Redes de Acceso de Fibra Óptica

 

  REDES DE ACCESO DE FIBRA ÓPTICA. ÓPTICA. Daniel Alejandro Barreiro Herrera En el presente texto, se hará una revisión general del estado del arte de las redes de acceso de fibra óptica, las cuales se plantean como una solución sostenible y eficiente para la creciente necesidad de ancho de banda por parte de los usuarios finales. Primeramente, se justifica el porqué es necesario hablar de las redes de acceso para posteriormente mostrar las principales topologías Home Run que se harían presentes en su futura implementación. Se sabe que en los últimos años se ha generado una creciente demanda de ancho de banda por parte de los usuarios finales residenciales y empresariales, quienes buscan servicios como Televisión de Alta Definición (HDTV), Video por Demanda (VoD), Voz sobre IP (VoIP) e Internet de alta velocidad para que estén altamente presentes en las redes, es por esa razón que existe el reto de transmitir cada vez mayor cantidad de datos con bajas latencias y con la mayor calidad de servicio posible [1]. [1]. Se proyecta que en los próximos años toda la infraestructura constituida por cable coaxial será reemplazada por tofibra óptica; asimismo, más cerca al usuario con tecnologías como  fiber   (FTTH) y  fiberestará  (FTTB), ya quefinal existirán the home to the building más aplicaciones que requieran la infraestructura de fibra óptica[1] óptica[1].. Para FTTH se utilizan actualmente tecnologías como  point-to-point   (PtP) y  pasive optical network   (PON); comercialmente la tecnología PON ofrece soluciones basadas en timedivision multiplexing (TDM), además, cada vez se realizan más investigaciones en otras tecnologías como WDM, OFDMA, soluciones hibridas, entre otras; que se perfilan como la próxima generación en accesos ópticos alcanzando los requerimientos esperados por cada usuario brindándole a su vez flexibilidad y movilidad integrando servicios inalámbricos con fibra óptica [1] [1].. Por otro lado, estudios recientes muestran como el uso de internet en Norte América se ha incrementado en un 40% [2]. [2]. Aun así la red de comunicaciones consume aproximadamente un 2% del consumo total de energía a nivel mundial [3]. [3]. Esta situación tiende a cambiar significativamente en un futuro cercano, se estima que para el 2025 el consumo energético se aumentará entre 2 a 3 magnitudes con respecto a la actual [3] [3],, a menos que se desarrollen tecnologías mucho más eficientes energéticamente. En este sentido, la fibra óptica en comparación con el cobre es aproximadamente un 28% más eficiente, lo cual se notará al aumentar la velocidad, por ejemplo a 10 Gbps, adicionalmente. Al tener en cuenta que su alcance es mucho mayor que el del cobre se puede reducir el número de nodos de conmutación utilizados, ahorrando energía significativamente [4] [4].. Al utilizar lainalámbricos tecnología ydeópticos, RoF, lase cual logra una integración entre losextra modos transmisión elimina la necesidad de un protocolo parade el

 

procesamiento de las señales, por éste motivo la reducción en el consumo de energía es significativa [4] [4].. El concepto de FTTH se conoce desde hace más de tres décadas, sin embargo su despliegue y explotación por operadores de telecomunicaciones ha comenzado en los últimos años debido al aumento de la demanda de servicios con alto consumo de ancho de banda y un bajo costo de implementación [5] [5].. Se observa cómo es una necesidad incrementar el ancho de banda en las arquitecturas debido a que los usuarios finales cada vez requieren más aplicaciones y servicios, por ejemplo: voz, datos, video de alta definición, etc. Por ese motivo se ve a la tecnología PON como la que va a permitir que se logre llegar hasta el hogar por medio de la Fibra Óptica (FTTH) [6] [6].. La arquitectura básica PON contiene tres elementos importantes: terminales ópticos de línea (Optical Line Terminals,  OLT), unidades de Red Óptica ( Optical Network Units, ONU)/terminales de Red Óptica (Optical Network Terminals, ONT) y red de distribución óptica (Optical Distribution Network , ODN). Generalmente, utilizan arquitectura en árbol y árbol-ramas, esto significa fibra óptica compartida de bajo costo para luego ser dividida entre los suscriptores [7]. [7]. Topología Home Run (Point-to-Point) En esta topología se instala una fibra óptica dedicada desde la central hasta cada uno de los usuarios finales. Por su configuración punto a punto cada usuario recibe buenas prestaciones en términos de calidad de servicio y un buen ancho de banda aunque con un incremento en el uso de elementos ópticos [8] [8]..

Figura 1. Topología Home Run [8] [8].. TDMA-PON

En ésta tecnología los datos a enviar se multiplexan en el dominio del tiempo, se instala un splitter (Figura 2) 2),, este envía los datos multiplexados a cada ONU en la dirección de bajada, posteriormente cada ONU recibe la misma copia de los datos y selecciona la apropiada gracias campo de dirección. En cuanto a subida los slots se asignan dinámicamente cada unaalde las ONU’s [9].. El tráfico [9] TDMA-PON de bajada es manejado a través de difusióna

 

(broadcast) desde el OLT hasta los ONU’s, para subida solamente puede transmitir un ONU

a la vez ya que el canal es compartido [10]. [10].

Figura 2. Topología TDMA-PON [9] [9].. Existen diferentes tipos de tecnologías TDMA-PON como por ejemplo Gigabit PON (GPON) y Ethernet PON (EPON), (EPON), en el caso de GPON soporta soporta un mayor ancho de banda y distancia entre la oficina central y los usuarios por a la eficiencia en el desarrollo de sus algoritmos [11].. [11]

WDM-PON

En esta tecnología una longitud de onda se dedica para cada ONU en la dirección de bajada y un splitter   WDM WDM se encarga de enviar la información adecuada a cada ONU (Figura (Figura 3) 3),, a diferencia de TDMA-PON cada ONU recibe su propia información, por lo tanto WDM-PON tiene ventajas en seguridad con respecto a TDMA-PON aunque los altos costos de los equipos son una desventaja para WDM-PON, esta arquitectura puede soportar además topologías mucho más complejas que en árbol o estrella [9] [9],, [12]. [12].

Figura 3. Topología WDM-PON [9] [9].. OFDMA-PON

Aunque se sabe que esta tecnología no es la mejor en cuanto al rendimiento en la transmisión, muchos científicos, aunque no todos creen que por sus características especiales podría mejorar la dispersión generada en el canal de comunicaciones. Por esta razón es que se están desarrollando investigaciones para mejorar su eficiencia espectral e implementar Media Access Control (MAC) en PONs [13] [13]..

 

  Híbrido TDM/WDM-GPON

La arquitectura WDM/TDM híbrida GPON consiste en una serie de ONUs que están separados por grupos, comparten dos longitudes de onda en el modo WDM y dentro de cada grupo se comparte una longitud de onda en el modo TDM. La Figura 4 muestra la arquitectura de una red de ese tipo [7] [7]..

Figura 4. Arquitectura de WDM/TDM Hybrid GPON [7] [7].. Por este motivo se puede decir que la tecnología WDM/TDM Hybrid GPON combina beneficios tanto de TDM-PON y WDM-PON, de esta forma se le considera como la evolución para la asignación dinámica de ancho de banda (DBA), ya que satisface los requerimientos de calidad de servicio (QoS) de manera efectiva [7]. [7]. Teniendo en cuenta las topologías consultadas, se puede observar que al extraer las características que las hacen eficientes, se logran combinaciones que brindan buenos rendimientos; por lo tanto, el estudio de las redes acceso de fibra óptica incentiva la creación de topologías que ayuden a cumplir los requerimientos actuales de los usuarios finales, sabiendo que cada vez son mayores. En conclusión, la eficiencia energética y ancho de banda brindado por este tipo de redes es una solución viable para futuras implementaciones.

REFERENCIAS

[1] I. Tomkos, L. Kazovsky, and K.-I. Kitayama, "Next-generation optical access networks: Dynamic bandwidth allocation, resource use optimization, and QoS improvements [Guest Editorial]," Network, IEEE , vol. 26, no. 2, pp. 4,6, March-April 2012. [2] D. Kilper, Energy Efficient Networks.: OFC, 2011. [3] R. Tucker et.al, "Charting a Path to Sustainable and Scalable ICT Networks," in GreenTouch June

 

Open Forum, 2012.

[4] L.G. Kazovsky K azovsky et al., "How to design an energy efficient fiber-wireless network," Optical Fiber Communication Conference and Exposition and the National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC), pp. 1-3, March 2013.

[5] Paul W. Shumate, "Fiber-to-the "Fiber-to-the-Home: -Home: 1977–2007," in J. Lightwave Technol , 2008. [6] Guannan Zheng, O. Liboiron-Ladouceur, D.V. Plant, Jian Wu, and Jintong Lin, "A novel hybrid WDM/TDM GPON topology with central bandwidth allocation and QoS support," IEEE Lasers and Electro-Optics Society , vol. 21st Annual Meeting, no. 9-13 Nov, pp. 600,601, 2008. [7] Yang Liu, Guoping Zhang, and Qing Li, "WDM/TDM Hybrid GPON Technology," Photonics and Optoelectronics (SOPO), vol. 2011 Symposium, pp. 1,3, 16-18 May 2011. [8] Chang-Hee Lee, W.V. Sorin, and Byoung-Yoon Kim, "Fiber to the Home Using a PON Infrastructure," Lightwave Technology , vol. 24, no. 12, pp. p p. 4568,4583, 2006. [9] L. Kazovsky et al., "Hybrid Optical–Wireless Access Networks," Proceedings of the IEEE , vol. 100, no. 5, pp. 1197,1225, 2012. [10] K. Grobe and J.-P. Elbers, "PON Evolution from TDMA to WDM-PON," Optical Fiber communication/National Fiber Optic Engineers Conference, vol. OFC/NFOEC 2008, pp. 1,7, 2008. [11] K. Grobe and J.-P. Elbers, "PON in adolescence: from TDMA to WDM-PON," Communications Magazine, vol. 46, no. 1, pp. 26,34, 2008. [12] Gee-Kung Chang et al., "Key Technologies of WDM-PON for Future Converged Optical Broadband Access Networks [Invited]," Optical Communications and Networking, vol. 4, no. 1, pp. C35,C50, 2009. [13] G.-K Chang et al., "BPhase noise influence in optical OFDM systems employing RF pilot tone for phase noise cancellation," Optical Communications. Communications., vol. 32, pp. 141,145, 2001.