Tecnologías de Red Óptica Pasiva: BPON, EPON, GEPON y GPON Explicadas

Fundamentos de las Redes Ópticas Pasivas (PON)

BPON (Broadband Passive Optical Network - ITU-T G.983.1)

¿Qué es BPON y cuáles son sus características principales?

BPON (Broadband Passive Optical Network), estandarizado bajo la norma ITU-T G.983.1, es una tecnología de telecomunicaciones utilizada para ampliar servicios de banda ancha como Ethernet y transmisión de vídeo. Se basa en su antecesor APON (ATM PON), pero con la diferencia de que puede dar soporte a otros estándares de banda ancha además de ATM.

Sus características principales incluyen:

• Alcance físico: Hasta 20 km, igual que APON.
• Capacidad de usuarios: Soporta hasta 64 usuarios por puerto PON.
• Eficiencia: Aproximadamente del 70%.
• Transmisión de señales de cable: Permite la transmisión de señales de televisión por cable (CATV overlay).
• Protección: Ofrece protección a los puertos PON.
• Seguridad: Provee seguridad en la descarga de datos (downstream) mediante cifrado AES (Advanced Encryption Standard).
• Corrección de errores: Originalmente, no posee mecanismos de corrección de errores hacia adelante (FEC - Forward Error Correction) de forma nativa, aunque esto pudo variar en implementaciones posteriores o específicas.

EPON (Ethernet Passive Optical Network - IEEE 802.3ah)

¿Qué es EPON y cuáles son sus características principales?

EPON (Ethernet Passive Optical Network), definido por el estándar IEEE 802.3ah (también conocido como Ethernet in the First Mile), es una tecnología PON que aprovecha la tecnología Ethernet. Se encuentra basado en un mecanismo llamado MPCP (Multi-Point Control Protocol) para gestionar el acceso al medio. A diferencia de BPON, EPON no transporta celdas ATM, sino que utiliza directamente el protocolo Ethernet.

Ventajas de EPON:

• Velocidad: Trabaja típicamente a velocidades de 1 Gigabit por segundo (Gbps) para los usuarios, con variantes que alcanzan los 10 Gbps (10G-EPON).
• Simplicidad de Interconexión: La interconexión de redes EPON (o "islas EPON") es más simple debido a su naturaleza Ethernet nativa.
• Eficiencia de Protocolo: Elimina las conversiones ATM/IP, lo que simplifica la arquitectura de red y reduce la sobrecarga.
• Costos Reducidos: Su implementación tiende a ser de costos más reducidos, ya que no utiliza elementos ATM ni SDH (Synchronous Digital Hierarchy).
• Configuraciones Simétricas: El estándar admite configuraciones de ancho de banda simétricas (misma velocidad de subida y bajada).
• Corrección de Errores: Admite FEC (Forward Error Correction) para mejorar la robustez de la transmisión de datos.

Desventajas de EPON:

• Señales de Cable: Generalmente, no permite la superposición de señales de televisión por cable (CATV overlay) de forma nativa como BPON o GPON, aunque existen soluciones para ello.
• Protección de Puertos PON: No existe un estándar unificado de protección para los puertos PON en la especificación original de EPON; la protección suele depender de implementaciones propietarias.
• Seguridad en Bajada: La seguridad en la descarga de datos (downstream) puede ser menos robusta en comparación con GPON, que estandariza el cifrado AES para todo el tráfico de usuario.

GEPON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network - IEEE 802.3ah)

¿Qué es GEPON y cuáles son sus características principales?

Las siglas GEPON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network) identifican una tecnología desarrollada para el transporte de datos sobre fibra óptica, basada en el protocolo Ethernet y una familia de estándares probados (principalmente IEEE 802.3ah, al igual que EPON). GEPON permite desplegar redes de acceso a usuarios residenciales y empresariales utilizando distribuidores ópticos pasivos.

En esencia, GEPON es una denominación que enfatiza la capacidad de EPON para operar a velocidades de Gigabit Ethernet. Sus características son, por lo tanto, las mismas que las de EPON, destacando su capacidad de transmisión de 1 Gbps (o superior en versiones más recientes como 10G-EPON).

Profundizando en GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network)

Tecnologías y Estándares Fundamentales en GPON

¿Qué tecnologías y estándares utiliza GPON?

GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) se basa en varias tecnologías y estándares clave para su funcionamiento eficiente y su capacidad de ofrecer múltiples servicios:

• Multiplexación por División de Tiempo (TDM) y Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA): Se utiliza TDM para la información descendente (downstream) desde la OLT a las ONTs, lo que elimina la ausencia de colisiones. Para la información ascendente (upstream) desde las ONTs a la OLT, se utiliza TDMA, gestionando las transmisiones para evitar colisiones.
• Cifrado AES (Advanced Encryption Standard): GPON utiliza AES para el cifrado del tráfico descendente, lo que lo hace más confiable y seguro.
• Asignación Dinámica de Ancho de Banda (DBA): GPON realiza una asignación dinámica de ancho de banda, permitiendo un uso más eficiente de los recursos de la red.
• Encapsulación: Los datos se encapsulan utilizando principalmente GEM (GPON Encapsulation Method), que es muy eficiente para transportar tráfico Ethernet y TDM. También es posible la encapsulación mediante ATM, aunque es menos común para servicios de datos modernos.

Estructura de Trama GPON

¿Cómo se compone la estructura de trama GPON?

La trama GPON, tanto para el tráfico descendente como ascendente, se compone fundamentalmente de dos partes principales:

• Encabezado (Header): Esta parte contiene información de control esencial. En el tráfico descendente, el encabezado incluye el PCBd (Physical Control Block downstream), que contiene, entre otros datos, el mapa del ancho de banda de subida (US BW Map). Este mapa es crucial para que las ONTs sepan cuándo transmitir sus datos en el canal ascendente.
• Carga Útil (Payload): Esta es la sección de la trama que transporta el contenido real, es decir, los datos del usuario y los servicios, encapsulados generalmente mediante GEM.

Clasificación del Ancho de Banda T-CONT en GPON

¿Cómo se clasifica el ancho de banda mediante T-CONT?

El T-CONT (Traffic Container) es una herramienta fundamental en GPON para gestionar la asignación de ancho de banda de subida (uplink). Permite a la OLT controlar cómo las diferentes ONTs y los servicios que estas soportan acceden al ancho de banda ascendente.

Los tipos de ancho de banda de subida que se pueden asignar a través de los T-CONTs son:

• FB (Fixed Bandwidth - Ancho de Banda Fijo): Una cantidad de ancho de banda garantizada y reservada.
• AB (Assured Bandwidth - Ancho de Banda Asegurado): Garantiza una tasa de bits mínima, con la posibilidad de excederla si hay recursos disponibles.
• NAB (Non-Assured Bandwidth - Ancho de Banda No Asegurado): No ofrece garantías mínimas; utiliza el ancho de banda que no ha sido asignado a FB o AB.
• BE (Best-Effort Bandwidth - Ancho de Banda de Mejor Esfuerzo): Utiliza el ancho de banda restante, sin ninguna garantía; es el nivel más bajo de prioridad. También se le conoce como "ancho de banda al mejor postor" o "libre para elección" en el sentido de que compite por los recursos disponibles.

Existen cinco tipos de T-CONT según su funcionalidad y los servicios que suelen transportar:

• Tipo 1: Se utiliza principalmente para servicios que requieren ancho de banda fijo (FB), como servicios de voz (VoIP) o líneas TDM emuladas, sensibles al retardo.
• Tipo 2 y Tipo 3: Generalmente para servicios de vídeo y datos de alta prioridad. El Tipo 2 suele asociarse con ancho de banda asegurado (AB), mientras que el Tipo 3 puede combinar ancho de banda asegurado (AB) y no asegurado (NAB), ofreciendo una tasa mínima garantizada con capacidad de ráfaga.
• Tipo 4: Utilizado para servicios de datos de mejor esfuerzo (BE) y de baja prioridad, como la navegación web estándar o el correo electrónico.
• Tipo 5: Es un tipo mixto que puede gestionar una combinación de todos los tipos de servicios anteriores (FB, AB, NAB, BE), ofreciendo una gran flexibilidad a la OLT para la gestión del ancho de banda.

DBA (Dynamic Bandwidth Allocation)

¿Qué es DBA en el contexto de GPON?

DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) es una técnica mediante la cual el ancho de banda de un medio de comunicación compartido (como la fibra óptica en el canal ascendente de GPON) entre varias ONTs (Optical Network Terminals) puede ser asignado de forma adecuada y dinámica. Esta asignación se ajusta dependiendo de las necesidades de tráfico en tiempo real de los usuarios y de las políticas de Calidad de Servicio (QoS) configuradas, permitiendo un uso más eficiente de los recursos de la red.

Asignación de Ancho de Banda en las ONTs

¿Cómo se realiza la asignación de ancho de banda en las ONTs?

La asignación de ancho de banda a las ONTs (Optical Network Terminals) en una red GPON puede ser de dos maneras principales para el tráfico ascendente:

• Asignación Estática (Fija): En este caso, el ancho de banda asignado a una ONT (o a un T-CONT específico dentro de ella) es fijo y asegurado, independientemente de si se está utilizando completamente o no. Esto es típico para servicios con requisitos de ancho de banda constante.
• Asignación Dinámica (mediante DBA): En este escenario, el ancho de banda varía según las necesidades de toda la red de abonados y las solicitudes de las ONTs. La OLT utiliza algoritmos de DBA para distribuir el ancho de banda disponible de manera eficiente y justa.

OMCI (ONT Management and Control Interface)

¿Qué es OMCI y cuál es su función?

OMCI (ONT Management and Control Interface) es un protocolo de configuración remota de las ONTs (Optical Network Terminals) desde la OLT (Optical Line Terminal). Su función principal es permitir que la OLT configure, gestione y supervise las ONTs de manera centralizada. Esto incluye tareas como el aprovisionamiento de servicios, la configuración de parámetros de red (incluso asignar una dirección IP a la ONT), la actualización de firmware y la monitorización del estado de la ONT.

OAM (Operations, Administration, and Maintenance)

¿Qué es OAM y cómo funciona en redes PON?

OAM (Operations, Administration, and Maintenance) se refiere a un conjunto de funciones y protocolos que operan tanto a nivel físico como lógico para la operación, administración y mantenimiento de las ONTs (Optical Network Terminals) y la ODN (Optical Distribution Network).

Las funciones clave de OAM en GPON incluyen:

• Gestión de fallos: Detección y reporte de alarmas y alertas.
• Aseguramiento del ancho de banda: Configuración y supervisión de los perfiles de servicio.
• Gestión de la seguridad: Incluye la gestión de claves de cifrado (como AES).
• Control de acceso remoto: Facilita la gestión remota de los elementos de red.
• Monitoreo del rendimiento: Supervisión de parámetros clave de la red y los servicios.

Estándares de GPON

¿Cuáles son los principales estándares de GPON?

Los estándares fundamentales que definen la tecnología GPON son desarrollados por la ITU-T (Unión Internacional de Telecomunicaciones - Sector de Normalización de las Telecomunicaciones). Los principales son:

• ITU-T G.984.1: Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics.
• ITU-T G.984.2: Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification.
• ITU-T G.984.3: Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Transmission convergence layer specification.
• ITU-T G.984.4: Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): ONT management and control interface (OMCI) specification.

Distancia Diferencial en Redes PON

¿Qué se entiende por distancia diferencial?

La distancia diferencial en una red PON es la diferencia en la longitud del cable de fibra óptica que existe entre la ONT (Optical Network Terminal) más cercana y la ONT más lejana, ambas con respecto a la OLT (Optical Line Terminal). Este parámetro es crucial para la correcta sincronización de las transmisiones ascendentes (upstream) en sistemas TDMA como GPON, ya que la OLT debe poder compensar los diferentes tiempos de llegada de las señales de las distintas ONTs.