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¿Qué es la red de fibra óptica FTTH y de qué forma marcha?

Comenzaremos discutiendo una secuencia de conceptos que nos ayudarán a entender mejor cómo marcha esta tecnología.

Terminología de la red GPON

La red GPON consta de distintas dispositivos. Es primordial comprender qué es cada dispositivo y cuál es su propósito al conectar un cable de fibra óptica a la red y también Internet. Luego vas a poder leer en aspecto todos y cada uno de los gadgets que emplea. Esto marcha en el momento en que charlamos de GPON.

  • Red óptica pasiva Gigabit (GPON): Estándar de red óptica pasiva (PON) anunciado por ITU-T.
  • Red de distribución óptica (ODN): Son gadgets físicos de fibra óptica que llevan señales a los clientes en una red de telecomunicaciones. Una ODN se compone de dispositivos ópticos pasivos (POS), como cables de fibra óptica y uno o mucho más divisores ópticos pasivos.
  • Terminal de red óptica (ONT) / Unidad de red óptica (ONU): Son PCs instaladas por los usuarios finales (PCs de escritorio, teléfonos, etc.) para conectarse a la red GPON. Convierten señales ópticas en eléctricas. ONT asimismo ofrece encriptado AES mediante la clave ONT.
  • Divisor Se usan para agregar o multiplexar señales de fibra óptica a un solo cable de fibra óptica ascendente. Por norma general, la proporción más usada es 1:32.
  • Terminal de línea óptica (OLT)-Un dispositivo que combina todas y cada una de las señales ópticas de los ONT en un haz multiplexado, luego las transforma en señales eléctricas y las formatea en el estándar de paquetes Ethernet TPE para la transmisión de Capa 2 o Cubierta 3.
  • Multiplexación por división de longitud de onda (WDM): La multiplexación por división de longitud de onda (WDM) es una tecnología que utiliza láseres con diferentes longitudes de onda (es decir, colores) para multiplexar las señales de múltiples portadoras ópticas en solo una fibra óptica.
  • Procedimiento de embalaje GEM G-PON (GEM): Este es el esquema de transmisión de tramas de datos que se emplea en los sistemas Gigabit Passive Optical Network (G-PON). Está destinado a la conexión y acepta la fragmentación de las tramas de datos del usuario en extractos de transmisión de tamaño variable.
  • Fibra a la X (FTTX): FTTX es una generalización de múltiples configuraciones para la entrega de fibra óptica, dividida en 2 grupos: FTTP / FTTH / FTTB (ruta de fibra en el final de la casa / casa / edificio) y FTTC / N (ruta de fibra óptica al gabinete / nodo). cables, el cable de cobre completa la conexión).
  • T-CONT / TCONT: Este es un contenedor de envío.
  • OMCC: Este es el canal de control y monitoreo de la unidad de red óptica.
  • OMCI: Es la interfaz de administración y control de la unidad de red óptica.
  • Placa de circuito impreso: Este es el siguiente bloque de control físico.
  • Multiplexación por división de tiempo: Este es un multiplexor de división de tiempo.
  • Ingreso múltiple de tiempo compartido: Ingreso múltiple en multiplexor por división de tiempo.

Diagrama de Red

En el diseño habitual de Ethernet, poseemos tres capas principales, a comprender, el núcleo o el núcleo que aloja los gadgets L3, están interconectados y utilizan protocolos de puerta de enlace internos para enrutamiento dinámico (como OSPF) y protocolos (como VRRP). Reserva. La cubierta de distribución también se compone de gadgets L3 y L2 y por último la cubierta de acceso a la que está conectado el terminal, como B. Computadoras, puntos de acceso WLAN, teléfonos IP, etcétera.

En el diseño de GPON, vamos a encontrar que hay 2 capas en total. OLT es una de las partes mucho más esenciales, ya que se usa para conectar diferentes dispositivos. También contamos con un splitter 1:32 que nos deja conectar múltiples usuarios al tiempo, resultando en un ONT para cada usuario. Evidentemente, todos estos dispositivos son pasivos, como recomienda el nombre «GPON».

Como puede ver, la construcción de GPON es muy simple pero vigorosa. Un buen ejemplo es que, gracias a la fibra óptica, podemos crear redes de alta velocidad. También es muy barato por el hecho de que consume poca electricidad.

Resumen de la tecnología

El OLT se conecta primero al divisor óptico con un solo cable de fibra óptica, y después el divisor óptico se conecta al ONU / ONT. GPON entonces utiliza WDM para transmitir datos en diferentes longitudes de onda ascendentes / descendentes sobre exactamente el mismo ODN. El rango de longitud de onda aguas arriba es de 1290-1330 nm, y el rango de longitud de onda de la dirección de descarga es de 1480-1500 nm. Empieza la transmisión de datos en la dirección de descarga y luego se descarga en modo ráfaga en modo TDMA (en dependencia del intervalo de tiempo). Para finalizar, se acepta la multidifusión multipunto (P2MP).

Informaciones GPON

La tecnología GPON ha existido a lo largo de muchos años, e inclusive si nos encontramos lejos del OLT principal conectado a la industria del encriptado, tenemos la posibilidad de proveer velocidades de carga y descarga muy altas en el hogar. En este momento repasaremos las características primordiales de GPON a fin de que logre ver las limitaciones y Consumo de energía.

Restricciones de GPON

  • Alcance lógico máximo: 60 km (esta es la distancia máxima controlada por la cubierta superior del sistema (MAC, TC, rango), sujeto a especificaciones futuras que dependen del medio físico (PMD)).
  • Distancia máxima de fibra óptica entre los puntos de envío / recepción (S / R) y de recepción / envío (R / S): 20 km.
  • Distancia máxima de fibra diferencial: 20 km.
  • Relación de división: pérdida de enrutamiento limitada, PON con divisor pasivo (dividido en 16, 32 o 64 canales).
  • Velocidad: carga de 1.24416 Gbps, carga de 2.48832 Gbps.

Presupuesto energético

Dentro de GPON, se debe tener en consideración la pérdida de desempeño óptico. Esta pérdida se puede contribuir de diferentes formas, por servirnos de un ejemplo:

  • Pérdida del separador.
  • Pérdida por quilómetro de fibra (precisamente 0,35 dB por kilómetro para 1310 y 1490 nm).
  • Pérdida de soldadura (> 0,2 dB).
  • La fibra está doblada.

Como se expone en la figura, la pérdida ocasionada por la utilización de varios delimitadores es:

Como se muestra en la figura, las pérdidas de trayectoria óptica mínima y máxima para cada categoría son:

Nota: Por poner un ejemplo, para un género de sistema, los requisitos para un cierto nivel pueden ser más estrictos que para otro tipo de sistema. Predecesor. Dado que se usa un divisor / combinador 1: 2 en todos y cada lado del ODN, cada uno tiene una pérdida de aproximadamente 3 dB, por lo que el rango de atenuación de Clase C es inherentemente mucho más estricto para un sistema TCM.

El principio de desempeño de la transmisión de paquetes de datos en la tecnología GPON

Ruta de paquetes descendente (OLT a ONT)

Carta de Refinación y Marketing. Como se muestra en la figura, el paquete de datos va en sentido descendente desde la OLT a cualquier ONU u ONT.

Consejos para entender el esquema: En sentido descendente desde la perspectiva del divisor, podemos pensar en él como tráfico que va a la ONU / ONT o a los usuarios finales.

Los packs de datos de enlace descendente se mandan como transmisión, los mismos datos se envían al mismo ONU / ONT y los distintos datos se identifican a través de un ID de puerto GEM. Deje que la ONU / ONT reciba los datos requeridos usando el ID de ONU. El rango de longitud de onda de descarga es de 1480-1500 nm. Trabajo continuo en la dirección de la descarga: incluso si no hay tráfico de usuarios mediante GPON, hay una señal incesante si el láser no está desactivado administrativamente.

Como se muestra en la figura, el desarrollo de reenvío de paquetes de datos en la dirección descendente está en curso.

Desarrollo de comunicación

  1. La OLT envía una trama Ethernet desde el puerto ascendiente al módulo basado en reglas de procesamiento de servicios GPON configurado para el puerto PON.
  2. El módulo de procesamiento de servicios GPON encapsula la trama de Ethernet en un bulto de datos del puerto GEM para la transmisión descendente.
  3. Las tramas GPON Transmission Convergence (GTC) que poseen GEM-PDU se envían a todas las ONT / ONU conectadas a los puertos GPON.
  4. El ONT / ONU filtra los datos recibidos según el identificador de puerto GEM contenido en el encabezado GEM-PDU y guarda los datos relacionados solo con el puerto GEM en el ONT / ONU.
  5. La ONT desencapsula los datos y manda la trama de Ethernet al usuario final a través del puerto de servicio.

Composición de trama de paquete de link descendente

La trama GPON en la dirección de descarga tiene una longitud fija de 125 sy existe. consta de 2 partes: el bloque de control físico (PCBd) en la dirección de descarga y la dirección de carga útil. OLT manda PCBd a todas y cada una de las ONU / ONT. La ONU / ONT recibe el PCBd y realiza operaciones basado en la información recibida. PCBd consta de un encabezado GTC y un BWmap.

  • Título de términos y condiciones: Se emplea para la descripción de tramas, temporización y corrección de errores de transmisión (FEC).
  • Tarjeta BW: Este campo comunica a la propia ONU de la asignación de ancho de banda del link ascendente. Especifique un intervalo de tiempo de comienzo y finalización ascendiente para los T-CONT de cada ONU para asegurar que todas y cada una de las ONU manden datos dentro del intervalo de tiempo especificado por la OLT para eludir choques de datos.
    Como se expone en la figura, la imagen ampliada exhibe el contenido de la carga útil de PCBd y GTC.

Término clave

  • Acompasar (4 bytes de longitud): campo de sincronización física que señala el inicio de cada PCBd.
  • personalidad (4 bytes de longitud): se emplea para indicar una estructura de trama mucho más grande, incluyendo el contador de supertrama usado por el sistema de cifrado.
  • PLOAMd (13 bytes de longitud): el dominio OAM de la cubierta física subyacente (PLOAM) lo considera como un canal de trabajo gestionado y basado en mensajes entre OLT y ONU / ONT.
  • Señal de sonido (1 byte de longitud): paridad de entrelazado de bits, el lado receptor mide el número de fallos en la conexión.
  • Exceso (4 bytes de longitud): campo en orden descendente de longitud de datos de usuario.

Ruta de paquetes ascendente (ONT a OLT)

Como se muestra en la figura, los paquetes de datos ascendentes viajan desde múltiples ONU a la OLT.

Comprenda la sugerencia de la figura: puede ver el fluído ascendente desde el punto de vista del divisor, o el tráfico desde ONU / ONT, usuario final a OLT.

Paquetes de datos de enlace ascendiente la comunicación se efectúa mediante TDMA (Time Division Multiple Access). Mida la distancia entre OLT y ONT / ONU. Los intervalos de tiempo se asignan según la distancia que envía la ONT / ONU en función de los intervalos de tiempo concedidos en el tráfico ascendente. La asignación activa de ancho de banda (DBA) permite que OLT rastree la congestión, la utilización del ancho de banda y la configuración en el mismo instante. Detección y prevención de choques en todo momento. El rango de longitud de onda aguas arriba es de 1290 nm a 1330 nm. Como se muestra en la figura, el desarrollo de reenvío de paquetes de datos en sentido ascendente.

Proceso de comunicación

  1. La ONT / ONU envía tramas Ethernet al puerto GEM según el puerto de servicio de mapeo configurado y las reglas del puerto GEM.
  2. Los puertos GEM encapsulan las tramas Ethernet en las PDU GEM y agregan estas PDU a la cola TCONT de acuerdo con el puerto GEM y las reglas de asignación de la cola TCONT.
  3. La cola TCONT utiliza ranuras fundamentadas en DBA y luego transmite las PDU GEM ascendientes a la OLT.
  4. Par OLT La PDU GEM está desencapsulada y en este momento se puede observar la trama Ethernet original.
  5. La OLT envía una trama Ethernet desde el puerto ascendiente designado de acuerdo con el puerto de servicio y las reglas de asignación de puertos ascendientes.

Estructura de trama de paquete ascendiente

La duración fija de cada trama GPON ascendente es de 125 segundos. Cada trama ascendiente contiene datos transportados por uno o mucho más T-CONT / TCONTs. Todas y cada una de las ONU bajo el puerto GPON comparten el ancho de banda ascendente. Todas las ONU mandan datos según con los requisitos de asignación de ancho de banda (BWmap) en sus ranuras ascendentes. Cada ONU usa una trama ascendiente para reportar el estado de los datos que se enviarán a la OLT. OLT usa DBA para conceder ranuras ascendentes a las ONU y manda actualizaciones en todos y cada trama.

Nota. Las tramas ascendientes se mandan en packs de sobrecarga de la capa física ascendiente (PLOu) y una o mucho más ranuras de asignación de ancho de banda asignadas a un ID de asignación concreto.

Como se expone en la imagen, la diferencia entre un cuadro descendente y un cuadro ascendente.

Término clave

  • Congestión de la cubierta física ascendiente (PLou)-En la parte superior de la cubierta física aguas arriba.
  • Cubierta física de enlace ascendente OAM (PLOAMu)– Mensaje PLOAM en sentido ascendiente. Piense en ello como un canal de control y operación basado en mensajes entre la OLT y la ONU / ONT.
  • Secuencia de nivel superior de desempeño (PLSu) -El orden de aumentar los niveles de potencia.
  • Informe de ancho de banda dinámico ascendente (DBRu)-Estudio de ancho de banda dinámico.
  • Carga útil: Datos del usuario.

Bloques funcionales de la tecnología GPON

Bloque de función OLT

OLT consta de tres partes principales:

  • Función de interfaz de puerto de servicio -Garantizar la conversión entre el diseño de servicio y el diseño de trama TC de la parte PON.
  • Función de conexión cruzada Da un canal de comunicación entre el shell PON y el shell de servicio, tal como una función de conexión cruzada.
  • Interfaz de red de distribución óptica (ODN) – Asimismo se distribuye en dos partes:

Función de plataforma de trabajo PON

Función PON TC Las tareas tienen dentro descripción de tramas, control de ingreso a medios, OAM, DBA y unidad de datos de protocolo (PDU) para las funcionalidades de administración y conexión cruzada de ONU.

Bloque servible ONU / OLT

El bloque funcional es exactamente el mismo que OLT. Si la ONU / OLT usa una interfaz PON (hasta 2 para protección), la función de cruce se ignora. Ahora los servicios MUX y DEMUX son los responsables del tráfico, y no esta función.

Registro de celebración

El protocolo GPON tiene su pila, solo Ethernet o IP. Como se muestra en la imagen, este es el protocolo de pila GPON:

Término clave

  • Kappa PMD – Corresponde a el diseño GPON entre OLT y ONU.
  • Términos y condiciones de Kappa – Responsable de encapsular la carga útil a través de celdas ATM o tramas GEM. Las tramas GEM tienen la posibilidad de transportar células Ethernet, POTS, Y también1 y T1.

Pantalla de tráfico: Ethernet

  • Examina la trama de Ethernet y asigna los datos de la trama de Ethernet de forma directa a la carga GEM.
  • El marco GEM encapsula automáticamente la información del encabezado.
  • Alineación 1: 1 entre la trama Ethernet y la trama GEM.

Como se expone en la figura, se asigna una trama Ethernet a una trama GEM:

OMCI

Los mensajes de la Interfaz de administración y control de ONU (OMCI) se usan para descubrir ONT / ONU para su gestión y control. Estos mensajes dedicados se mandan a través de un puerto GEM dedicado entre la OLT y la ONT / ONU.

El protocolo OMCI deja que OLT:

  • Establezca y desconecte la conexión a ONT.
  • Gestionar UNI en ONT.
  • Pida información de configuración y estadísticas de rendimiento.
  • Alertas sin conexión para acontecimientos como fallos de conexión.

Momento clave:

  • El protocolo funciona mediante la conexión GEM entre OLT y ONT.
  • La conexión GEM se establece a lo largo de la inicialización de ONT.
  • La operación del protocolo es asíncrona: el controlador OLT actúa como controlador profesor y el controlador ONT actúa como controlador esclavo.

Tecnología importante

clasificar

Para eludir choques de datos (colisiones), el OLT debe poder medir con precisión la distancia entre él y cada ONU / ONT a fin de proveer intervalos de tiempo adecuados para el suministro de datos en sentido ascendiente. Esto deja que la ONU mande datos a intervalos regulares para eludir inconvenientes en sentido ascendiente. Este proceso se lleva a cabo mediante una técnica llamada rango.

Proceso de clasificación

En el momento en que la ONU se registra en la OLT por primera vez y recibe un delay de ida y vuelta (RTD) de la ONU, la OLT empieza el proceso en la ONU.

Identificar otros componentes clave basados ​​en RTD

Calcule el rango físico de una ONU concreta, ya que la OLT debe proporcionar suficiente Delay de ecualización (EqD) para cada ONU dependiendo del rango físico. RTC y EqD sincronizan las tramas de datos enviadas por todas las ONU. Como se muestra en la figura, una demostración de lo que logra este desarrollo es colocar todas las ONU / OLT a exactamente la misma distancia virtual de OLT.

Tecnología de explosión

El flujo de packs de datos ascendente se efectúa en paquetes, y cada ONU / ONT es quien se encarga de trasmitir datos en su intervalo de tiempo asignado. Si la ONU / ONT no está en su intervalo de tiempo, el dispositivo desactiva la transmisión de su transceptor óptico para lograr coincidencias. debe ser evitado por otras ONU / ONT.

  • El módulo ONU / ONT acepta la función de ráfaga.
  • La función de recepción de rachas es compatible con el módulo OLT.
  • La diferente distancia entre cada ONU / ONT y OLT hace una atenuación de la señal óptica. Por ende, la potencia y el nivel de los paquetes de datos recibidos por la OLT cambian a distintas intervalos.
  • El ajuste de umbral dinámico permite que el OLT ajuste dinámicamente el umbral de nivel de potencia óptica. Esto asegura que se puedan recobrar todas y cada una de las señales de ONU.

Como se expone en la figura, una demostración de los diversos datos transmitidos por paquetes y después recuperados:

Asignación activa de ancho de banda (DBA)

El DBA deja que la OLT supervise la congestión de la red PON en tiempo real. Esto deja que la OLT ajuste el ancho de banda en función de varios componentes, incluidos la congestión, el uso del ancho de banda y la configuración.

Conceptos básicos de DBA

El DBA OLT incorporado junta continuamente informes de DBA, realiza cálculos y también comunica a la ONU a través del campo BWMap en la trama descendente. Según la información de BWMap, la ONU manda datos en la ranura asignada en sentido ascendente y, por consiguiente, ocupa el ancho de banda ascendiente. El ancho de banda asimismo se puede asignar en modo estático / fijo.

DBA tolerado

Se mejoró la utilización del ancho de banda ascendiente del puerto PON. Dé a los clientes un mayor ancho de banda y acepte a más usuarios en un solo puerto PON. Corrección de fallos hacia adelante (FEC). La transmisión de señales digitales hace errores y oscilaciones, lo que degrada la calidad de la transmisión de la señal. GPON puede emplear FEC, lo que permite que el punto final RX busque bits de error de transmisión.

Nota. FEC es unidireccional y no acepta comentarios de mensajes de error.

Elementos importante de FEC:

  • No requiere el envío de nuevos datos.
  • Solo funciona con FEC descendente.
  • Mejor calidad de transferencia de PCBd y manejo de carga útil.

Codificar una cadena

Todos los datos descendentes se transmiten a todas las ONU. El riesgo no está autorizado. La ONU recibe los datos en sentido descendente enviados a la ONU autorizada. Para solucionar este problema, GPON usa el algoritmo AES128 para cifrar paquetes de datos.

Punto de cifrado de cadena de claves

  • El uso de encriptado lineal no incrementa la sobrecarga ni disminuye el uso de ancho de banda.
  • La utilización de cifrado de línea no aumenta la latencia de transmisión.

Trueque y transferencia de claves

  • La OLT comienza una petición de intercambio de claves para la ONU. La ONU respondió a la petición con una nueva clave.
  • Después de recibir la clave, la OLT emplea la novedosa clave para cifrar los datos.
  • La OLT manda el número de trama enviado por el usuario de la nueva clave a la ONU.
  • La ONU recibe el número de trama y cambia la clave de autenticación a la trama de datos entrante.

Como se muestra en la figura, el desarrollo de trueque de claves:

Métodos de protección de red en tecnología GPON

GPON puede usar varios tipos diferentes de métodos de protección de red.

Escribe un.

  • No requiere un puerto OLT PON adicional.
  • Si falla la fibra primaria, el servicio se transfiere a la fibra secundaria.
  • La duración de la interrupción depende del tiempo de restauración de la línea.
  • Si la falla sucede en la intersección de la línea que conduce a las Naciones Unidas, no hay respaldo.

Tipo B

  • OLT proporciona dos puertos GPON como un OLT eficaz y protector.
  • La protección se restringe al cable de fibra óptica desde el OLT al divisor y a la placa OLT.
  • La ONU o la fibra de alimentación no proporcionan redundancia de gadgets.
  • No hay protección ONU ni ODN completo.
  • Emplea un divisor 2 x N y no posee pérdida óptica adicional.

Tipo c

Redundancia OLT, ODN y ONU

  • Dé 2 conexiones absolutamente redundantes para el equipo del usuario.
  • Dos opciones: protección de línea 1 + 1 y protección de línea 1: 1.

Defensa 1 + 1:

  • La protección PON es para una PON eficaz.
  • El tráfico habitual se copia y se manda a 2 PON con un puente permanente entre los dos OLT.
  • Al tiempo, se manda tráfico a la ONU y la elección entre las dos señales se basa en criterios por defecto.

Protección 1: 1:

  • El tráfico normal se transporta mediante PON eficaz o seguro.
  • Cambio automático de protección entre PON.
  • Más caro pero proporciona máxima disponibilidad.

Como conclusión, observamos que la tecnología GPON es una tecnología de ingreso a las telecomunicaciones que, como vimos, emplea fibra para comunicarse con el usuario final. Sus reglas técnicas fueron aprobadas por ITU-T en G.984.1, G.984.2, G.984.3, G.984.4 y G.984.5 en 2003-2004. Todos los desarrolladores de gadgets deben cumplir con estos para garantizar la compatibilidad. Es la estandarización de redes PON con velocidades superiores a 1 Gbps. Luego se revisaron 2 nuevas recomendaciones: G.984.6 (extensión de rango) y G.984.7 (rango largo). Aguardamos que con esta información, logre comprender absolutamente la tecnología GPON.

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