados últimamente por este sector de consumidores, así como los servicios de videoconferencia y comercio online..

(27) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 19. 1.6.3 Sector público Este sector está comprendido por todos los organismos y establecimientos que presten servicios públicos y exijan una cuota significativa de conectividad debido a sus funciones. Ejemplo de esto son los centros de estudio de cualquier nivel, librerías, hospitales, locales y oficinas de edificios gubernamentales, etc. Todos estos consumidores presentan como características comunes la presencia de un amplio personal interno que reclama cuotas de conectividad para la ejecución de su trabajo, así como la prestación de servicios públicos que necesariamente demanden rapidez de conexión y seguridad para con la información.. 1.7 Conclusiones del capítulo GPON está estandarizado en el conjunto de recomendaciones ITU-T G.984.x, el cual se terminó de definir en el año 2004. Ofrece velocidades de transmisión de 2.5 Gbps para tramas downstream y 1.25 Gbps para tramas upstream. La arquitectura preferida por los fabricantes es la arquitectura P2MP o topología en árbol, donde se transmite la información a través de una red pasiva de fibra óptica entre el terminal de línea (OLT) y los usuarios finales (ONT/ONU) y el tráfico es distribuido mediante splitters ópticos. FTTx es un término genérico que designa cualquier acceso de banda ancha sobre fibra óptica que sustituya total o parcialmente el cobre del bucle de acceso. Los más utilizados son FTTH, FTTB y FTTN, donde FTTH es el que marca las perspectivas de desarrollo futuro al llevar la fibra hasta el cliente final. Para definir la asignación de ancho de banda que se le otorgará a un cliente, se han de analizar el tipo de servicios que exigirá ese cliente. ETECSA tiene contemplado para este quinquenio un plan de servicios que exigen anchos de banda desde 256 kbps hasta 50 Mbps. Para usuarios residenciales normales se estima que 10 Mbps sea suficiente para cubrir servicios como triple-play, juegos online, etc, mientras que para usuarios de negocios y el sector público se.

(28) CAPÍTULO 1. GPON con acceso FTTx. 20. establece un ancho de banda de 50 Mbps con énfasis en la seguridad y confiabilidad..

(29) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 21. CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON En el capítulo anterior se mostraba una breve panorámica de la tecnología GPON, así como conceptos y términos básicos a tener en cuenta. En la provincia de Ciego de Ávila, a excepción de la cabecera provincial y el municipio de Morón, todos los municipios tienen pocas decenas de miles de habitantes, de los cuales una cantidad significativa se encuentra en zonas rurales lejos de las cabeceras municipales. Municipio. Población. Chambas. 39 085. Morón. 64 661. Bolivia. 16 107. Primero de Enero. 24 412. Ciro Redondo. 29 044. Florencia. 19 351. Majagua. 26 479. Ciego de Ávila. 143 426. Venezuela. 27 102. Baraguá. 32 909. Tabla 2.1: Distribución poblacional en la provincia de Ciego de Ávila (tomado de EcuRed el miércoles 11 de mayo de 2016). Por otra parte, en la cabecera provincial y en Morón se encuentran concentrados una cantidad mucho mayor de habitantes y además se localiza la mayor parte de las empresas e industrias a nivel territorial (en el caso de la cabecera) y el polo turístico Jardines del Rey (en el caso de Morón). Ambos casos presentan mayor complejidad debido a que: 1. Las empresas, industrias y otros tipos de establecimientos habitualmente exigen una cuota de conectividad que excede la de un usuario convencional debido a las necesidades propias del tipo de labor que se.

(30) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 22. realice en ellos y a que comúnmente concentran una gran cantidad de personal (directivos, empleados) que también exige conectividad para realizar sus funciones habituales. 2. El polo turístico Jardines del Rey constituye uno de los principales de su tipo en todo el país y brinda un mayor abanico de servicios y cuotas de conectividad que los otorgados normalmente, además de las distancias que se deben de cubrir y la baja disponibilidad de locales acondicionados para este fin. En el presente capítulo se muestran algunas consideraciones tomadas en el diseño de redes GPON a nivel mundial, así como las recomendaciones de las organizaciones encargadas de su estandarización. Además, se procederá a la elección de un método de diseño tomando en consideración las características propias del escenario cubano.. 2.1 Consideraciones Antes de comenzar el diseño de cualquier red (óptica o no), se toman en cuenta las consideraciones hechas por quien antes haya realizado un diseño similar. En este epígrafe se tomarán en cuenta las consideraciones en el diseño de redes GPON que se han hecho a nivel mundial, así como las recomendaciones y estándares que rigen el mismo. 2.1.1 OLT Para su localización es común la adopción de 3 localizaciones principales, las cuales son recomendadas por la gran mayoría de proveedores de servicios: 1.. Instalada en la Oficina Central.. 2.. Instalación en un gabinete exterior (outdoor).. 3.. Instalación en el sitio de los clientes (customer premises).. Cada una de estas localizaciones presenta ventajas y desventajas lo cual las hace dependientes del tipo de conexión que se quiera establecer..

(31) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 23. Figura 2.1: Posibles localizaciones de la OLT según ZTE [7] El grupo de trabajo de ZTE realizó un análisis de la localización de la OLT en base a algunos parámetros de funcionamiento [7]. Los resultados obtenidos por ellos se muestran en la siguiente tabla: Oficina Central. Gabinete exterior. Sitio de los clientes. Cobertura. Grande. Media. Pequeña. Capacidad. Grande. Pequeña. Media. Expansión. Fácil. Complicada. Media. Costo Inicial. Grande. Depende del. Depende de alquilar el. dueño del terreno. local o construir uno nuevo. Difícil y esparcida. Difícil y esparcida. Complicada. Complicada. OAM Alimentació n. Fácil y Centralizada Fácil. Tabla 2.2: Análisis de la localización de la OLT en base a distintos parámetros [7]. De esta tabla se desprende que el grupo de trabajo de ZTE presenta como mejor opción la localización de la OLT en la Oficina Central, en donde se puede realizar.

(32) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 24. una instalación centralizada que brinde el mejor radio de acceso o cobertura con posibilidades de expansión futura y fácil manejo, administración y alimentación. Por su parte, en [3] realizan un análisis parecido incluyendo una nueva región conocida como el Núcleo de la Oficina Central (Core Central Office) y en la cual se llega a resultados similares obteniendo que la mejor localización para la OLT se encuentra en la Oficina Central donde se alcanza mejor radio de cobertura, fácil operación y mantenimiento y se logra un balance en recursos como conectores, cables de fibra, alimentadores, etc. Otras consideraciones que realiza ZTE con respecto a la OLT son: . A la hora de escoger el mejor radio de acceso, es preferible que cada OLT. le facilite cobertura a más de 10 000 usuarios respetando siempre la asignación inicial de ancho de banda por usuarios. . Se debe seleccionar la OLT para satisfacer el despliegue de FTTH en vez. de sólo para FTTB y FTTN, debido a que FTTH es la tendencia para el futuro. . Para ambientes urbanos es preferible manejar distancias de cobertura de 3. a 5 km, mientras que para ambientes rurales se puede llegar hasta 10 km. . Se recomienda el uso del modelo centralizado y se debe evitar la. instalación de nuevos cuartos de equipamiento. Si de todas formas es necesaria la colocación de un cuarto de equipamiento, éste debe residir preferiblemente en el centro de densidad de usuarios si la distribución de éstos varía grandemente.. 2.1.2 Red óptica de distribución. 2.1.2.1 Splitters Con la localización de los splitters sucede igual que con la localización de las OLT, existen varias recomendaciones que presentan ventajas y desventajas de acuerdo al tipo de conexión que se desee establecer: 1.. Instalación en la Oficina Central..

(33) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 2.. Instalación en un gabinete exterior.. 3.. Instalación en las instancias inmediatas a los usuarios.. 4.. Instalación en registros soterrados.. 25. Figura 2.2: Posibles localizaciones de la OLT según ZTE [7]. Estas distintas localizaciones se traducen en ventajas y desventajas con respecto al tipo de conexión que se desea establecer. A continuación algunas de estas proporcionadas por ZTE [7]: . Splitter en la Oficina Central: usualmente usado en el 1er nivel de splitter. en estructuras de 2 niveles. Es de fácil mantenimiento al estar ubicado en la misma Central pero brinda poca cobertura y requiere de un mayor número de ODFs y un mayor despliegue de FO. . Splitter en registros soterrados: usado en el 1er nivel de splitter en. estructuras de 2 niveles y debido a su instalación subterránea presenta dificultades para su mantenimiento. . Splitter en un gabinete exterior: usado para el 2do nivel de splitter en. configuraciones centralizadas. Es la estructura más flexible y equilibrada y requiere de menor cantidad de gabinetes. . Splitter en la región de acceso: usado para el 2do nivel de splitter en. configuraciones descentralizadas. Debido a su localización resulta en un bajo uso de los puertos PON..

(34) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 26. Para los diferentes modelos de topología GPON planteados, se recomiendan hasta dos niveles de splitter, ya que con la instalación de un 3° nivel aumentan las pérdidas, lo que reduce la longitud de la fibra para no excederse del presupuesto de potencia. Según muchos autores, las pérdidas por splitter constituyen aproximadamente el 74% de las pérdidas totales en la ODN. De esta manera, la razón de división para splitters primarios será baja (2:2, 2:4) con el objetivo de minimizar las pérdidas en un primer momento y posibilitar una mayor distancia de cable de distribución y así cubrir una mayor área. Además, se toma de entrada doble por razones de protección contra fallas debido a la importancia de esta etapa. Por otra parte, para splitter secundarios la razón de división vendrá dada por la cantidad de usuarios a los que se les proporcionará el acceso aunque generalmente se toman altas razones de división (1:16 o 1:32). Desde el punto de vista de las pérdidas, da lo mismo que el splitter esté cercano a la Oficina Central, en la ODN o muy cerca del cliente. Sin embargo, siempre que se pueda, se debe colocar la última de las etapas de división óptica (segundo splitter), lo más cerca posible del cliente a fin de minimizar la cantidad de fibraskilómetro en la ODN, reducir el costo de cables y simplificar su manejo. En caso de tratarse de un edificio de oficinas, el divisor óptico o la última etapa de división óptica, puede colocarse en el subterráneo del edificio. En este caso, se debe alojar el divisor óptico en un gabinete hermético o armario. [8] Otras recomendaciones que establece ZTE [7] para la instalación de los splitters son: . En edificios de comercio (de 4 a 6 pisos) o en usuarios residenciales que. exijan gran ancho de banda (denominados villa-users o high-end users) es recomendable la utilización de 1 nivel centralizado de splitters donde el gabinete puede contener de 5 a 7 splitters para cubrir entre 200 y 300 usuarios. . En edificios altos es preferible 1 nivel no-centralizado de splitters con la. colocación de éstos en la región de acceso en cajas de distribución en el sótano del mismo edificio o en postes en las afueras del mismo. Una caja de distribución puede contener 2 splitters para cubrir no más de 100 usuarios..

(35) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. . 27. En áreas rurales de baja densidad de usuarios se puede considerar un. diseño de 2 niveles para el ahorro de fibra. . En áreas que previamente poseían instalación de fibra (denominadas. brown field) se aconseja un diseño de 2 niveles para ahorrar trazas de fibra. . Si se dispone de un alto Presupuesto Óptico de Potencia se puede. considerar una mayor razón de splitter para ahorrar puertos PON y cable de alimentación. . Finalmente, para usuarios FTTB y FTTC en general es mejor la. configuración centralizada de splitters.. 2.1.2.2 Tipo de cable La elección del tipo de fibra óptica a utilizar es determinada por varios parámetros, siendo los más importantes la dispersión y la atenuación óptica. Es por esto que mayormente se utiliza para este fin el cableado con fibra monomodo, que presenta alta capacidad de transmisión y baja atenuación con respecto a la fibra multimodo. El hecho de utilizar fibras monomodo en redes FTTx permite la homogenización del acceso de los segmentos de red ya existentes que utilizaban este tipo de fibra, lo cual brinda transparencia y uniformidad, así como que simplifica la operación, mantenimiento y desarrollo futuro de la red. Por consiguiente, es recomendado el uso de este tipo de fibra para redes de acceso FTTx, específicamente las del tipo IEEE 1000Base-LX y 10GBase-LX [9]. Se pueden identificar como las mejores opciones el uso de fibras G.652D o G.657A y G.657B. Las nuevas fibras que conforman el estándar G.652.D permiten una operación completa de 20 canales CWDM en redes metropolitanas, por lo cual representa el estándar más extendido para fibra monomodo. Sin embargo, los proveedores de servicios privados están demandando cada vez más que los fabricantes de cable se adhieran al estándar ITU-T G.657. Este describe dos categorías de cable de fibra monomodo apropiadas para el uso en redes de acceso:.

(36) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. . 28. Las fibra categoría A son convenientes para la transmisión en las bandas. O, E, S, C y L (en el rango de 1260 a 1625 nm). Además, presentan las mismas propiedades de transmisión e interconexión que las fibras G.652.D con el agregado de disminuir las pérdidas por torcimiento. . Las fibras categoría B son convenientes para la transmisión en 1310, 1550. y 1625 nm para distancias restringidas. Estas presentan diferentes propiedades conectivas y de empalmado distintas a las fibras G.652. [3]. 2.1.2.3 Número de fibras por usuario Cuando se pretende realizar un diseño de una red, es necesario tomar en cuenta las necesidades actuales y proyecciones sin perder de vista la expansión de la cantidad de servicios prestados. Muchos sistemas punto-a- punto están basados en el uso de dos fibras por enlace: una para el enlace upstream y otra para el downstream. Sin embargo, dado que se utilizará la tecnología WDM, ambos enlaces viajarán a través de la misma fibra pero a distintas longitudes de onda, reduciendo así a la mitad el número de fibras por usuario a utilizar y logrando así un ahorro sustancial en costo y espacio.. 2.1.2.4 Tipos de conectores En redes FTTx, normalmente se utilizan los conectores SC, LC [ver anexos], dependiendo del precio, rendimiento, garantía de vida útil y frecuencia de uso. Sin embargo, hay algunas recomendaciones que se deben tener en cuenta en función del resultado final que se quiere lograr en la red [9]: . Usar conectores SC, LC para sistemas monomodo WDM que se. implementan en una fibra por suscriptor. . Usar cualquier tipo de conectores duplex para sistemas con dos fibras. monomodo por suscriptor..

(37) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. . 29. Usar conectores duplex SC, LC para sistemas multimodo con dos fibras. por suscriptor.. 2.1.3 Protección La recomendación de protección se basa en redundancia óptica en el sistema de alimentación primaria (cable feeder). A nivel mundial principalmente se implementan cuatro tipos de protección: A, B, C y D. [4]. Figura 2.3: Protección tipo A [4]. La protección tipo A consiste en duplicar solamente el número de fibras ópticas en el cable de alimentación, razón por la cual no es una protección automatizada y no es utilizada por los operadores a nivel mundial. Frente a una falla del cable principal de alimentación, es posible el cambio al cable suplente o en espera (spare) pero el procedimiento de ranging debe ser realizado nuevamente luego del cambio..

(38) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 30. Figura 2.4: Protección tipo B [4]. La protección tipo B requiere de la utilización de splitters del tipo 2:n y crea una redundancia en la utilización de los puertos PON, conjugando un respaldo eficiente con costos de implementación relativamente accesibles. Mientras un puerto PON es designado como activo, el otro puerto es designado como espera o standby. Si la fibra activa se rompe o el puerto activo falla, se cambia al par en standby. Debido a sus bondades probadas sobre los otros tipos de protección, es la elegida por la gran mayoría de los operadores.. Figura 2.5: Protección tipo C [4]..

(39) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 31. La protección tipo C consiste en una conjunción de redundancias que garantizan un respaldo casi absoluto en cuanto a fallas en la OLT y la ONU y rupturas en los cables de alimentación, distribución y acometida. Es, por lo tanto, una garantía de resguardo casi total pero presenta el inconveniente de resultar muy costosa su implementación.. Figura 2.6: Protección tipo D [4]. La protección tipo D esencialmente consiste en el entremezclado de protecciones tipo B y C y no es utilizada actualmente. Para alta demanda en ambiente Corporativo (Edificios y Parques Industriales) y Móvil, la recomendación de protección tipo B queda definida con la utilización de splitter de redundancia primaria interconectados, de tal modo que al coexistir muchos splitter de 1er nivel, estos queden interconectados en anillos ópticos. De esta forma, para la instalación de los splitters de 1er nivel se utilizarán del tipo 2:n en dependencia del tipo de red a la que van a atender y las consideraciones del presupuesto de potencia..

(40) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 32. Figura 2.7: Protección tipo B en anillo [7].. 2.2 Presupuesto óptico de potencia GPON cuenta con un rango de clases designadas para especificar un presupuesto o presupuesto óptico de potencia definido generalmente por el tipo de láser instalado en la OLT o en las ONU. Dicho presupuesto de potencia en dependencia del tipo de láser se puede observar a continuación: Clase A Clase B Clase C. Clase B+. Clase C+. Pérdidas Mínimas. 5 dB. 10 dB. 15 dB. 13 dB. 17 dB. Pérdidas Máximas. 20 dB. 25 dB. 30 dB. 28 dB. 32 dB. Tabla 2.3: Pérdidas de cada clase [10].. Las pérdidas por splitter de acuerdo al número de divisiones vienen dadas en la siguiente tabla:.

(41) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. Splitter. Atenuación (dB). Splitter. Atenuación (dB). 1:2. 4.1. 2:2. 4.2. 1:4. 7.2. 2:4. 7.8. 1:8. 10.6. 2:8. 11.2. 1:16. 13.5. 2:16. 14.5. 1:32. 17.0. 2:32. 17.8. 1:64. 20.5. 2:64. 21.7. 33. Tabla 2.4: Atenuación de los splitters [7]. Para el margen de resguardo se establece un valor que oscila entre 1 y 3 dB. Este margen tiene por objeto absorber las posibles modificaciones que se presenten en un futuro en el tendido de la red y que impliquen aumento en la atenuación introducida por la ODN [9]. También se encuentran presentes las pérdidas adicionales por inserción, las cuales corresponden a valores promedios para cada uno de estos componentes ópticos: . Atenuación de la fibra: 0.35 dB/km.. . Empalmado: 0.1 dB.. . Conector: 0.3 dB.. Figura 2.8: Distribución de las pérdidas ópticas de potencia [7]..

(42) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 34. La forma en que afecta cada componente a las pérdidas totales contempladas en la ODN se puede ver en la siguiente ecuación: 𝐿 = 𝐴𝑡𝑡/𝑘𝑚 ∗ #𝑘𝑚 + 𝐿𝑠𝑝 + 𝐿𝑐𝑜𝑛 ∗ #𝑐𝑜𝑛 + 𝐿𝑒𝑚𝑝 ∗ #𝑒𝑚𝑝 donde: . L: pérdidas totales para un usuario.. . Att/km: atenuación por kilómetro de distancia (depende del tipo de fibra).. . Lsp: pérdidas de splitter (depende de si es 1 o 2 niveles de splitter y la razón de división adoptada para cada uno).. . Lcon: pérdidas por conectores (se contempla un conector a la salida de cada splitter y en la conexión de los WDM con la OLT y la ONT respectivamente).. . Lemp: pérdidas por empalmes (se contemplan en la entrada de cada splitter y cada una distancia determinada).. Por ejemplo, para el caso de un usuario que: 1. Se encuentre a 15km de distancia utilizando fibra con atenuación 0.35dB/km. 2. Con el 1er nivel de splitter de 2:2 (4.1 dB de pérdidas) y el 2do nivel de splitter de 1:32 (17.0 dB de pérdidas). 3. Considerando empalmes cada 5 km. se calculan las pérdidas en la ODN como la suma de las pérdidas por atenuación de la fibra + pérdidas por splitters + pérdidas de conectores (6) y empalmes (4) : 𝐿 = 0.35𝑑𝐵/𝑘𝑚 ∗ 15𝑘𝑚 + 4.1𝑑𝑏 + 17.0𝑑𝑏 + 6 ∗ 0.3𝑑𝐵 + 4 ∗ 0.1𝑑𝐵 = 28.55𝑑𝐵 Aquí se puede apreciar, como se mencionaba antes, que las pérdidas por splitter (4.1dB + 17.0dB = 21.1dB) constituyen aproximadamente el 74% de las pérdidas.

(43) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 35. totales contempladas en la ODN, por lo que la elección del tipo de splitter y su localización son aspectos fundamentales en el diseño de una red óptica. Además, se establecen algunas condiciones: 1). La distancia máxima entre OLT y ONU no debe superar los 20 Km: la. suma de la longitud de FO feeder, más la FO Distribución, más la FO de última milla no debe ser mayor a 20 km, para el feeder se debe considerar la ruta de mayor longitud en el cálculo, ya sea la ruta principal o la de respaldo. Esta diferencia está limitada para que el tamaño de la ventana de determinación de distancia no sea superior a lo permitido por la calidad de servicio y obedece a la necesidad que tiene la OLT de absorber las diferencias de retardo que se pueden presentar entre las ONU instaladas a distintas distancias y/o atenuaciones, para un mismo puerto PON. [3] 2). Se debe considerar que las pérdidas en el trayecto total (desde la OLT. hasta el usuario final) no supere los 28 dB, incluido 3 dB de margen de seguridad. Como recomendación se permiten hasta 3 empalmes en su extensión, en la práctica la red existente puede presentar mayor número de empalmes. La longitud de fibra óptica entre splitters quedará determinada por un nuevo cálculo entre el Punto de Concentración de Demanda (ubicación del splitter secundario) y el splitter primario. En lo que concierne al cable de fibra óptica para la acometida desde el gabinete de distribución, la longitud máxima será de 300 metros. [9] En lo que se refiere al grado de división posible (splitter) se debe considerar, para un mismo puerto PON, una razón de splitter de 1:64 de manera realista, aunque no se descarta que para un futuro se pueda ampliar hasta 1:128 [4].. 2.3 Localización de la OLT La elección del tipo de OLT y su localización son aspectos fundamentales a tener en cuenta. Como se mencionaba anteriormente, una sola OLT puede prestar servicio a entre 8,000 y 10,000 usuarios en un radio no mayor de 20 km..

(44) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 36. Esto facilita mucho el análisis en cuanto al área de cobertura de la OLT debido a que en Cuba ninguna ciudad presenta un diámetro de 40 km o más. Debido a esto sólo se tomaría en cuenta el análisis del área de cobertura en el caso de zonas rurales alejadas y de difícil acceso. En cuanto a la cantidad de usuarios a los que puede prestar servicio, rápidamente se puede concluir que en los núcleos poblacionales (dígase cabeceras provinciales. y. municipales). se. necesitarán. varias. OLT. localizadas. estratégicamente de manera que ofrezcan una cobertura poblacional completa. Tomando en cuenta estos datos y las consideraciones de localización de la OLT observadas en el capítulo anterior, se llega a la conclusión de que la mejor opción es posicionar las OLT necesarias en los centros de telecomunicaciones de ETECSA u otros lugares centralizados donde se puedan garantizar condiciones básicas como climatización, fácil mantenimiento, respaldo energético y una adecuada seguridad. No es recomendable el posicionamiento de la OLT en gabinetes exteriores debido a que quedan muy limitadas en cuanto a capacidad de usuarios y posibilidades de expansión futuras, además de complicar extremadamente el tema de las condiciones básicas antes mencionadas. Mencionar además que en casos específicos donde haya muy baja densidad poblacional se debe de hacer un balance entre el costo de habilitar un local para instalar un dispositivo de este tipo y las ganancias que proporcionaría esto.. 2.4 Tipos de splitter y su localización Como se mencionó anteriormente, la elección del tipo de splitter a utilizar y su localización son aspectos fundamentales para el buen diseño de redes GPON. Esto viene dado porque las pérdidas por división de potencia constituyen aproximadamente el 74% de las pérdidas totales que sufre la señal óptica en su trayecto downstream, como ya quedó demostrado. En el capítulo anterior se mencionaban 4 localizaciones propuestas por ZTE para los splitter, cada una con sus características que las hacen distintivas para su elección. El reto de escoger.

(45) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 37. una de estas localizaciones radica en la variedad de escenarios que se pueden presentar a la hora de realizar el diseño de la red óptica. Es fácil concluir que una estructura de dos niveles de splitter presenta más ventajas con respecto a una estructura de un nivel porque permite la misma cobertura utilizando mucha menor cantidad de FO y brinda posibilidades de expansión futura de la cantidad de usuarios. Además, recuérdese que quedó definido que cada puerto PON les puede prestar servicio a 250 usuarios de banda ancha según nuestras consideraciones, por lo que se hace necesario la utilización de dos niveles de splitter que lleguen a esta cobertura. Por lo tanto, se propone para el 1er nivel la utilización de splitters 1:2 o 1:4 y para el 2do nivel 1:32 o 1:16, respectivamente, en dependencia del número de usuarios finales. Por ejemplo, se recomienda para el 1er nivel de splitter la instalación de manera centralizada en la Oficina Central, con lo cual se logra la instalación de manera sencilla y una mayor facilidad en el mantenimiento. Por otra parte, para el 2do nivel de splitter se recomienda siempre tratar de llevarlo lo más cerca posible al núcleo de usuarios finales para ahorrar FO y hacer más sencilla la instalación del mismo en gabinetes que se encuentren a nivel de suelo o en postes habilitados para este fin. También evitar siempre que se pueda la utilización de registros soterrados para la instalación de splitter en regiones urbanas y dejarlo sólo para regiones con poca densidad de usuarios debido a los inconvenientes que presenta para el mantenimiento de los mismos.. 2.5 Conclusiones del capítulo La localización óptima para la OLT está en la Oficina Central (centros de telecomunicaciones de ETECSA) donde brinda la mejor cobertura y presenta las mejores para su manejo y administración. A su vez, se recomienda que les ofrezca cobertura a más de 10000 usuarios y no se exceda de los 5 km de alcance en ambientes urbanos y 10 km en ambientes suburbanos, lo cual es factible debido a las dimensiones de las ciudades cubanas..

(46) CAPÍTULO 2: Planeamientos y consideraciones en el diseño de redes GPON. 38. Se recomiendan hasta 2 niveles de splitters, donde un 1er nivel, de baja razón de división, se localizará en la Oficina Central para su fácil mantenimiento y un 2do nivel, de alta razón de división, se encontrará en gabinetes de planta exterior lo más cerca posible de los usuarios. Para consideraciones del presupuesto óptico de potencia se tiene que puede variar en dependencia del tipo de láser utilizado, aunque generalmente se opta por el B+, el cual permite 28 dB de pérdidas máximas con 3 dB de margen de seguridad. Es en la ODN donde ocurren la mayoría de las pérdidas destacándose las pérdidas por división óptica con más del 70% del total, por lo que la elección de la cantidad y tipo de splitter es un aspecto fundamental en el diseño..

(47) CAPÍTULO 3: Propuesta de un modelo para el diseño de redes GPON. 39. CAPÍTULO 3: Propuesta de un modelo para el diseño de redes GPON En el capítulo anterior se hacía una propuesta para la localización de los principales componentes de la OLT y se ponían a consideración las afectaciones en el presupuesto de potencia que introducían los elementos pasivos de la red. En este capítulo se trabaja en la creación de un modelo que permita definir el emplazamiento de los distintos elementos activos y pasivos de una posible red, así como la ubicación geográfica de los gabinetes de planta exterior y la validación en base a un presupuesto de potencia designado.. 3.1 Descripción del procedimiento a realizar Para la modelación se tomó como premisa el modelo matemático expuesto en [11], donde se propone una herramienta basada en un método de Programación Lineal de Entero Mixto o MILP (Mixed Integer Linear Programming) por sus siglas en inglés. El método descrito en [11] permite la definición de sub-áreas servidas por un gabinete de fibra que contiene los splitter ópticos y atiende a un determinado número de usuarios. Dependiendo de la distancia desde los usuarios hasta la OLT localizada en la Oficina Central y el tipo de splitter usado, se identifican los usuarios que se exceden del presupuesto de potencia asignado y se vuelven a asignar a un splitter con una menor razón de división y mayor alcance. Para la ejecución se parte del hecho de que estamos en un greenfield o área donde previamente no había ningún tipo de instalación de redes ópticas; sólo conocemos la ubicación de los usuarios y un punto de entrada a la red (punto E), además de las posibles localizaciones de los gabinetes de fibra. Lo realmente interesante de [11] radica en que proporcionan un conjunto de variables, parámetros y restricciones definidas en forma de arreglos y matrices, lo cual brinda la posibilidad de realizar operaciones matemáticas en un ambiente de fácil entendimiento. Dicho conjunto comprende todo tipo de situaciones como, por.