Red Óptica Pasiva (PON)
Aprenda sobre las redes ópticas pasivas, incluidos los diferentes tipos de PON, las diversas aplicaciones de PON, los beneficios de PON, la arquitectura de PON, etc.
¿Qué es una red óptica pasiva?
Una red óptica pasiva (PON) es una red de fibra óptica que utiliza una topología punto a multipunto (P2MP) y divisores ópticos para entregar datos desde un único punto de transmisión a múltiples puntos finales de usuario. Pasivo, en este contexto, se refiere a la condición sin alimentación de la fibra y los componentes de división/combinación.
A diferencia de una red óptica activa, la energía eléctrica solo se requiere en los puntos de envío y recepción, lo que hace que una PON sea inherentemente eficiente desde el punto de vista del costo operativo. Las redes ópticas pasivas se utilizan para transmitir simultáneamente señales en ambas direcciones, ascendente y descendente, hacia y desde los puntos finales del usuario.
Componentes y dispositivos de red óptica pasiva
La fibra óptica y los divisores son los bloques de construcción verdaderamente “pasivos” de la PON, sin necesidad de alimentación eléctrica. Los divisores ópticos (circuito de guía de onda plano) no son selectivos en cuanto a la longitud de onda y simplemente dividen cualquier longitud de onda óptica en la dirección descendente, por supuesto, la división de una señal óptica incurre en una pérdida de potencia que depende del número de formas en que se divide una señal. Los divisores no requieren refrigeración ni ningún otro mantenimiento continuo inherente a los componentes de red activos (como los amplificadores ópticos) y pueden durar décadas si no se perturban.
Además de los componentes pasivos, se requieren dispositivos finales activos para crear completamente la red PON.
El terminal de línea óptica (OLT) es el punto de partida de la red óptica pasiva. Está conectado a un conmutador central a través de conectores Ethernet. La función principal del OLT es convertir, enmarcar y transmitir señales para la red PON y coordinar la multiplexación del terminal de red óptica (ONT) para la transmisión ascendente compartida.
Consejos:
También puede ver que los dispositivos del usuario final se denominan unidad de red óptica (ONU), esta es simplemente una diferencia de terminología entre los dos principales organismos de estándares, la ITU-T (Unión Internacional de Telecomunicaciones-Sector de Normalización de las Telecomunicaciones) que utiliza ONT y el IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) que utiliza ONU, los dos términos son efectivamente intercambiables pero dependen del servicio y el estándar PON que se utilice.
El ONT es el dispositivo alimentado del sistema de red óptica pasiva en el extremo opuesto (usuario) de la red e incluye puertos Ethernet para la conectividad de dispositivos o redes en el hogar.
Arquitectura de red óptica pasiva
Las redes PON adoptan una arquitectura punto a multipunto (P2MP) que utiliza divisores ópticos para dividir la señal descendente de un único OLT en múltiples rutas descendentes hacia los usuarios finales, los mismos divisores combinan las múltiples rutas ascendentes de los usuarios finales de vuelta al OLT.
Se seleccionó punto a multipunto como la arquitectura PON más viable para las redes de acceso óptico con las eficiencias inherentes del uso compartido de fibra y el bajo consumo de energía. Esta arquitectura se estandarizó en 1998 a través de la especificación ATM-PON G.983.1.
Hoy en día, el estándar ITU-T G.984 para G-PON ha suplantado el estándar ATM, ya que el Modo de Transferencia Asíncrona (ATM) ya no se utiliza.
Mecanismo TDM descendente de PON
Los usuarios tienen asignados intervalos de tiempo, durante estos tiempos, pueden transmitir sus datos desde terminales remotos.
Mecanismo TDM ascendente de PON
Una red PON comienza con el terminal de línea óptica (OLT) en la ubicación de origen del proveedor de servicios, normalmente conocida como Local u CO (Oficina Central), o a veces denominada centralita o cabecera. A partir de ahí, el cable de alimentación de fibra óptica (o fibra de alimentación) se enruta a un divisor pasivo, junto con una fibra de respaldo si se utiliza una. Las fibras de distribución se conectan desde el divisor a un terminal de bajada, que puede estar ubicado en un armario de calle o en una carcasa resistente montada en un pozo, en un poste telegráfico o incluso en el lateral de los edificios. Las fibras de bajada proporcionan entonces la conexión final uno a uno desde el puerto del terminal de bajada a un ONT/ONU del usuario final. En algunos casos, se utiliza más de un divisor en serie, esto se conoce como una arquitectura de divisor en cascada.
Las señales transportadas en la fibra de alimentación se pueden dividir para proporcionar servicio a hasta 128 usuarios con una ONU o ONT que convierte las señales y proporciona a los usuarios acceso a Internet. El número de formas en que la señal OLT descendente se divide o separa antes de llegar al usuario final se conoce como la proporción de división o divisor (por ejemplo, 1:32 o 1:64).
En configuraciones más complejas donde el vídeo RF se transmite en paralelo al servicio de datos PON o los servicios PON adicionales coexisten en la misma red PON, se utilizan combinadores pasivos (MUX) en la oficina central/local para fusionar la longitud de onda de superposición de vídeo y las longitudes de onda de servicio PON adicionales en la fibra de alimentación OLT saliente.
Funcionamiento de la red óptica pasiva
Una innovación que es integral para el funcionamiento de PON es la multiplexación por división de onda (WDM), utilizada para separar los flujos de datos en función de la longitud de onda (color) de la luz láser. Se puede utilizar una longitud de onda para transmitir datos descendentes, mientras que otra se utiliza para transportar datos ascendentes. Estas longitudes de onda dedicadas varían según el estándar PON en uso y pueden estar presentes simultáneamente en la misma fibra.
El acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) es otra tecnología utilizada para asignar el ancho de banda ascendente a cada usuario final durante un período de tiempo específico, que es administrado por el OLT, lo que evita colisiones de longitud de onda/datos en los divisores PON o OLT debido a múltiples ONT/ONU que transmiten datos ascendentes al mismo tiempo. Esto también se conoce como transmisión en modo ráfaga para el enlace ascendente PON.
Tipos de servicio PON
Desde su introducción en la década de 1990, la tecnología PON ha seguido evolucionando y se han formado múltiples iteraciones de la topología de la red PON. Los estándares originales de red óptica pasiva, APON y BPON, han dado paso gradualmente a los beneficios de ancho de banda y rendimiento general de las versiones más nuevas.
Aplicaciones PON
Una PON a veces se conoce como la “última milla” entre el proveedor y el usuario, o la Fibra hasta la x (FTTx) con “x” que significa el hogar (FTTH), el edificio (FTTB), las instalaciones (FTTP) u otra ubicación, dependiendo de dónde se termine la fibra óptica. Hasta ahora, la fibra hasta el hogar (FTTH) ha sido la principal aplicación de PON.
La infraestructura de cableado reducida (sin elementos activos) y los atributos de transmisión de medios flexibles de las redes ópticas pasivas la han convertido en un ajuste ideal para las aplicaciones de Internet, voz y vídeo en el hogar. A medida que la tecnología PON ha seguido mejorando, las aplicaciones potenciales también se han expandido.
El despliegue de 5G continúa, y las redes PON han encontrado una nueva aplicación con el fronthaul 5G. El fronthaul es la conexión entre el controlador de banda base y el cabezal de radio remoto en el sitio celular.
Debido a las demandas de ancho de banda y latencia impuestas por 5G, la utilización de redes PON para completar las conexiones de fronthaul puede reducir el recuento de fibra y mejorar la eficiencia sin comprometer el rendimiento. De la misma manera que la señal de origen se divide entre los usuarios para FTTH, la señal de las unidades de banda base se puede distribuir a una matriz de cabezales de radio remotos.
Las aplicaciones adicionales que son adecuadas para las redes ópticas pasivas incluyen campus universitarios y entornos empresariales. Para las aplicaciones de campus, las redes PON producen ventajas discernibles con respecto a la velocidad, el consumo de energía, la fiabilidad y las distancias de acceso, pero principalmente el costo de construcción/despliegue y la operación continua.
PON permite la integración de funciones del campus, como la gestión de edificios, la seguridad y el estacionamiento con equipos, cableado y sistemas de gestión dedicados reducidos. De manera similar, los complejos empresariales de tamaño mediano a grande pueden obtener beneficios inmediatos de la implementación de PON, con la reducción de los costos de instalación y mantenimiento que impactan directamente en el resultado final.
Beneficios de las redes ópticas pasivas
Uso eficiente de la energía
Las ventajas inherentes al despliegue de PON son abundantes. El más fundamental de estos beneficios es la falta de alimentación requerida para la red de acceso. Con la energía solo requerida en los extremos de origen y recepción de la señal, hay menos componentes eléctricos en el sistema, lo que reduce los requisitos de mantenimiento y menos oportunidades de fallas en los equipos alimentados.
Infraestructura simplificada y facilidad de actualización
La arquitectura pasiva también elimina la necesidad de armarios de cableado, infraestructura de refrigeración o electrónica de tramo medio. A medida que la tecnología evoluciona, solo los dispositivos de punto final (OLT, ONT/ONU) requieren actualización o reemplazo, ya que la fibra óptica y la infraestructura del divisor permanecen constantes.
Uso eficiente de la infraestructura
Todos los operadores necesitan obtener todo lo que puedan de la infraestructura nueva o existente y obtener capacidad de servicio sobre una huella de red existente. Los diversos estándares PON combinados con servicios como RF sobre vidrio (RFoG) o superposición de vídeo RF pueden coexistir en el mismo PON para ofrecer múltiples servicios (triple play) y obtener más ancho de banda sobre la misma fibra.
Facilidad de mantenimiento
Las redes de cobre que están siendo reemplazadas por PON son muy vulnerables a las interferencias electromagnéticas y al ruido. Al ser ópticas, las redes PON no son susceptibles a tales interferencias y preservan la integridad de la señal bien a lo largo de la distancia planificada. En una red PON, necesitamos preocuparnos principalmente por si los dispositivos activos (el ONT, ONU y OLT) están gestionando correctamente la sincronización y la transmisión de la señal y si los componentes pasivos no están causando demasiada pérdida de señal (atenuación óptica). La pérdida es fácil de ver, y es fácil identificar la causa en los elementos PON, lo que hace que estas redes sean fáciles de mantener y solucionar problemas.
Limitaciones de las redes ópticas pasivas
Distancia
A pesar de los numerosos beneficios, existen posibles inconvenientes en las redes ópticas pasivas en comparación con las redes ópticas activas. El alcance de PON está limitado a entre 20 y 40 km, mientras que una red óptica activa puede alcanzar hasta 100 km.
Acceso a las pruebas
La solución de problemas puede ser un desafío en algunas condiciones, ya que el acceso a las pruebas puede olvidarse o ignorarse al diseñar una PON y las herramientas de prueba deben permitir la solución de problemas en servicio sin interrumpir el servicio a otros usuarios finales en la misma PON. Si existe acceso a las pruebas, entonces la prueba se puede realizar con una solución de prueba portátil o centralizada utilizando una longitud de onda fuera de banda como 1650 nm para evitar cualquier choque con las longitudes de onda PON existentes. Cuando no se planifica el acceso a las pruebas, se debe obtener acceso desde uno u otro punto final en el OLT o ONT, o una sección de la PON debe sacarse de servicio temporalmente.
Alta vulnerabilidad a averías en la línea de alimentación o en el OLT
Debido a la arquitectura P2MP, la línea de alimentación y el OLT dan servicio a múltiples usuarios finales (potencialmente hasta 128). Hay poca redundancia y, en este caso, un corte accidental de fibra o un OLT defectuoso, la interrupción del servicio puede ser extensa.
En general, los beneficios inherentes a las redes ópticas pasivas superan sustancialmente estas limitaciones.
A medida que la tecnología PON continúa mejorando, las ventajas estratégicas y económicas del despliegue de PON se vuelven más convincentes. Los desafíos que están abordando los diseñadores de las generaciones futuras incluyen una mejor capacidad de alcance y mayores proporciones de divisores para reducir aún más el gasto de cable. Estas mejoras, combinadas con velocidades que ahora alcanzan los 10 Gbps y más allá, ayudarán a continuar la expansión de las redes ópticas pasivas en las ciudades inteligentes, universidades, hospitales y corporaciones que conforman el mundo conectado del mañana.