Uso de GPON para aplicaciones FTTD

Con el aumento de los requisitos de ancho de banda, las empresas modernas se enfrentan a decisiones difíciles sobre qué hacer con el cableado existente dentro del edificio. A medida que las velocidades aumentan a 1 Gbps en el escritorio, se suelen recomendar nuevos cables de cobre de Categoría 6 para obtener mejores características de transmisión. Sin embargo, reemplazar los cables con cableado nuevo de Categoría 6 es una tarea laboriosa y costosa. Y es seguro que los requisitos de ancho de banda seguirán creciendo y, con el tiempo, superarán 1 Gbps y se acercarán a los 10 Gbps.

La alternativa lógica es instalar una red de distribución basada en fibra óptica que admita velocidades muy superiores a 1 Gbps, es decir, fibra hasta el escritorio (FTTD). Para FTTD, es necesario elegir las mejores tecnologías ópticas: tecnologías ópticas basadas en la Red Óptica Pasiva Gigabit (GPON). Este blog presenta el concepto de usar GPON para aplicaciones FTTD que satisfagan las necesidades de las empresas modernas.

Introducción

Las redes corporativas, gubernamentales y militares actuales se construyen utilizando dos, y en ocasiones tres, arquitecturas de cobre independientes: una para transportar datos (normalmente una red de cobre de categoría 5), ​​otra para voz (normalmente una red de cobre de categoría 3) y, en algunos casos, una tercera donde el cable coaxial proporciona vídeo. Las nuevas tecnologías, como GPON, son totalmente capaces de soportar todos estos servicios en una única arquitectura de distribución de fibra óptica. El modelo de despliegue de cobre crea un entorno que, con la tecnología actual, resulta desperdiciado e ineficiente de mantener. GPON permite a un operador prestar eficazmente todos estos servicios con la experiencia de usuario adecuada. Su calidad de servicio (QoS) y su alto ancho de banda son los mecanismos necesarios para la convergencia de voz, vídeo y datos en la misma red de fibra óptica, lo que permite un mantenimiento, un cableado y un rendimiento general más eficientes.

Además de la instalación de más conmutadores y enrutadores para abordar el continuo aumento del ancho de banda, la redundancia en las redes y los requisitos de equipos ha generado salas de equipos saturadas, armarios de cableado complejos y mayores necesidades de climatización. La convergencia de todos estos servicios en una única plataforma de distribución GPON proporciona el ancho de banda necesario, a la vez que reduce significativamente el consumo de equipos, cableado y energía.

Ya implementado por numerosos operadores de telecomunicaciones, GPON se ha consolidado rápidamente como el estándar mundial para la transmisión de voz, datos y vídeo. Entre otras ventajas, GPON proporciona un enorme ancho de banda (2,5 Gbps de bajada y 1,25 Gbps de subida) a través de un único cable de vidrio.

La tecnología PON consta de una terminal de línea óptica (OLT) en el centro de datos y una serie de terminales de red óptica (ONT) en el escritorio del usuario o cerca de él. Desde la OLT, la voz y los datos se transforman de un formato eléctrico a señales ópticas. Este tráfico se envía posteriormente por la red de fibra óptica a la ONT correspondiente, donde se separa de nuevo en voz y datos eléctricos. Esta arquitectura utiliza componentes ópticos puramente pasivos, como divisores ópticos entre la OLT y la ONT, lo que reduce aún más la probabilidad de fallos en el equipo.

La tecnología subyacente principal sigue siendo Ethernet, con el Modo de Encapsulación GPON (GEM) como formato de empaquetado. GEM empaqueta los paquetes IP eficientemente con mínima sobrecarga durante su tránsito entre la OLT y la ONT. Cada fibra puede ser compartida por hasta 64 ONT, lo que minimiza la cantidad de fibra requerida. Aunque varios usuarios comparten la PON, los robustos mecanismos de QoS y ancho de banda garantizan que el tráfico se priorice correctamente y que cada usuario obtenga el ancho de banda necesario.

Ventajas de GPON

GPON ofrece algunas ventajas clave sobre Ethernet y las redes de voz actuales.

Seguridad robusta

La fibra óptica es inherentemente más difícil de interceptar que un circuito de cobre. Un ONT fraudulento no puede empalmarse a una red de fibra óptica, ya que el sistema GPON identifica cada ONT basándose en números de serie predefinidos y la configuración del operador. Quienes critican la fibra óptica destacan que todos los usuarios reciben la misma transmisión descendente, lo que crea la posibilidad de escuchas ilegales. Sin embargo, para contrarrestar esta amenaza, PON emplea un esquema de cifrado avanzado de 128 bits. Este esquema incorpora un intercambio de claves bidireccional, lo que hace prácticamente imposible interceptar los datos de otro usuario. Además, cualquier dispositivo utilizado para interceptar la fibra debe ser capaz de descifrar los puertos GEM de GPON y los contenedores de tráfico, una función poco común en los dispositivos Ethernet estándar. Todas estas capacidades inherentes hacen de GPON un entorno muy seguro para el transporte de datos sensibles.

OPEX más bajo

En la mayoría de los entornos corporativos se utilizan dos redes de distribución diferentes: una para voz y otra para datos y vídeo. En las grandes empresas, esto ha provocado la congestión de los armarios de cableado y los racks de equipos con conmutadores conectados en cadena. Además, la gran cantidad de cables de cobre reduce el flujo de aire y requiere mayores requisitos del sistema de refrigeración. Con GPON, la red de voz y datos se integra fácilmente en una única infraestructura de fibra óptica para todos los servicios. La tecnología GPON ofrece enormes economías de escala. Un chasis GPON puede admitir hasta 4608 usuarios en una división de fibra de 1×64. Las implementaciones típicas utilizan una división de 1×32 con 2304 usuarios por chasis.

En la mayoría de las implementaciones, los conmutadores Ethernet se conectan en cadena en un armario de equipos. Esto crea un punto de concentración de calor considerable, lo que requiere climatización dentro del armario. Con los sistemas GPON, se instala un divisor pasivo sin alimentación en el armario, lo que elimina los problemas de climatización.

Además, los requisitos generales de energía para una solución Ethernet óptica equivalente a la solución GPON serán mucho mayores. Un conmutador Ethernet óptico típico de 388 puertos con puertos ópticos Gigabit Ethernet tendrá una fuente de alimentación mínima de 1400 vatios o 3,6 vatios por puerto. Un conmutador Ethernet óptico típico de 12 puertos es aún menos eficiente, con aproximadamente 4,58 vatios por puerto. Un sistema OLT GPON típico que atienda a 2304 usuarios tendrá aproximadamente 0,6 vatios por usuario, lo que representa un consumo de energía entre 6 y 7,6 veces menor.

Mayor ancho de banda

En la mayoría de las implementaciones, Ethernet se limita a 1000 Mbps compartidos entre varios usuarios. En el mejor de los casos, 24 usuarios se conectan para un promedio de 41,7 Mbps por usuario. Más comúnmente, los switches se apilan en cadena, lo que reduce significativamente el ancho de banda real por usuario para aplicaciones como correo electrónico, acceso a gráficos/video o bases de datos. En GPON, la velocidad de línea descendente completa de 2,5 Mbps entre 32 usuarios proporciona un promedio de 78 Mbps por usuario, un aumento del 90 % en el ancho de banda sostenido disponible. Cuando es necesario, una ONT puede proporcionar hasta 1000 Mbps.

En los últimos años, la fibra óptica se ha consolidado como una alternativa segura, económica y escalable al cobre para aplicaciones empresariales y gubernamentales. En particular, GPON se ha adoptado ampliamente en Norteamérica como la tecnología líder en redes de fibra óptica. Se ha implementado tradicionalmente para aplicaciones de fibra hasta el hogar (FTTH), pero también puede utilizarse en grandes entornos corporativos con aplicaciones FTTD. Por su parte, FTTD puede integrar las redes de voz, datos y vídeo en una sola y tiene el potencial de ofrecer un ancho de banda prácticamente ilimitado, eludiendo las limitaciones de seguridad y los gastos operativos del cobre.

Las implementaciones de GPON en aplicaciones FTTD

En un entorno de campus, el enfoque típico consiste en ubicar la plataforma OLT en el edificio principal y luego tender fibra óptica a cada edificio satélite. En este caso, las fibras llegan a divisores ópticos ubicados dentro de los edificios. A su vez, las fibras se distribuyen en abanico en los divisores ópticos, llegando a cada ONT o usuario. Para conectar el tráfico de voz, datos y vídeo al núcleo de la red, la OLT ofrece múltiples enlaces ascendentes de 1 Gbps o 10 Gbps, lo que proporciona un ancho de banda escalable a medida que aumenta la demanda de tráfico. En un campus, GPON es especialmente eficaz porque elimina la necesidad de equipos activos de alto consumo en los armarios o sótanos de muchos edificios.

Se puede utilizar un enfoque ligeramente diferente para edificios grandes. En este entorno, la plataforma OLT se ubica en el sótano, con las fibras subiendo por el hueco del ascensor o la tubería ascendente. Los divisores ópticos se ubican en cada planta, donde las fibras se distribuyen a los usuarios individuales. Los enlaces ascendentes de la OLT se conectan directamente a los routers de borde en el sótano.

En cualquier escenario, el sistema GPON puede permitir que cada PON admita fácilmente hasta 64 ONT.

Resumen

La FTTD ofrece una amplia gama de ahorros de costos y energía en comparación con las redes Ethernet de cobre y ópticas. Además, el uso de GPON para FTTD permite integrar las redes de voz, datos y video en una sola, superando las limitaciones de seguridad y los problemas de evolución asociados a las redes de cobre. Por lo tanto, en grandes entornos institucionales y universitarios, una arquitectura FTTD con GPON constituye una alternativa de red atractiva.