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Tutorial de fibra hasta el hogar

  • Tutorial de fibra hasta el hogar Fiber-Mart.com
  • Post on viernes 17 julio, 2015
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Fiber-Mart FTTX Solutions

Tutorial de FTTH de fibra hasta el hogar

 

Los operadores de telecomunicaciones de todo el mundo se han dado cuenta de que su infraestructura de acceso de cobre envejecida está siendo gravada a medida que los clientes residenciales y comerciales utilizan cada vez más aplicaciones de uso intensivo de ancho de banda simétrico. El panorama de las telecomunicaciones ha madurado hasta el punto de que los operadores buscan ofrecer convergencia de red y permitir la revolución de la interacción de dispositivos de medios de consumo. Estas demandas están siendo satisfechas por la mayor penetración de la fibra óptica en las redes de acceso y el creciente despliegue de Fiber To The Home (FTTH). Como resultado, FTTH es la tecnología de banda ancha global de más rápido crecimiento con implementaciones significativas en Asia, Europa y América del Norte.

Este tutorial proporciona detalles sobre por qué los operadores están implementando FTTH hoy, al mismo tiempo que detalla las arquitecturas y los protocolos utilizados en su implementación. Se definen la red óptica pasiva (PON) y la red punto a punto (P2P), así como los múltiples protocolos y estándares de soporte, como el modo de transferencia asíncrono ATM y Ethernet y sus capacidades de video resultantes. Luego, se detallan los componentes y tecnologías utilizadas en la planta exterior. La última parte es comparar y contrastar el despliegue de FTTH, Building, Curb y Node (comúnmente conocido como grupo como FTTx).

¿Por qué los operadores despliegan FTTH?

 

El siglo XXI anunció innumerables cambios en nuestro paisaje; Podría decirse que ninguno será más importante que la transformación de nuestros medios de proveedores de telecomunicaciones para brindar servicios de telecomunicaciones a los consumidores, tanto residenciales como comerciales. Este fenómeno se sustenta en dos tecnologías: Protocolo de Internet (IP) y Fibra Óptica. Hoy en día, la tecnología está disponible para brindar todas las clases de servicios, voz, video y datos, sobre un protocolo común (es decir, IP).

Los operadores se están moviendo rápidamente para maximizar la cantidad de servicios que ofrecen a un solo cliente a través de una oferta en paquete. Tecnologías como VoIP, IPTV y banda ancha se están volviendo comunes en nuestra sociedad. A medida que se implementan servicios y tecnologías en paquete, los operadores se dan cuenta de que sus redes originales, diseñadas para brindar un solo servicio de manera eficiente, están sobrecargadas y, en muchos casos, son incapaces de ofrecer los servicios deseados. La figura 1 muestra el servicio de abonado previsto y la demanda de ancho de banda. Las redes actuales se están diseñando para proporcionar 20 Mbps (al menos), mientras que dentro de 3 a 5 años los operadores necesitarán una capacidad de 40 Mbps (al menos), ya que se utilizan múltiples servicios en el hogar, la HDTV se vuelve más frecuente y los usuarios exigen conexiones a Internet más rápidas. Esto está dando como resultado la mayor inversión en la red de acceso desde el cambio de siglo y el cableado del mundo occidental para servicios de voz.
Forecasted Subscriber Bandwidth Demand

Figure 1. Forecasted Subscriber Bandwidth Demand

Liderando esta ola de inversión está el despliegue de fibra monomodo más profundamente en estas redes de acceso para frenar los requisitos de ancho de banda sedientos de sus clientes. Cada vez más, los operadores descubren que implementar la fibra hasta el cliente permite preparar la red para el futuro, maximiza el rendimiento del ancho de banda simétrico de la red de acceso de un operador, brinda confiabilidad a la red, reduce significativamente los gastos operativos y ofrece mejores oportunidades de ingresos. La industria se refiere a esta tecnología como FTTH.

Arquitecturas FTTH

 

El despliegue de fibra óptica en una red de acceso se puede lograr de múltiples formas. De hecho, muchas tecnologías de acceso se conocen comúnmente como FTTx cuando en realidad son simplemente combinaciones de redes de fibra óptica y par trenzado o cable coaxial. Estas tecnologías no brindan la capacidad inherente de una red FTTH.

FTTH es simplemente el despliegue al 100% de fibra óptica en la red de acceso. Por lo general, se implementa en dos configuraciones específicas. En el primero, la fibra está dedicada a cada usuario en la red de acceso. Esto se conoce como una red P2P. En el segundo, una fibra se comparte (a través de un divisor de potencia) entre una cantidad determinada de usuarios, normalmente entre 16 y 32, y se denomina PON. Existen ventajas y desventajas en el despliegue de redes P2P y PON en función de consideraciones financieras, de ancho de banda y de componentes.

Las redes P2P se caracterizan por el uso de una fibra y láser por usuario. Son las redes FTTH más sencillas de diseñar. Las redes P2P a veces se denominan Redes All Optical Ethernet (AOEN). La figura 2 ilustra varios ejemplos de cómo se pueden implementar las arquitecturas P2P. Una vez más, una fibra dedicada se termina en el suscriptor y los dispositivos activos en la Oficina central (CO) para un proveedor de telecomunicaciones o Head End (HE) en el caso de un operador de CATV o un dispositivo remoto en el campo. El dispositivo remoto o conmutador en el campo es siempre un dispositivo activo y debe usarse en toda la red. Las características de una red P2P incluyen la electrónica activa en el campo, su simplicidad inherente, son ricas en fibra y no requieren compartir fibra o ancho de banda para el suscriptor.
P2P/AOEN

Figure 2. P2P/AOEN

Los PON se caracterizan por la "división" de la fibra óptica una o más veces en el campo, lo que da como resultado el uso compartido de la fibra óptica entre múltiples usuarios. La fibra en una PON normalmente se comparte entre 16 y 32 usuarios. Por lo tanto, el ancho de banda de la fibra que se origina en CO/HE se comparte entre un grupo de usuarios. La división de la red se logra mediante un divisor óptico. Estos divisores pueden dividir la fibra de 2 a 32 veces y, por su naturaleza, introducen pérdidas inherentemente altas en la red. Por lo tanto, su uso está limitado debido a las consideraciones de presupuesto de energía de la red. Una PON tendrá menos alcance óptico que una red P2P, que no utiliza divisores. Por lo general, un PON es capaz de llegar a suscriptores a 20 km del transmisor original, lo que cubrirá el 98% de la población. Una PON se caracteriza por no usar ningún componente electrónico en el campo y está respaldada por un conjunto de estándares maduros y es la arquitectura FTTH más implementada en los EE. UU. La Figura 3 ilustra las múltiples configuraciones de una PON.

PON

Figure 3. PON
Los operadores que implementan PON tienen opciones arquitectónicas adicionales para clasificar. En particular, esto es decidir entre un divisor centralizado versus un arreglo de divisor distribuido/en cascada. Ambos se implementan por diferentes razones según las ventajas y desventajas de sus características específicas.

Una división centralizada proporciona una ubicación "central" para todos los divisores PON; típicamente ubicado en un gabinete pasivo clasificado para campo (vea la Figura 4 como ejemplo). Los operadores que buscan maximizar la eficiencia del puerto en CO/HE y el uso de divisores 1×32 para maximizar la capacidad compartida de la planta de fibra se verán atraídos por una configuración de división central. Esto da como resultado la minimización de la cantidad de transmisores utilizados en CO/HE y divisores ópticos y fibra en el campo. La arquitectura dividida centralizada también proporciona una mejor medición de pérdida general para la PON, lo que aumenta la confiabilidad de la red. Un solo divisor 1×32 tiene menos pérdida que los divisores en cascada 1×2, 1×4, 1×8 y 1×16 o cualquier combinación de divisores 1×16, 1×8, 1×4 y 1×2 en el red. Esto mejora el alcance óptico y la reducción del componente óptico es directamente proporcional a una mayor confiabilidad de la red a través de la reducción de los puntos de falla. Además, se ha demostrado que la división centralizada minimiza el gasto de capital de los divisores inicialmente en la red, lo que facilita un enfoque de "pago a medida que crece" debido a la mayor eficiencia del puerto de salida del divisor a tasas de toma bajas a medias. La división centralizada también proporciona la simplificación de la resolución de problemas de red y la ubicación de fallas que se traducen directamente en ahorros de mano de obra.
Centralized Split


Figure 4. Centralized Split

Una configuración dividida distribuida/en cascada hace que los divisores se adentren más en la red (consulte la Figura 5 para ver un ejemplo). Como los divisores no están centralizados, el requisito de gabinetes de campo se reduce o elimina, ya que los divisores se incorporan comúnmente en gabinetes modificados o incluso en el CO/HE. El uso compartido de un transmisor CO/HE entre 32 usuarios aún se logra mediante la distribución de múltiples divisores a lo largo del camino óptico. Por ejemplo, un 1×4 seguido de un 1×8, en diferentes ubicaciones de la red, da como resultado que se comparta el ancho de banda entre 32 usuarios. El posicionamiento profundo de los divisores puede resultar en el "varamiento" de los activos del divisor a medida que el operador espera nuevos suscriptores en la red o las tasas de toma son bajas. Las pruebas de red y la ubicación de fallas pueden ser más difíciles con una configuración dividida distribuida/en cascada, ya que es difícil para el equipo de prueba ver a través de una matriz de divisores a lo largo del bucle óptico. La confiabilidad de la red puede verse afectada debido al aumento de los componentes ópticos.

Distributed Split


Figure 5. Distributed Split

 

Protocolos y estándares FTTH


Los estándares de transmisión utilizados en las redes FTTH se basan en tecnologías ATM y Ethernet. Los operadores están muy familiarizados con ambas tecnologías que admiten una variedad de servicios. Hoy en día, la mayoría de las redes P2P utilizan tecnología Ethernet y se rigen por los estándares IEEE 803.2ah. Las redes P2P son simplemente una extensión de Ethernet heredada utilizada en espacios metropolitanos y empresariales y extendida a la red de acceso. Las tasas de ancho de banda solo se limitan al tipo de transmisor en el CO/HE y el hogar. La mayoría de las redes FTTH compartidas y de propiedad municipal y los primeros despliegues de FTTH en Japón utilizaron redes P2P.

Los PON brindan una amplia gama de opciones de tecnología y protocolo para el operador. La iniciativa Red de acceso de servicio completo (FSAN) supervisa el desarrollo de las PON. Compuesto por al menos 20 operadores globales, el FSAN trabaja con proveedores líderes para acordar plataformas tecnológicas comunes para brindar servicios convergentes. La FSAN, no una organización de estándares, presenta recomendaciones para su adopción a la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). Aquí hay una tabla que proporciona un desglose completo de los protocolos PON y las capacidades respectivas.
PON Protocols BPON EPON GPON
Standard ITU-T G.983 IEEE803.2ah ITU-T G.984
Bandwidth
Downstream up to 622Mbps
Upstream 155Mbps
Up to Symmetric 1.25Gbps
Downstream up to 2.5Gbps
Upstream up to 2.5Gbps
Downstream Wavelength 1490nm and 1550nm 1550nm 1490nm and 1550nm
Upstream Wavelength 1310nm 1310nm 1310nm
Transmission Mode ATM Ethernet ATM, Ethernet, TDM

Las implementaciones anteriores de PON utilizaron ATM PON (APON), que evolucionó a PON de banda ancha (BPON). BPON se rige por ITU G.983. El protocolo A/BPON se caracteriza por tener dos longitudes de onda aguas abajo y una longitud de onda aguas arriba. Las longitudes de onda de 1550nm y 1490nm se usan para el tráfico descendente con el canal de 1490nm típicamente un canal IP para servicios de voz y datos. El canal de 1550nm se utilizará para una superposición de video RF o IP. Al proporcionar 622 Mbps, los dispositivos electrónicos compartidos pueden proporcionar dinámicamente 20-30 Mbps por suscriptor. El acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), recomendado por FSAN, se utiliza para todo el tráfico descendente/ascendente.

Una alternativa a las redes A/BPON es Ethernet PON (EPON), regida por IEEE 803.2ah. EPON solo usa dos longitudes de onda y usa exclusivamente IP. La longitud de onda de 1550nm se usa para el tráfico descendente y la de 1310nm para el tráfico ascendente. Capaz de 1,25 Gbps en ancho de banda compartido, EPON en condiciones de "mejor esfuerzo" proporciona 100 Mbps pero normalmente proporciona un ancho de banda de 30-40 Mbps. Gigabit Ethernet PON (GEPON) puede aumentar el ancho de banda compartido a 2,5 Gbps.

BPON ha evolucionado a Gigabit PON (GPON) para abordar las limitaciones de ancho de banda y protocolo. Capaz de hasta 2,5 Gbps de ancho de banda compartido entre 32 usuarios, GPON utiliza el mismo plan de longitud de onda de BPON. Se rige por el estándar ITU G.984 y brinda flexibilidad de protocolo en las plataformas ATM, Ethernet y TDM.

Componentes de la planta exterior FTTH

 

Se utiliza una amplia gama de componentes de planta externa para construir redes FTTH. Las primeras redes FTTH se inspiraron en los diseños de las redes metropolitanas y de larga distancia y se convirtieron en simples extensiones de estas redes. Sin embargo, pronto quedó claro para la industria que si FTTH iba a convertirse en omnipresente, habría que introducir productos especializados y metodologías de instalación. Se requeriría innovación para abordar el alto costo de las redes de acceso, abordar la velocidad de implementación y mejorar la confiabilidad de la red.

Todas las redes FTTH están inherentemente diseñadas para entregar una fibra óptica al suscriptor. Sin embargo, su diseño depende en gran medida de la naturaleza única del entorno de acceso; por lo tanto, la flexibilidad del producto y del diseño es crítica. En su núcleo, las redes FTTH contienen una terminal de línea óptica (OLT), un cable óptico y una terminal de red óptica (ONT). Se agregan varios otros componentes especializados para abordar la naturaleza única de la red de acceso.

La OLT normalmente se encuentra en el CO/HE, pero también se puede ubicar en un terminal remoto en el campo. La OLT alberga los transmisores láser dedicados a cada usuario en una red P2P o compartidos entre varios usuarios en una PON. La OLT es también el punto de agregación de voz de la Red Telefónica Pública Conmutada (PSTN), datos de un enrutador y video a través de sus múltiples formas.

La fibra óptica transporta la señal al usuario y se divide en tres secciones, cable alimentador (terminado en CO/HE), cable de distribución (que se extiende a través de la red de acceso y se conecta al cable alimentador "alimenta") y cable de bajada utilizado para conectar físicamente a los usuarios a la red FTTH. Como medio, el ancho de banda de la fibra óptica solo está limitado por los transmisores de la OLT y, por lo tanto, prepara la red de acceso para el futuro debido a su enorme capacidad de ancho de banda.

La ONT recibe la señal de la OLT y la convierte en señales electrónicas utilizables que pueden recibir el teléfono, ordenador, TV o cualquier otro dispositivo del usuario. La ONT también sirve para comunicar el tráfico IP de vuelta a la OLT, de modo que se puedan producir conversaciones de voz, se puedan solicitar páginas web y se puedan cambiar los canales de televisión. Por lo general, la ONT está conectada a un dispositivo de respaldo de batería que proporciona un período de tiempo limitado (generalmente 8 horas en espera) de servicios de línea de vida.

Como se ha comentado, las redes P2P se caracterizan por su sencillez. Una red P2P minimiza la cantidad de componentes en el campo y tiene todos los elementos descritos anteriormente, así como gabinetes utilizados para conectar los múltiples cables desplegados en el campo. Las redes PON utilizan de manera más eficiente la fibra óptica en el campo y los transmisores de la OLT. Por lo tanto, su diseño es más complejo en comparación con P2P.

Más allá de la OLT, el cable óptico y la ONT, la PON incluye muchos componentes especializados que sirven para abordar los problemas de costo, implementación y confiabilidad de las implementaciones anteriores de FTTH (consulte la Figura 6). El más importante de ellos es el divisor óptico. Dependiendo de la arquitectura dividida elegida, los divisores ópticos pueden tomar la forma de 1×32, 1×16, 1×8, 1×4, 1×2, etc. y pueden ubicarse en casi cualquier lugar de la red de acceso. Como se discutió, muchos operadores eligen la arquitectura dividida centralizada debido a sus eficiencias inherentes. La agregación de divisores ópticos generalmente se encuentra en un gabinete llamado Punto de convergencia local (LCP). Aquí es donde termina el cable de alimentación y comienza el cable de distribución (desde aquí cada cliente tiene una fibra dedicada). Luego, el cable de distribución serpentea hacia los vecindarios y edificios de la red de acceso. Cuando un cable de distribución se acerca a un usuario, se utiliza un punto de acceso a la red (NAP) para acceder a una pequeña cantidad de fibras ópticas en el cable. A partir de este punto, se utilizan cables de bajada (que normalmente contienen de 1 a 4 fibras) para conectarse a la ONT del suscriptor.
Componentes típicos de PONTypical PON Components

Figure 6. Typical PON Components

Una innovación estandarizada reciente en el cable de bajada y NAP es el uso de conectores resistentes al medio ambiente. Las redes heredadas conectaban todas las fibras ópticas de todos los componentes de acceso con un empalme óptico, ya sea mecánico o de fusión. Si bien normalmente introduce poca pérdida óptica en la red, el empalme también genera un alto costo en la red implementada debido al tiempo necesario para lograr un empalme y el nivel de habilidad del técnico y el requisito de implementación del equipo. Los conectores eliminan estos costos, mejorando en gran medida la velocidad de implementación al tiempo que introducen pocas pérdidas en una red debido a las longitudes de bucle cortas inherentes a las redes de acceso. Los conectores de red FTTH son tecnología estandarizada regida por Telcordia GR-3120.

Comparación entre el despliegue de FTTH y FTTx

 

La industria actual ha designado la penetración "general" de la fibra en la red de acceso como "FTTx". Sin embargo, esto ha creado cierta confusión, ya que FTTx cubre varias arquitecturas y protocolos diferentes. De hecho, algunas de las redes Digital Subscriber Loop (DSL) y Hybrid Fiber Coax (HFC) de hoy califican como redes FTTx debido a su uso de fibra en el acceso, al igual que una PON. Por lo tanto, cuando se hace referencia a una red de penetración de fibra profunda, es mejor referirse a su arquitectura real. Las arquitecturas más comunes son FTTHome (FTTH), FTTBuilding (FTTB), FTTCurb (FTTC) y FTTNode (FTTN). Cada uno de estos tiene una arquitectura física diferente, como se muestra en la Figura 7.
Arquitecturas FTTxFTTx Architectures

Figure 7. FTTx Architectures
Como hemos discutido extensamente, FTTH empuja la fibra hasta las viviendas residenciales individuales. FTTH está completamente ausente de cobre en la planta exterior y normalmente proporciona un servicio de 30-100 Mbps, pero debido a las características inherentes de la fibra óptica puede proporcionar un ancho de banda literalmente infinito. FTTB normalmente usa la arquitectura P2P en la planta exterior proporcionando una fibra dedicada a cada edificio o bloque de edificios. La fibra se termina en una terminal remota (RT), que es un dispositivo activo que requiere alimentación y seguridad y que normalmente se encuentra en el sótano, la sala de comunicaciones o el armario de servicios públicos. Si el edificio está equipado con cable Cat5 a cada unidad de vivienda, se instala una red de área local (LAN) Ethernet que proporciona un ancho de banda compartido de 10 o 100 Mbps. Si solo está disponible el par trenzado, el RT es un multiplexor de acceso DSL (DSLAM) y se instala para proporcionar servicios de ancho de banda requeridos que ofrecen hasta 50 Mbps (las aplicaciones FTTB actuales brindan hasta 10 Mbps).

FTTC generalmente empuja fibra 500-1000 pies desde el suscriptor que termina en un RT y atenderá a 8-12 suscriptores. FTTN es similar en arquitectura a FTTC, excepto que el RT está ubicado mucho más lejos de los suscriptores; hasta 5000 pies y atenderá a 3-500 suscriptores. Ambos utilizan la planta exterior de par trenzado existente para conectarse al cliente. El ancho de banda depende de dos factores: la tecnología DSL y la longitud del bucle de cobre. VDSL y VDSL2 funcionan mejor con longitudes de bucle más largas y se utilizan predominantemente para FTTN, mientras que ADSL2, ADSL2+ y ADSL2++ se utilizan en los sistemas FTTC actuales. Las señales sobre cobre se degradan significativamente en largas distancias, lo que afecta directamente la capacidad de ancho de banda. En las condiciones más extremas (4-5 km), es posible que algunos clientes ni siquiera puedan ser atendidos por DSL. Si las condiciones del cobre lo justifican, en algunos casos, el operador utilizará ambos pares trenzados para aumentar el rendimiento del ancho de banda. Ambas arquitecturas no han proporcionado más de 20 Mbps de servicio en el laboratorio. Debido a longitudes de bucle de cobre más cortas en una red FTTC, el operador ha mejorado la escalabilidad desde la perspectiva del ancho de banda. Se planean implementaciones a gran escala de FTTC y FTTN en el futuro.

La penetración de la fibra se correlaciona directamente con el rendimiento del ancho de banda de cada arquitectura definida y, por lo tanto, con la capacidad de servicio del operador. Como se discutió anteriormente, los requisitos de ancho de banda de cada operador difieren, pero todos están creciendo. El operador debe tener esto en cuenta al deliberar sobre la arquitectura que desea implementar. La penetración de la fibra también es un indicador de los gastos de capital (CapEx) y los gastos operativos (OpEx) esperados. La fibra profunda dará como resultado un CapEx más alto para los vecindarios existentes, pero en realidad está cerca de la paridad de costos con todas las arquitecturas para nuevas construcciones. La fibra profunda ofrecerá la cantidad máxima de ahorros en OpEx de manera comparable. FTTH permite la entrega de ahorros debido a las reducciones en el costo de las operaciones de la red, la oficina central y la planta externa, así como el servicio al cliente. La confiabilidad de la red también aumenta drásticamente con FTTH, lo que garantiza un flujo constante de ingresos y una mayor satisfacción del cliente.

Resumen


Universalmente, los operadores eligen colocar la fibra más profundamente en la red de acceso para superar las limitaciones del cobre, pero se enfrentan a una gran cantidad de opciones de arquitectura. Hoy en día, muchos están investigando el despliegue de FTTH, ya sea PON o P2P, dividido centralizado versus distribuido, mientras que muchos más están en medio de la rehabilitación de porciones significativas de su red de acceso con FTTH.

Se está eligiendo FTTH debido a su capacidad intrínseca como medio para maximizar el ancho de banda en la residencia, que prepara la red para el futuro, brinda mayor confiabilidad de la red, mayor satisfacción del cliente, capacidad de servicio ampliada y gastos operativos de red mejorados. Este tutorial de www.fiber-mart.com definió las arquitecturas y los protocolos utilizados en la implementación de FTTH y los componentes y las tecnologías necesarias que se utilizan en la planta exterior. Hubo comparaciones y contrastes con la implementación de la familia de arquitecturas FTTx que abordaron cómo se usa FTTH hoy en día para abordar de manera eficiente y efectiva las preocupaciones sobre el ancho de banda, la implementación y el servicio del operador.

 


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