GPON

La Red Óptica Pasiva con Capacidad de Gigabit (GPON o Gigabit-capable Passive Optical Network en inglés) fue aprobada en 2003-2004 por ITU-T en las recomendaciones G.984.1, G.984.2, G.984.3, G.984.4 y G.984.5. Todos los fabricantes de equipos deben cumplirla para garantizar la interoperabilidad. Se trata de las estandarizaciones de las redes PON a velocidades superiores a 1 Gbps.

Objetivos

Este nuevo estándar surgió con el fin de establecer nuevas exigencias a la red:

• Soporte de todos los servicios: voz (TDM, tanto SONET como SDH), Ethernet (10/100 BaseT), ATM,…
• Alcance máximo de 20 km, aunque el estándar se ha preparado para que pueda llegar hasta los 60 km
• Soporte de varios bitrate con el mismo protocolo, incluyendo velocidades simétricas de 622 Mb/s, 1.25 Gb/s, y asimétricas de 2.5 Gb/s en el enlace descendente y 1.25 Gb/s en el ascendente.
• OAM&P extremo a extremo.
• Seguridad del nivel de protocolo para el enlace descendente debido a la naturaleza multicast de PON.
• El número máximo de usuarios que pueden colgar de una misma fibra es 64 (el sistema está preparado para dar hasta 128).

Características y Técnicas

Multiplexación de la Información

Tanto el sentido descendente como el ascendente viajan en la misma fibra óptica. Para ello se utiliza una multiplexación WDM (Wavelength Division Multiplexing).

Potencia y Alcance

El alcance de un equipo viene dado por la atenuación máxima que es capaz de soportar sin perder el servicio. La atenuación máxima soportada por un sistema vendrá dada por la potencia máxima garantizada por la OLT (Optical Line Terminal) menos la potencia mínima que es capaz de percibir la ONT (Optical Network Units). El estándar GPON define diferentes tipos de láseres (medidos en dBm):

OLT:

TIPO --------> Pot. Media Mín.

A -------------------> - 4

B+ -----------------> +1

C -------------------> +5

ONT:

TIPO ---------> Sensibilidad Mínima del Receptor

A -----------------------> -25

B+ ---------------------.> -27

C ------------------------> -26

Los fabricantes se han decantado por los láseres B+ por lo que la atenuación máxima que se puede asegurar para que funcione el servicio es 28 dB.

La atenuación de un nivel de splitting más los conectores es de unos 20 dB. Quedarían 8 dB para la atenuación de la fibra. Cada km son unos 0.4 dB, por lo que el alcance máximo sería de unos 20 km.

Sentido Descendente – TDM

Se utiliza tecnología TDM (Time Division Multiplexing). Todos los datos se transmiten a todas las ONTs (el splitter es un elemento pasivo que simplemente replica los datos). Cada ONT filtra los datos recibidos (sólo se queda con aquellos que van dirigidos hacia él). Tiene el problema de que el operador/usuario puede querer confidencialidad de los datos. Debido a esta confidencialidad se puede utilizar cifrado de los datos.

Sentido Ascendente – TDMA

Se utiliza tecnología TDMA (Time Division Multiple Access). La OLT controla el canal ascendente, asignando ventanas a las ONT. Se requiere un control de acceso al medio para evitar colisiones y para distribuir el ancho de banda entre los usuarios.

Al ser el splitter un elemento pasivo, es necesaria la perfecta sincronización de los paquetes ascendentes que le lleguen, para que sea capaz de formar la trama GPON. Es por ello necesario que la OLT conozca la distancia a la que están las ONTs para tener en cuenta el retardo.

Identificación de Usuarios

Todos los elementos situados entre OLT y ONT (fibra óptica, splitters, repartidores y conectores) son elementos pasivos (no requieren alimentación eléctrica). Esto implica que la OLT necesita un mecanismo que le permita identificar a cada uno de los usuarios que tiene conectados a una misma fibra.

Para ello se ha creado un elemento denominado número de serie de ONT, que debe estar configurado tanto en la OLT como en la ONT. La OLT debe tener un registro de los números de serie de ONT de todos los usuarios y a qué puerto pertenecen (de qué fibra cuelgan).

El número de serie esta compuesto por 8 bytes (64 bits). Los primeros 4 bytes identifican al fabricante y los 4 siguientes a la ONT propiamente dicha.

Para que sea más manejable, se suele convertir el número a ASCII (8 caracteres ASCII) o a hexadecimal (16 caracteres hexadecimales).

Configuración Remota de las ONT’S

Uno de los principales problemas que se ha intentado resolver en la tecnología GPON ha sido el conseguir gestión remota del equipamiento de usuario, ya que cada visita a casa del cliente supone un elevado coste económico. Esto permite reducir los costes derivados del OPEX.

Para ello, dentro de la norma GPON se ha desarrollado un protocolo denominado OMCI (ONT Management and Control Interface). Este protocolo permite la configuración remota de las ONTs. Para cada ONT se establece un canal de gestión entre OLT y ONT. Incluye gestión, rendimiento, monitorización de alarmas, fallos y prestaciones. El protocolo OMCI es uno de los aspectos fundamentales para garantizar la interoperabilidad entre fabricantes. Hay diversos mecanismos de transmisión de la información OMCI.

Protocolos de Transporte

La norma GPON contempla dos posibilidades referentes a los protocolos de transporte que se pueden utilizar:

• ATM: es el utilizado por APON y BPON, por lo que es una solución continuista.
• GEM (GPON Encapsulation Method): se trata de un nuevo protocolo definido por la G.984s para utilizarse en GPON.

A pesar de existir las dos posibilidades, los fabricantes se han decantado por implementar solamente la solución GEM. La pila de protocolos quedaría de la siguiente manera: Ethernet sobre GEM, y éste sobre TDM/TDMA

Implementación Multicast

Multicast es el protocolo utilizado para la difusión de televisión. No confundir con el servicio de video bajo demanda. Este protocolo, integrado en la ONT, OLT y decodificador, permite al usuario seleccionar el canal de televisión que recibe en cada momento.

GPON es una tecnología punto a multipunto, en el que todos los usuarios reciben la misma información, pero sólo que quedan con la que está dirigida a ellos. Si dos usuarios piden el mismo canal, ¿para qué voy a enviarlo dos veces si los usuarios reciben toda la información?

El estándar GPON se ha diseñado para que una parte de la trama GPON esté dedicada al tráfico multicast, de tal manera que sea accesible por todos los usuarios. Esta es la manera de conseguir enviar una sola copia de cada canal independientemente de los usuarios que la estén solicitando.

Elementos

OLT (Optical Line Termination)

Es el elemento activo situado en la central telefónica. De él parten las fibras ópticas hacia los usuarios (cada OLT suele tener capacidad para dar servicio a varios miles de usuarios).

Agrega el tráfico proveniente de los clientes y lo encamina hacia la red de agregación. Realiza funciones de router para poder ofrecer todos los servicios demandados por los usuarios.

ONT (Optical Network Termination)

Es el elemento situado en casa del usuario que termina la fibra óptica y ofrece las interfaces de usuario. Actualmente no existe interoperabilidad entre elementos, por lo que debe ser del mismo fabricante que la OLT. Se esta trabajando para conseguir la interoperabilidad entre fabricantes, lo que permitiría abrir el mercado y abaratar precios (situación actualmente conseguida por las tecnologías XDSL)

En el caso de las ONTs de exterior, deben estar preparadas para soportar las inclemencias meteorológicas y suelen estar equipadas con baterías. Existe una gran variedad de ONTs, en función de los servicios que se quieran ofrecer y las interfaces que ofrezcan al usuario:

• Interfaces fast ethernet, que pueden alcanzar velocidades de hasta 100 Mbps. Se suelen utilizar en usuarios residenciales para ofrecer servicios de televisión o Internet.
• Interfaces gigabit ethernet, que pueden alcanzar velocidades de hasta 1 Gbps. Se utilizan para dar servicios a empresas.
• Interfaces RJ11, que se utilizan para conectar teléfonos analógicos y ofrecer servicios de voz.
• Interfaces E1 o STM-1, para dar servicios específicos de empresa.

Es fundamental para el desarrollo del mercado alcanzar la interoperabilidad OLT-ONT entre diferentes fabricantes.

MDU (Multi Dwelling Unit)

Permite ofrecer servicio a múltiples usuarios, frente a las ONTs que dan servicio a un único cliente. Existen varios modelos de MDU entre los que destacan estos dos:

• MDU XDSL:

Termina la fibra óptica que llega de la central telefónica. Utiliza tecnología XDSL para ofrecer servicios a los usuarios. Van integrados dentro de un armario, que se ubica en una zona común del edificio, con fácil acceso a los pares de cobre que llegan a los pisos.

La ventaja fundamental que ofrecen respecto a las ONTs es que permiten aprovechar las tiradas de cobre que existen en los edificios. La desventaja es que tienen todas las limitaciones de las tecnologías XDSL.

• MDU con interfaces fase ethernet:

Están equipadas con una gran cantidad de interfaces ethernet y permiten dar servicio a un edificio que esté cableado con RJ45 o a una empresa.

Aplicaciones

• Fibra hasta X (FTTX)

• Regulado por FSAN
• Alcance : 20 km

• Ethernet en theFirstMile (EFM) (conexión de red entre las instalaciones del cliente y la oficina central). :::*Regulado por IEEE 802.03ah

• Alcance: 750 m –2,7 km
• Distribución de tv digital

Servicios que ofrece

GPON es un estándar muy potente pero a la vez muy complejo de implementar que ofrece:

• Soporte global multiservicio: incluyendo voz (TDM, SONET, SDH), Ethernet 10/100 Base T, ATM, Frame Relay y muchas más
• Alcance físico de 20 km
• Soporte para varias tasas de transferencia, incluyendo tráfico simétrico de 622Mbps, tráfico simétrico de 1.25Gbps y asimétrico de 2.5Gbps en sentido descendente y 1.25 en sentido ascendente.
• Importantes facilidades de gestión, operación y mantenimiento, desde la cabecera OLT al equipamiento de usuario ONT.
• Seguridad a nivel de protocolo (cifrado) debido a la naturaleza multicast del protocolo.

Resumen principales parámetros

Conclusiones y Perspectivas Futuras

La mayoría de los grandes operadores actuales se han decantado por la tecnología GPON. En 2007 muchas operadoras han realizado “pruebas piloto” con pocos usuarios. El objetivo de estas pruebas es empezar a vislumbrar las dificultades de trabajar la fibra óptica. A lo largo de 2008 se espera el lanzamiento “masivo” de servicios sobre GPON. A modo de ejemplo, Verizon espera tener 6 millones de hogares conectados en 2008 (18 millones para 2010) y France Telecom conectará a 200.000 usuarios en 2008.

Enlaces externos

• Recomendación ITU-T G.984.1
• Recomendación ITU-T G.984.2
• Recomendación ITU-T G.984.3
• Recomendación ITU-T G.984.4
• Recomendación ITU-T G.984.5
• Implementers’ Guide for ITU-T Rec. G.984.3