View/Open - Universidad Católica de Pereira

Diseño y simulación de una RED ÓPTICA PASIVA (PON) para prestar servicios Triple
Play a un conjunto residencial
PAULA ANDREA CARMONA GIRALDO
PAOLA ANDREA MONTES TORRES
UNIVERSIDAD CATÓLICA POPULAR DEL RISARALDA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA
PROGRAMA INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
PEREIRA
2009
Diseño y simulación de una RED ÓPTICA PASIVA (PON) para prestar servicios Triple
Play a un conjunto residencial
PAULA ANDREA CARMONA GIRALDO
PAOLA ANDREA MONTES TORRES
PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TITULO DE INGENIERA DE
SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
Asesora del Proyecto
Line Yasmin Becerra Sánchez
Ingeniera Electrónica
UNIVERSIDAD CATÓLICA POPULAR DEL RISARALDA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA
PROGRAMA INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
PEREIRA
2009
Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
Programa de Ingeniería de Sistemas y Telecomunicaciones
Universidad Católica Popular del Risaralda
Nota de aceptación:
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
____________________________
Firma del presidente del jurado
_____________________________
Firma del jurado
_____________________________
Firma del jurado
Pereira, 19 de Octubre de 2009
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Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
Programa de Ingeniería de Sistemas y Telecomunicaciones
Universidad Católica Popular del Risaralda
A William y María Fernanda que son la fuerza y el apoyo para cumplir mis metas.
Paula Andrea Carmona Giraldo
A mi familia, quienes siempre estuvieron a mi lado brindándome el apoyo necesario para
lograr esta meta.
Paola Andrea Montes Torres
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Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
Programa de Ingeniería de Sistemas y Telecomunicaciones
Universidad Católica Popular del Risaralda
“¿Por qué esta magnífica tecnología, que ahorra trabajo y nos hace la vida más fácil, nos
aporta tan poca felicidad?. La respuesta es, simplemente: porque aún no hemos aprendido
a usarla con acierto”.
Albert Einstein.
“No existe nada imposible para aquel que todo lo intenta”
Alejandro Magno
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Programa de Ingeniería de Sistemas y Telecomunicaciones
Universidad Católica Popular del Risaralda
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos primero a Dios, quien nos permitió cumplir nuestras metas
A nuestros familiares quienes ayudaron y compartieron momentos de estudio
A profesores y directivos que siempre estuvieron allí para apoyarnos
A nuestra asesora Line Yasmín Becerra quien nos orientó en el desarrollo del proyecto
A Ehumir Salazar Rojas quien nos colaboró con su conocimiento y experiencia
A nuestros compañeros de estudio con quienes compartimos gratos momentos
A todos aquellos que siempre estuvieron allí para darnos una mano.
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Programa de Ingeniería de Sistemas y Telecomunicaciones
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CONTENIDO
pág.
INTRODUCCION ................................................................................................................. 1
1.
PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO ........................................................................ 4
1.1
DESCRIPCION DEL PROBLEMA ........................................................................ 4
1.2
JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ..................................................................... 4
1.3 OBJETIVO GENERAL .............................................................................................. 5
1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................... 5
1.5
DELIMITACION DEL PROYECTO ................................................................... 6
1.6
REQUERIMIENTOS ............................................................................................. 7
1.7
METODOLOGIA ................................................................................................... 7
1.8
CRONOGRAMA ................................................................................................... 9
1.9 ENTREGABLES....................................................................................................... 9
2.
MARCO CONTEXTUAL ............................................................................................ 10
2.1
CONTEXTO ECONÓMICO ................................................................................ 10
2.2
CONTEXTO SOCIAL, CULTURAL Y HUMANO ............................................ 11
2.3
CONTEXTO POLÍTICO ...................................................................................... 12
2.4
CONTEXTO ORGANIZACIONAL..................................................................... 13
2.5 ESTADO DE DESARROLLO A NIVEL INTERNACIONAL DE LAS REDES 14
2.6 ESTADO DE DESARROLLO DE LAS REDES EN COLOMBIA ....................... 18
2.7 ESTADO DEL ARTE DE LAS REDES PON ....................................................... 22
2.8 SITUACIÓN ACTUAL DE LOS SERVICIOS DE TELECOMUNICACIONES 25
3.
MARCO TEORICO ..................................................................................................... 29
3.1 FIBRA ÓPTICA ........................................................................................................ 29
3.1.1
Breve historia de la fibra óptica. .................................................................... 29
3.1.2 Primeros Fabricantes .......................................................................................... 31
3.1.3 Características de la Fibra Óptica. ....................................................................... 32
3.1.4 Propagación de la fibra: ...................................................................................... 33
3.1.5 Parámetros de la fibra óptica .............................................................................. 35
vi
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3.1.6 Tipos de fibra ...................................................................................................... 37
3.1.7 Ventajas de las Comunicaciones por Fibra Óptica ............................................ 39
3.2 WDM ......................................................................................................................... 39
3.3 TECNOLOGÍAS ACTUALES DE ACCESO ......................................................... 41
3.3.1 Banda estrecha. .................................................................................................... 41
3.3.2 Banda ancha. ........................................................................................................ 41
3.3.3 DOCSIS: (Data Over Cable Service Interface Specification) ........................... 41
3.3.4 xDSL. .................................................................................................................. 42
3.3.5 Enlaces de Radio.................................................................................................. 45
3.3.6 CDMA ................................................................................................................ 46
3.3.7 GPRS .................................................................................................................. 46
3.3.8 GSM .................................................................................................................... 47
3.3.9 3G ........................................................................................................................ 47
3.3.10 3.5G ................................................................................................................... 48
3.3.11 4G ...................................................................................................................... 49
3.3.12 Enlaces Satelitales ............................................................................................. 49
3.3.13 Wi-Fi ................................................................................................................. 51
3.3.14 WiMAX ............................................................................................................ 52
3.4 REDES DE FIBRA ÓPTICA .................................................................................... 54
3.4.1 Redes FFTX ......................................................................................................... 55
3.4.2 Red Óptica Pasiva ............................................................................................... 56
3.5 PARAMETROS DE TRANSMISIÓN ..................................................................... 67
3.5.1 Codificación NRZ (No Return to Zero)............................................................... 67
3.5.2 BER (Bit Error Ratio) ........................................................................................ 68
3.5.3 Factor Q .............................................................................................................. 69
3.5.4 Relación señal ruido OSNR ................................................................................. 69
3.5.5 Diagrama de ojo ................................................................................................... 69
3.6 PARAMETROS DE BANDA ANCHA ................................................................... 72
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3.6.1 El decibel ............................................................................................................ 72
3.6.2 dBmV ................................................................................................................... 72
3.6.3 dBμV ................................................................................................................... 73
3.6.4 mW ..................................................................................................................... 73
3.6.5 dBm..................................................................................................................... 74
3.7 ELEMENTOS OPTICOS PASIVOS ......................................................................... 74
3.7.1 Splitter................................................................................................................. 74
3.7.2 Conectores Ópticos. ............................................................................................ 76
3.7.3 Atenuadores. ....................................................................................................... 77
3.7.4 Rotador Faraday.................................................................................................. 77
3.7.5 Optoelectrónica. .................................................................................................. 77
3.7.6 Modulador Óptico. .............................................................................................. 78
3.7.7 Acoplador Direccional. ........................................................................................ 78
3.7.8 Amplificadores Ópticos. ..................................................................................... 78
3.7.9 Tubo Termocontraible. ....................................................................................... 79
3.8. TRIPLE PLAY .......................................................................................................... 79
3.8.1 Servicio triple play ............................................................................................... 80
3.8.2 Triple play sobre HFC ......................................................................................... 82
3.8.3 Triple play sobre ADSL....................................................................................... 83
3.8.4 Triple play sobre microondas .............................................................................. 84
3.8.5 Triple play sobre fibra óptica ............................................................................... 86
3.8.6 Multicast .............................................................................................................. 86
4.
MODELO TEORICO ................................................................................................... 88
4.1 SELECCIÓN DE TECNOLOGÍA PON ................................................................... 88
4.1.1 Velocidades de Transmisión GPON .................................................................... 89
4.1.2 Potencia y Alcance ............................................................................................. 90
4.1.3 Protocolo de Transporte ...................................................................................... 91
4.1.4 Transmisión de Datos ......................................................................................... 91
viii
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4.1.5 Canal descendente (downstream) ........................................................................ 91
4.2 ARQUITECTURA DE RED A UTILIZAR ............................................................. 92
4.3
DIMENSIONAMIENTO DE LA RED ................................................................ 94
4.3.1 Escenario donde se desarrolla el proyecto .......................................................... 94
4.3.2 Diseño de la red .................................................................................................. 97
4.4 EQUIPOS COMERCIALES PARA EL DISEÑO DE UNA RED GPON ............ 99
4.4.1 Optical Line Terminal – OLT ........................................................................... 100
4.4.2 Optical Network Unit – ONU .......................................................................... 101
4.4.3 Splitter.............................................................................................................. 102
4.4.4 Fibra óptica ....................................................................................................... 102
4.4.5 Sistema de Gestión de Acceso ......................................................................... 103
4.5 CALCULOS TEÓRICOS ....................................................................................... 104
4.5.1. Calculo para el usuario más lejano (2 Km)....................................................... 106
4.5.2 Cálculo para el usuario más cercano (0,7 km) ................................................... 107
4.6 SIMULADORES DE REDES ÓPTICAS ............................................................... 108
4.6.1 NCTUns ............................................................................................................ 108
4.6.2 The Network Simulator - NS2 .......................................................................... 109
4.6.3 OMNeT++ ........................................................................................................ 109
4.6.4 OPNET ............................................................................................................. 109
4.6.5 OptSim .............................................................................................................. 110
4.6.6 PON DESIGN Software ................................................................................... 110
4.6.7 OPTISYSTEM .................................................................................................. 110
4.7 SIMULADOR SELECCIONADO PARA EL DISEÑO DE LA SOLUCIÓN....... 110
4.7.1 Selección y características del simulador ......................................................... 110
4.7.2 Herramientas para realizar simulaciones: ......................................................... 111
5
CONCRECION DEL MODELO ............................................................................... 114
5.1. ELEMENTOS UTILIZADOS EN LA SIMULACION .......................................... 114
5.2. DESARROLLO DE LA SIMULACIÓN ................................................................ 118
ix
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5.3 RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN ................................................................. 131
5.3.1 Comparación cálculos teóricos con resultados simulación................................ 131
5.3.2 Descripción de gráficas de señal de la OLT ...................................................... 132
5.3.3 Descripción de gráficas de la señal del Splitter ................................................. 133
5.3.4 Descripción de gráficas de la señal de la ONU ................................................. 134
6.
CONCLUSIONES ...................................................................................................... 143
7.
RECOMENDACIONES............................................................................................. 146
8.
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 147
x
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Parámetros fibra óptica
35
Tabla 2. Tipos de Tecnologías XDSL
42
Tabla 3.Tabla Comparativa Tecnologías PON
67
Tabla 4. Datos técnicos del splitter
75
Tabla 5. Características que cumplen los conectores.
76
Tabla 6. Niveles de potencia óptica según norma ITU G984.2
90
Tabla 7. Caracteristicas de transmisión de la fibra
102
Tabla 8. Cálculo Atenuación Total – Usuario más lejano
106
Tabla 9. Cálculo Atenuación Total – Usuario más cercano
108
Tabla 10. Necesidades de ancho de banda en el hogar
149
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Velocidad Promedio de Banda Ancha
15
Figura 2. Despliegue Redes FTTH – FTTB a nivel mundial
17
Figura 3. Distribución mundial de suscriptores de banda ancha por tecnología
18
Figura 4. Distribución de suscriptores de accesos dedicados fijos por tecnología
22
Figura 5. Suscriptores Internet Dedicado por Tecnología en Colombia segundo trimestre
2009
26
Figura 6. Suscriptores Internet Dedicado por Nivel de Banda segundo trimestre 2009
27
Figura 7. Suscriptores Banda Ancha por Departamento Segundo trimestre 2009
28
Figura 8. Ondas reflejadas por la propagación de la luz
34
Figura 9. Tipos de fibra
38
Figura 10. Esquema de multiplexación WDM
40
Figura 11. Esquema de operación del acceso ADSL
43
Figura 12. Distribución del espectro para CDMA2000 1X y 1xEV-DO
46
Figura 13. Esquema de comunicación satelital de Banda Ancha
50
Figura 14. Esquema típico de una red Wi-Fi
51
Figura 15. Esquema típico de una red WiMAX.
54
Figura 16. Tecnologías FTTx
56
Figura 17. Ejemplo de Arquitectura de una Red PON
57
Figura 18. Topología de una Red PON
58
Figura 19. Codificación NRZ
68
Figura 20. Interpretación del Diagrama de Ojo
70
Figura 21. Diagrama del ojo
71
Figura 22. Tipos de diagrama de ojo
71
Figura 23. Transmisión multicast y unicast
87
Figura 24. Servicios de una red GPON
92
xii
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Figura 25. Topología multipunto de una red GPON para el conjunto residencial Colores de
la Villa
93
Figura 26. Ubicación aérea conjunto residencial Colores de la Villa
95
Figura 27. Plano urbanístico Conjunto Residencial Colores de la Villa
96
Figura 28. Plano dividido por zonas para distribución de splitters
97
Figura 29. Plano de distribución de equipos red GPON
98
Figura 30. Optical Line Terminal – OLT
100
Figura 31. Optical Network Unit
101
Figura 32. Splitter
102
Figura 33. Plano usuario mas lejano
106
Figura 34. Plano usuario mas cercano
107
Figura 35. Pagina Optiwave
112
Figura 36. Fibra bidireccional
114
Figura 37. WDM Transmitter
115
Figura 38. Circulator Bidirectional
115
Figura 39. Splitter
116
Figura 40. ONU
116
Figura 41. 3R – BER
117
Figura 42. Optical spectrum analyzer
117
Figura 43. Pantallazo inicial
118
Figura 44. Área de trabajo - Layout
119
Figura 45. Carpetas de librerías
120
Figura 46. Librería de componentes
120
Figura 47. Librería Power Splitters
121
Figura 48. Librería visualizadores – analizadores
122
Figura 49. Librería Transmisores Ópticos
123
Figura 50.Pantallazo elementos del sistema
124
Figura 51. Parámetros de configuración OLT
125
Figura 52.Parámetros configuración splitter
127
xiii
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Figura 53. Configuración del splitter con las ONUs
128
Figura 54. Diseño de la solución propuesta
129
Figura 55. Menú para correr la simulación
130
Figura 56. Ventana donde se visualiza cuando está corriendo la simulación
130
Figura 57. Ventana donde se visualiza resultado de potencia en la ONU
132
Figura 58. Optical Spectrum Analyzer de la OLT
133
Figura 59. Resultado Optical Time Domain Visualizer del splitter
134
Figura 60. Resultado BER analyzer de la ONU – Q factor
135
Figura 61. Resultado BER analyzer de la ONU – Min BER
136
Figura 62. Resultado BER analyzer de la ONU – Threshold
137
Figura 63. Resultado BER analyzer de la ONU – Eye Diagram
138
Figura 64. Señal del osciloscopio
139
Figura 65. Señal de ruido
140
Figura 66. Señal original
141
Figura 67. BER 3Graph
142
Figura 68. Analizador GPON
150
Figura 69. Bloque funcional de la ONU
152
Figura 70. Bloque funcional OLT
153
xiv
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LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1. CAPACIDAD REQUERIDA POR LOS USUARIOS .................................. 149
ANEXO 2. ANALIZADOR GPON-DOCTOR ................................................................ 150
ANEXO 3. ESPECIFICACIONES ONU ......................................................................... 152
ANEXO 4. PLANO DEL DISEÑO DE LA SIMULACION ........................................... 154
ANEXO 5.CD ................................................................................................................... 155
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ACRÓNIMOS
AES (Advanced Encryption Standard).
APD Fotodiodo de avalancha (avalanche photodiode)
AF Función de adaptación (adaptation function)
ATM Modo de transferencia asíncrono (asynchronous transfer mode)
BER Tasa de errores en los bits (bit error ratio)
BRI Interfaz de velocidad básica (basic rate interface)
CID Dígitos idénticos consecutivos (consecutive identical digit)
DFB Láser con realimentación distribuida (distributed feedback laser)
DSL Línea de abonado digital (digital subscriber line)
E/O Eléctrico/óptico (electrical/optical)
FEC Corrección de errores en recepción (forward error correction)
FTTB Fibra al edificio (fibre to the building)
FTTCab/C Fibra al armario/a la cometida (fibre to the cabinet/curb)
FTTH Fibra a la vivienda (fibre to the home)
GPON Red óptica pasiva con capacidad de gigabits (gigabit-capable passive optical
network)
LT Terminal de línea (line terminal)
MDU Unidad multivivienda (multi-dwelling unit)
MLM Modo multilongitudinal (multi-longitudinal mode)
MPN Ruido de partición de modo (mode partition noise)
NRZ Sin retorno a cero (non return to zero)
NT Terminación de red (network termination)
O/E Óptico/eléctrico (optical/electrical)
OAM Operaciones, administración y mantenimiento
OAN Red de acceso óptico (optical access network)
ODF Repartidor óptico (optical distribution frame)
ODN Red de distribución óptica (optical distribution network)
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OLT Terminación de línea óptica (optical line termination)
ONT Terminación de red óptica (optical network termination)
ONU Unidad de red óptica (optical network unit)
OpS Sistemas de operaciones (operations system)
ORL Pérdida de retorno óptica (optical return loss)
PDH Jerarquía digital plesiócrona (plesiochronous digital hierarchy)
PIN Fotodiodo sin ganancia por avalancha interna (photodiode without internal avalanche
PON Red óptica pasiva (passive optical network)
POTS Servicio telefónico ordinario (plain old telephone service)
PRBS Secuencia seudoaleatoria de bits (pseudo-random bit sequence)
PRI Interfaz de velocidad primaria (primary rate interface)
RDSI Red digital de servicios integrados
RDSI-BA Red digital de servicios integrados de banda ancha
RMS Valor cuadrático medio (root mean square)
RTPC Red telefónica pública conmutada
SDH Jerarquía digital síncrona (synchronous digital hierarchy)
SLM Modo monolongitudinal (single-longitudinal mode)
SN Número de serie (serial number)
SNI Interfaz de nodo de servicio (service node interface)
SOA Amplificador óptico de semiconductores (semiconductor optical amplifier)
TC Convergencia de transmisión (transmission convergence)
TDM Multiplexación por división en el tiempo (time division multiplexing)
TDMA Acceso múltiple por división en el tiempo (time division multiple access)
TPBC Tecnología Pública Básica Conmutada
UI Intervalo unitario (unit interval)
UNI Interfaz usuario-red (user network interface)
VOD Vídeo por demanda (video-on-demand)
WDM Multiplexación por división de longitud de onda (wavelength division multiplexing)
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DECLARACION DE DERECHOS DE AUTOR
Se declara que como estudiantes de X semestre de Ingeniería de Sistemas y
Telecomunicaciones de la Universidad Católica Popular del Risaralda, el proyecto Diseño y
Simulación de una Red Óptica Pasiva para prestar servicios Triple Play a un conjunto
Residencial, surgió de la necesidad actual por parte de los usuarios de servicios
de
telecomunicaciones de acceder a un ancho de banda suficiente para suplir necesidades de
voz, datos y video (triple play), debido al amplio portafolio de información al cual se puede
acceder desde el hogar.
Se autoriza que este proyecto pueda ser utilizado por los estudiantes o la universidad como
base para seguir aportándole desarrollo tecnológico a la sociedad.
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Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
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RESUMEN
Se presenta el estudio de una tecnología de Redes Opticas Pasivas (PON) más
explícitamente la GPON la cual es una solución multiservicio, que utiliza fibra y permite
disminuir sustancialmente los costos de operación, ofrece anchos de banda de alta
capacidad y flexibilidad con velocidades de 2,5 Gbps; esta tecnología permite conectar una
gran cantidad de clientes con una sola fibra superando las limitaciones actuales de
distancia.
Debido a la gran demanda de nuevos servicios de telecomunicaciones como IPTv,
Televisión de alta definición (HDTV),
video conferencia, entre otros,
se percibe la
necesidad de implementar redes que se adapten a la constante exigencia de los usuarios de
mayor ancho de banda para usar las nuevas tendencias tecnológicas, una solución de fácil
implementación serian las redes denominadas redes ópticas pasivas.
La tendencia mundial para la utilización de redes ópticas pasivas, y en especial las redes
GPON (Gigabit Passive Optical Network), ultima tecnología de ellas, solucionaría el
problema de la saturación de las redes actuales y facilitaría la implementación de nuevas
redes en los conjuntos residenciales de la ciudad de Pereira, brindando nuevos y mejores
servicios de triple play (voz, datos y video) porque manejan mayor velocidad de
transferencia y mayor capacidad de usuarios.
Para verificar si el diseño de la red cumple con la potencia necesaria para que el usuario
disfrute de los servicios triple play, se realizan los cálculos teóricos correspondiente al
diseño y se cotejan estos resultados con los obtenidos de la simulación.
Para la consecución de los objetivos planteados en este proyecto, se abordará inicialmente
conceptos generales relacionados a las redes de acceso, realizando una descripción y
xix
Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
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clasificación de acuerdo a sus características. Se enfatiza en aquellas cuya infraestructura
se basa en fibra óptica con elementos de red pasivos.
Posteriormente se realiza un estudio de las tecnologías de las redes ópticas pasivas, el cual
sustenta que GPON
es la mejor opción de acceso. Se destacan aquellos conceptos
relevantes para el completo entendimiento de esta nueva tendencia tecnológica, y así tener
una mejor percepción del diseño de red planteado.
Seguidamente se realiza el diseño de la red GPON para el conjunto residencial Colores de
la Villa en la ciudad de Pereira y se realizan los respectivos cálculos teóricos de la red
diseñada.
Finalmente se presenta el desarrollo de la red física en el simulador de redes ópticas
OptiSystem demostrando la funcionalidad de la red diseñada para prestar el servicio de
triple play a los usuarios finales, explicando que los análisis de datos de transmisión
obtenidos cumplen con las recomendaciones de las normas ITU la serie G que hace
referencia a los sistemas y medios de transmisión de sistemas y redes digitales, dentro de
estas se toma la G983 Sistemas de acceso óptico de banda ancha basados en redes ópticas
pasivas, la G984 Redes ópticas pasivas con capacidad de Gigabits, y la G657 referente a
las características de los medios de transmisión – Fibra óptica.
xx
Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
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INTRODUCCION
El actual crecimiento de Internet exige el cambio de una red de voz a una red de datos.
Servicios de Internet como el correo electrónico, transferencia de archivos, entre otros que
utilizamos cada día, son relativamente tolerantes al retardo y a la pérdida, pero los servicios
que ahora se están imponiendo como videoconferencia, telefonía VoIP, televisión digital,
comercio electrónico, entre otros requieren de redes de mayor capacidad de transporte de
ancho de banda, que cumplan con requisitos de QoS, los cuales permitan movilidad y sean
capaz de soportar los servicios convergentes.
La necesidad de ancho de banda ha hecho nacer varias tecnologías de acceso de banda
ancha: DSL (Línea de Abonado Digital) en todas sus formas simétricas y asimétricas,
utiliza la infraestructura de cobre para dar servicios a velocidades de hasta algunos
megabits por segundo; LMDS, los servicios locales de distribución multipunto ofrecen
velocidades de banda ancha a usuarios residenciales y a profesionales independientes
vía tecnología inalámbrica; CMTS (Sistema de terminación de módem por cable)
emplea el cable coaxial para entregar servicios digitales a muchos usuarios; UMTS, fue
concebido para servicios de voz y de datos de tercera generación. A pesar de las
enormes diferencias entre estas tecnologías, todas ellas se caracterizan por el aumento
de la velocidad de transferencia de datos al usuario final en un orden de magnitud muy
superior en comparación con las soluciones de banda estrecha que les precedieron.
En un panorama global, se puede observar que las redes ópticas van evolucionando hacia
una red de transporte cada vez más eficiente, dotadas de funcionalidad que proporciona
transporte, multiplexación, encaminamiento, supervisión y capacidad de supervivencia de
señales que son procesadas predominantemente en el dominio óptico.
Entre las nuevas propuestas la tecnología Passive Optical Network (PON) permite
llegar hasta los hogares y empresas empleando fibra óptica, medio de transmisión
1
Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
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capaz de soportar los servicios de nueva generación, es utilizada principalmente en las
redes FTTx (redes de transmisión de alto desempeño, basadas en tecnología óptica),
donde el ancho de banda no es dedicado, sino multiplexado en una misma fibra en los
puntos de acceso de red de los usuarios, es una configuración de red punto-multipunto.
Aunque las redes PON ya están siendo desplegadas por diversos operadores de todo el
mundo, pocos conocen qué tecnología está detrás de ella, su última tecnología y de la cual
se hablará en profundidad durante el desarrollo del proyecto es la GPON (Gigabit Passive
Optical Networks) (ITU G.984) es el estándar más atractivo para ofrecer fibra óptica hasta
el hogar, GPON ofrece una capacidad de 2,5 Gbps downstream y 1,25 Gbps upstream
compartidos por cada 64 abonados sobre distancias de hasta 20 km. El OLT (Optical Line
Terminal) es el equipo de central y la ONU (Optical Node Unit) el equipo del abonado. En
la ONU, instalada en el interior del hogar, generalmente se conectan los computadores,
teléfonos, routers, televisores y etc.
GPON es una tecnología que permite una convergencia total de todos los servicios de
telecomunicaciones sobre una única infraestructura de red basada en IP, permitiendo a los
abonados servicios mucho más potentes (voz sobre IP, televisión digital de alta definición,
vídeo bajo demanda, Internet de banda ancha sin restricciones de distancias y velocidad,
juegos en red, etc.).
El diseño del proyecto es encaminado hacia usuarios que se encuentran en conjuntos
residenciales de estratos 4, 5 y 6, consumidores actuales del servicio triple play, y quienes
serian los más beneficiados de esta tecnología con servicios de telecomunicaciones de
calidad y mejor ancho de banda. El esquema de la red se ajusta a un software, que permite
implementar el diseño del proyecto de manera lógica en la aplicación escogida, logrando
manipular parámetros en los equipos y obtener datos de las señales que se emiten desde el
transmisor hasta el receptor en la red.
2
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El documento contiene los avances respectivos desde el inicio del planteamiento del
proyecto, mencionados en el primer capítulo; seguidamente el segundo capítulo tiene en
cuenta el tema del desarrollo contextual de las tecnologías ópticas pasivas; posteriormente
dentro del tercer capítulo se puede encontrar el marco teórico, el cual reúne los conceptos
básicos de las tecnologías de las redes existentes, y los conceptos principales de la
tecnología GPON en la cual se quiere profundizar, consecutivamente el cuarto capítulo
contiene el desarrollo del proyecto (lugar, distribución y diseño de la red GPON), y
finalizando en el capítulo quinto se obtienen los resultados de la simulación a través de
gráficos que muestran el comportamiento de las señales apoyadas en los datos de
transmisión derivados de las herramientas del simulador OptiSystem 8.0. En los últimos
capítulos se presentan las conclusiones, recomendaciones y bibliografía.
3
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO
1.1
DESCRIPCION DEL PROBLEMA
El crecimiento de aplicaciones de banda ancha, como el acceso a tecnologías IPTV,
Televisión de alta definición, aplicaciones interactivas, teletrabajo, teleeducación, estar
en línea para llevar a cabo negociaciones importantes en cualquier momento, realizar
video-conferencias con personas que se encuentren en otras ciudades o países, hacer
llamadas IP simultaneas, interconexión con otros puntos de acceso, transmisión de
múltiples canales de televisión, monitorización remota de instalaciones de domótica y
redes corporativas demandan grandes velocidades de transmisión y calidad en el
servicio, siendo estos los mayores requerimientos por parte de los usuarios en los
hogares; los operadores actuales realizan continuamente mejoras en la prestación del
servicio, pero no ha sido suficiente, porque los abonados quedan requiriendo más
ancho de banda.
Además el conjunto de aplicaciones que se pueden prestar a través de los servicios
triple play permiten disminuir los costos para los usuarios, ya que estos servicios se
prestan sobre una única red a través de un mismo operador lo que genera una factura
para el cobro de todos los servicios.
De acuerdo a esto es necesario implementar una tecnología de última generación que
permita a los usuarios obtener varios servicios por una misma red con mayor ancho de
banda.
1.2
JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
En los últimos años, la Sociedad de la Información ha experimentado un rápido
desarrollo, la creciente demanda en ancho de banda ha motivado a los operadores de
4
Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
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las redes de acceso a actualizar su infraestructura, comenzando una carrera por la
duplicación de la velocidad de sus líneas.
Las redes PON han alcanzado una madurez tecnológica que permite que numerosos
operadores comiencen a utilizarlas, esto se debe a que se requieren menos equipos en
una red pasiva, adicionalmente la gestión se vuelve más sencilla para los proveedores
permitiendo obtener mayores velocidades, mejor servicio y precio para el usuario.
La necesidad actual de los usuarios de servicios de telecomunicaciones de la ciudad de
Pereira es acceder a mejores servicios y mayor ancho de banda;
aunque los
operadores actuales realizan continuamente mejoras en este tema, no ha sido
suficiente, porque requieren más ancho de banda para satisfacer sus necesidades.
De acuerdo con lo anterior, a través de la realización de este proyecto se desea estudiar
una tecnología de las redes PON que permita transmitir mejores velocidades de ancho
de banda y beneficie a los usuarios de conjuntos residenciales.
1.3 OBJETIVO GENERAL
Diseñar y simular una solución de Red Óptica Pasiva que ofrezca el servicio TriplePlay a un conjunto residencial.
1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Realizar un recorrido teórico sobre las principales características de las
tecnologías de Redes Ópticas Pasivas (PON) y su campo de aplicación.
•
Escoger la tecnología más adecuada para el funcionamiento óptimo de la red
diseñada.
5
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•
Diseñar una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto
residencial.
•
Estudiar
las
diferentes
alternativas
de
software
para
la
simulación,
seleccionando la más adecuada.
•
Ajustar la solución propuesta de la red PON en el software seleccionado
•
Realizar un análisis de resultados
1.5 DELIMITACION DEL PROYECTO
Este proyecto es un estudio de la tecnología PON, la cual es una de las soluciones para
aprovechar el ancho de banda para proveer varios servicios a hogares de un conjunto
residencial.
El proyecto va enfocado a un conjunto residencial típico de la ciudad de Pereira, por lo
tanto puede ser implementado en cualquier proyecto por un operador de
telecomunicaciones.
Se encuentra enfocado desde la realización del diseño sobre el plano del conjunto
residencial a intervenir, luego se plasmará la solución propuesta a través de una
herramienta de simulación y finalmente se realizará el análisis de la señal de recepción.
Este proyecto no se va a implementar.
Este proyecto puede ser utilizado como parte del aprendizaje de otros estudiantes
tomándolo como referencia en el desarrollo de proyectos relativos al tema de las redes
ópticas, como tráfico, protocolos, etc.
6
Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
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1.6 REQUERIMIENTOS
Para la realización del proyecto es necesario herramientas de software que permitan la
construcción del modelo físico de la red, igualmente es indispensable que esta misma
herramienta permita la simulación de una red óptica pasiva, diseñada para el conjunto
residencial, además que logre la consecución de los resultados necesarios que permitan
calidad en la transmisión.
De la misma manera es indispensable aplicaciones como Project y office que facilitan
la elaboración del documento para el proyecto.
El programa Autocad permite la visualización de planos del conjunto residencial sobre
el cual se diseñará la distribución de la red.
Buscadores especializados en internet facilitan la búsqueda de información del
proyecto de redes ópticas pasivas y de la tecnología GPON, a través de libros
académicos digitales, revistas electrónicas, normas estandarizadas.
Se requiere dentro del recurso humano de dos ejecutores para el desarrollo, el asesor
interno del programa académico y asesor externo.
1.7 METODOLOGIA
Inicialmente se realizará el planteamiento del problema para realizar la formulación del
proyecto. Después se llevará a cabo una indagación sobre el estado de las
telecomunicaciones en el entorno global, buscando información sobre las redes ópticas
pasivas.
7
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La construcción Marco Teórico se efectuará basándose en la bibliografía obtenida
durante la indagación, al igual que el Marco Contextual.
Se visitarán las empresas de telecomunicaciones de la ciudad de Pereira, con el fin de
conocer la situación actual de la infraestructura de red.
Para la definición de requerimientos de la red se tendrán en cuenta las normas de la
ITU-T de acuerdo a las recomendaciones G983 y G984.
Se investigarán los proveedores de equipos de soluciones para redes ópticas buscando
el que mejor se ajuste al diseño de la solución.
Se realizará la búsqueda del simulador para redes ópticas, un software que permita
configurar elementos para redes pasivas, y facilite la obtención de datos de
transmisión; después de haber escogido el simulador se sigue la tarea de aprenderlo a
manipular para lograr trabajar sobre él.
Se llevará a cabo el análisis de los resultados que nos permita obtener la herramienta,
haciendo la comparación con el diseño teórico.
8
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1.8 CRONOGRAMA
CRONOGRAMA PROYECTO DE GRADO
DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UNA RED ÓPTICA PASIVA PARA PRESTAR SERVICIOS TRIPLE PLAY A LAS PYMES DE LA CIUDAD DE PEREIRA
ACTIVIDAD
ENERO
1
2
3
FEBRERO
4
1
2
3
MARZO
4
1
2
3
ABRIL
4
1
2
3
MAYO
4
1
2
3
JUNIO
4
1
2
3
AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE
JULIO
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
ANTEPROYECTO
1
2
3
4
5
Planteamiento del problema
Definición idea del proyecto
Aprobación idea
Formulación anteproyecto
Aprobación Anteproyecto
PROYECTO DE GRADO
6
7
8
9
10
Indagación sobre el estado de las
telecomunicaciones en el entorno
global
Validación de objetivos
Construcción Marco Teórico
Construcción Marco Contextual
Visitas técnicas a las empresas de
telecomunicaciones
11 Definición de requerimientos de la red
12
13
14
15
16
17
18
19
Indagación de Equipos para diseñar la
solución
Diseño de la solución
Búsqueda de software para la
simulación
Manejo del simulador
Diseño de la solución en el simulador
Análisis de los resultados de la
simulación
Complementación del documento
Entrega del documento
INFORME FINAL
20 Aprobación del proyecto de grado
21 Correecciones
22 Sustentanción y defensa pública
23
24
1.9
ENTREGABLES
•
Diseño de la red PON propuesta
•
Resultados de la simulación de la red propuesta
•
Tutorial de diseño de una red óptica pasiva
9
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2. MARCO CONTEXTUAL
2.1 CONTEXTO ECONÓMICO
Uno de los objetivos a nivel mundial es el de promover el desarrollo de las
telecomunicaciones, en cuanto a su infraestructura y a los servicios que se prestan sobre
estas redes, buscando mejorar la calidad de vida de quienes utilicen dichos servicios y de
esta manera poder optimizar la productividad de las empresas y mejorar el impacto en el
desarrollo de otros sectores.
Actualmente en Europa se están realizando grandes inversiones en la infraestructura de red,
en la conferencia realizada en Copenhague, Dinamarca en mayo de 2009 sobre el nivel de
penetración de las redes FTTH (Fiber to the home) se determinó que más del 1% de los
hogares están conectados directamente a redes de fibra óptica de alta velocidad, sin
embargo las economías asiáticas tienen el mayor mercado, Corea del Sur 44%, Hong Kong
28%, Japón 27% aunque este es líder en hogares conectados a fibra, seguido por Estados
Unidos. FTTH Council. (n.f.). El mundo de FTTH. Recuperado el 3 de agosto de 2009 de
http://www.ftthcouncil.org/content/world-of-ftth-0
Durante el año 2008, el sector de telecomunicaciones en Colombia continuó mostrando una
dinámica creciente, orientado principalmente a la masificación de los servicios de telefonía
móvil y de acceso dedicado a Internet.
De esta forma, aumentó el número de abonados y la mayor penetración de dichos servicios.
Los mercados de telefonía móvil y de acceso a Internet se destacaron como los servicios
con mayor crecimiento. Comisión Nacional De Regulación de las Telecomunicaciones
(2009). Informe sectorial Nº 12. Recuperado
el 30 de julio de 2009, de
http://www.crcom.gov.co/images/stories/crt-documents/Biblioteca
Virtual/InformeSectorial/Informe_sectorial_12.PDF
10
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Colombia conserva el noveno lugar en el parámetro de conectividad en el ranking mundial,
dentro de las 25 economías emergentes y mantiene el quinto lugar en el ámbito
latinoamericano.
Este avance es también reconocido por el Foro Económico Mundial en la medición del
denominado Networked Readiness Index. World Economic Forun (2009) Informe anual
2008-2009.
Recuperado
el
16
de
Setiembre
de
2009
de
http://www.weforum.org/pdf/AnnualReport/Annual_Report 2009_Spanish.pdf, en el cual
Colombia avanzó en el último año del puesto 69 al 64, principalmente por el mejoramiento
de los criterios relativos al ambiente de mercado, la política regulatoria y la infraestructura.
Es de resaltar que el Ministerio de Comunicaciones, a través del programa COMPARTEL,
contempla para este año, la ampliación y reposición de redes para el servicio de telefonía y
acceso a Internet en banda ancha, dirigido a los usuarios residenciales de los estratos más
bajos, a las zonas rurales y a los pequeños y medianos empresarios.
2.2 CONTEXTO SOCIAL, CULTURAL Y HUMANO
En el Informe de la UIT (Unión Internacional de las Telecomunicaciones) sobre tendencias
en las reformas de telecomunicaciones, se afirma que a finales de 2006 había un total de
casi 4.000 millones de abonados a líneas fijas y móviles, y más de mil millones de usuarios
de Internet en todo el mundo. UIT (2007).
Tendencias en las reformas de las telecomunicaciones: El camino hacia las redes de la
próxima generación. Recuperado el 4 de mayo de 2009 de http://www.itu.int/itunews/
manager/display.asp?lang=es&year =2007&issue=07&ipage=Telecom-trends&ext=html.
11
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De igual forma se está registrando un crecimiento de la banda ancha en varios países en
desarrollo. Además, los usuarios de los PMA (países menos avanzados) se ven obligados a
pagar tarifas muy elevadas por una velocidad de acceso en banda ancha que es
relativamente lenta. En Cabo Verde, por ejemplo, la tarifa es de más de 2.000 USD por 100
kbit/s al mes. En al menos 12 PMA más que disponen de banda ancha, los usuarios pagan
una tarifa que supera los 100 USD por 100 kbit/s al mes. En comparación, los usuarios de
Japón y la República de Corea pagan menos de 0,10 USD por 100 kbit/s al mes.
El servicio triple play es la base para el desarrollo actual de las comunicaciones, se requiere
una solución única para prestar el servicio telefónico, internet y televisión, con alta calidad;
estos servicios integrados requieren redes que soporten altas velocidades de transferencia,
las redes PON (Passive Optical Network) son una solución muy eficiente para prestar este
servicio a través de estándares FTTx, (Fiber to the x) llevando fibra hasta el abonado. Las
ventajas de esta solución se refleja en la reducción de costos de infraestructura y
mantenimiento, gran escalabilidad, seguridad y estabilidad; estos beneficios permiten que
más usuarios puedan tener redes robustas a costos no muy elevados, sacando el mayor
provecho en los nuevos servicios de convergencia
2.3 CONTEXTO POLÍTICO
El Gobierno Colombiano está ejecutando estrategias para mantener el dinamismo del sector
de las telecomunicaciones, el Presidente Álvaro Uribe sancionó la Ley 1341 del 30 de julio
de 2009 que le garantiza a Colombia un marco normativo claro para el desarrollo del sector
de Tecnologías de Información y Comunicaciones, promueve el acceso y uso de las TIC a
través de la masificación, garantiza la libre competencia, el uso eficiente de la
infraestructura y el espectro, y en especial, fortalece la protección de los derechos de los
usuarios.
12
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El desarrollo de la infraestructura de red y la convergencia de servicios, se ve en algunas
ocasiones sesgado a la normatividad de los países, en Colombia ya se dio ese gran paso
aprobando la ley de 1341; organismos reguladores internacionales como la Unión
Internacional de las Telecomunicaciones (UIT), tienen aprobados estándares para las redes
GPON, la recomendación G.984x, lo que permite que diseños como el que se presentan en
este proyecto puedan ser implementados en cualquier parte del país, ya que es una solución
que cumple con los estándares internacionales en cuanto a los requerimientos técnicos de la
red.
2.4 CONTEXTO ORGANIZACIONAL
Con la aprobación de la Ley 1341, se establecen nuevas funciones dentro del marco
regulatorio de nuestro país en el sector de las telecomunicaciones, ley 1341 es así como el
Ministerio de Comunicaciones cambió por Ministerio de Tecnologías de la Información las
Telecomunicaciones, esta nueva norma definen principios y conceptos sobre la Sociedad de
la Información y la organización de las Tecnologías de Información y Comunicaciones,
permite a los operadores prestar cualquier servicio que técnicamente sea viable, pone en
igualdad de condiciones a los operadores en el momento de prestar dichos servicios y hace
especial énfasis en la protección de los usuarios de telecomunicaciones.
De igual forma se define que la Comisión de Regulación de Comunicaciones es el órgano
encargado de promover la competencia, evitar el abuso de posición dominante y regular los
mercados de las redes y los servicios de comunicaciones; con el fin que la prestación de los
servicios sea económicamente eficiente, y refleje altos niveles de calidad; también se crea
la Agencia Nacional del Espectro cuyo objetivo es brindar el soporte técnico para la gestión
y la planeación, la vigilancia y control del espectro radioeléctrico, en coordinación con las
diferentes autoridades que tengan funciones o actividades relacionadas con el mismo; el
Fondo de Comunicaciones de que trata el Decreto 129 de 1976, también surte cambios, en
adelante se denominará Fondo de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones,
13
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cuyo objetivo es financiar los planes, programas y proyectos para facilitar prioritariamente
el acceso universal, y del servicio universal cuando haya lugar a ello, de todos los
habitantes del territorio nacional a las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones,
así como apoyar las actividades del Ministerio y la Agencia Nacional Espectro, y el
mejoramiento de su capacidad administrativa, técnica y operativa para el cumplimiento de
sus funciones.
Una de las novedades de esta ley es el servicio de Telesalud donde el Ministerio de
Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, apoyará el desarrollo de este en
Colombia, con recursos del Fondo de las TIC y llevando la conectividad a los sitios
estratégicos para la prestación de servicios por esta modalidad, a los territorios apartados de
Colombia.
Para prestar este servicio se requiere de infraestructuras que soporten un gran ancho de
banda, soluciones como la planteada en este proyecto sobre redes PON permiten que se
desarrollen sistemas de transmisión de video en tiempo real con audio de alta calidad,
dando paso a la creación de centros de telemedicina que promuevan la investigación
científica y tecnológica, esto no solo en el campo de la salud sino en todas las áreas.
2.5
ESTADO DE DESARROLLO A NIVEL INTERNACIONAL DE LAS REDES
La cuna de la fibra óptica es E.E.U.U., este hecho es determinante para que sea el país de
más implantación de esta tecnología, también es destacable que el gran despliegue de fibra
en este país tuvo a los servicios televisivos como motor, y que todos los demás servicios
que otorga la red de fibra se aprovecharon para ir entrando en el mercado paulatinamente.
Si miramos hacia oriente, el país que sobresale sobre el resto es Japón, y en el viejo
continente cada vez están siendo más los kilómetros instalados de cable, pero las
tecnologías xDSL aún son dominantes.
14
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Respecto del continente africano, la implantación es mínima debido al gran coste que
representa este tipo de despliegue y, más aún, si tenemos en cuenta las rentas de los países
africanos. Saborit, J. I., Rey, D.J., Garrido Guerrero, D. (2006). Viabilidad tecnología
FTTH.
Recuperado
el
16
de
febrero
de
2009
de
www.fabila.com/proyectos
/ftth/desarrolloe.asp
Figura 1. Velocidad Promedio de Banda Ancha
Fuente: Prieto. L. (2007). Velocidades de banda ancha en el mundo. Recuperado el 2 de
septiembre de 2009, de www.fayerwayer.com/2007/06/velocidades-de-banda-ancha-en-elmundo/
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En un recorrido general a nivel mundial podemos encontrar que:
• En el año 2006 British Telecom y Korea Telecom iniciaron la migración de su red a
NGN. Korea Telecom espera tener un cubrimiento con FTTH (Fiber to the Home) del 92%
para el año 2010. Para el año 2011 BT habrá reemplazado la totalidad de su red conmutada
por NGN.
• En Estados Unidos, AT&T ha implementado FTTC como una red que se solapa sobre la
existente en la mayoría de áreas donde tiene cobertura. Sprint y Qwest también han iniciado
la migración a NGN. Verizon planea llegar con FTTH a más de 18 millones de hogares en
el 2010.
• En la actualidad la empresa japonesa NTT está instalando una NGN y creando servicios
de banda ancha ubicuos.
• Telekom Austria espera disponer de una red totalmente basada en el IP 2009.
• En Canadá, en el 2007 Telus y Bell Canadá también anunciaron planes de instalar una
NGN.
• Deutsche Telekom planea implementar FTTC en las 50 ciudades alemanas más grandes
para el 2008.
• En Francia, Iliad y Neuf Cegetel anunciaron en el 2007 despliegue de redes FTTP (fibre
to the premises) para cubrir 5 millones de hogares.
• En cuanto a las redes de operadores de cable, tanto en Estados Unidos como en Europa, se
están probando mejoras de las redes que permitan ofrecer servicios a 100 Mbps.
16
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Según lo anterior, y la permanente investigación sobre hacia donde tienden las redes a
nivel mundial, nos muestra que la mayoría de países desarrollados tienden a la
implementación de la tecnología PON y migración a redes NGN hacia fines de los años
2010-2012. La figura 2 muestra la penetración a nivel mundial de las redes FTTH y FTTB,
donde predominan en los países asiáticos.
Figura 2. Despliegue Redes FTTH – FTTB a nivel mundial
Fuente: FTTH Council. (2008). Economies with the Highest Penetration of Fiber-to-thehome/Building+LAN.
Recuperado
el
1
de
septiembre
de
2009,
de
http://blogcmt.files.wordpress.com/2009/02/2009fttx_mundo.png
En el informe trimestral de conectividad de junio de 2009 de la CTR, en el reporte de
entorno internacional menciona respecto de la distribución por tecnología, que en el mismo
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período xDSL continúa siendo la más utilizada, con el 64,6% de los suscriptores mundiales
(277,3 millones), mientras que la tecnología Cable (HFC) es usada por el 20,6% (88,7
millones). A su vez, FTTx presenta una participación de mercado del 12,4% (53,4
millones), lo que representa un aumento en participación de 0,7 puntos porcentuales
respecto del cuarto trimestre del año 2008. Respecto de esta última tecnología, los países
asiáticos poseen la mayor cantidad de accesos (82,35% del total mundial), equivalente a un
valor cercano a 44 millones de suscriptores.
Figura 3. Distribución mundial de suscriptores de banda ancha por tecnología
Otras,
2,26%
FTTx,
12,44%
Cable,
20,67%
DSL,
64,63%
Fuente. Comisión de Regulación de Comunicaciones. (2009). Informe Trimestral de
Conectividad. Recuperado el 6 de septiembre de 2009 de http://www.crt.gov.co
2.6 ESTADO DE DESARROLLO DE LAS REDES EN COLOMBIA
En el caso colombiano, las tecnologías predominantes de acceso son xDSL y cable (HFC),
y la integración de servicios continúa en desarrollo. La inversión en infraestructura por
parte de los operadores establecidos se ha venido dando de manera progresiva tendiente a
18
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lograr la consolidación de una red multiservicio, con amplia capacidad, calidad garantizada
y mayores eficiencias respecto de las redes tradicionales.
La mayor eficiencia en costos que se espera de las NGN se debe a la reducción del número
de nodos de conmutación y la posibilidad de provisión de múltiples servicios sobre una
base común de infraestructura. Las redes de NGN permitirán explotar, en una mayor
medida, las economías de alcance y de escala mediante la provisión de más servicios sobre
menos infraestructura, lo que puede incrementar el volumen de mercado que puede
abastecer una red en particular.
Los principales aspectos a resaltar en la evolución de redes en Colombia son:
•
Las redes de TPBC (Telefonía Publica Básica Conmutada) del país aún tienen en su
mayoría componentes de telefonía tradicional
(Clase 5). Se están realizando
inversiones en infraestructura por parte de los operadores de telefonía y valor agregado
encaminadas a realizar la migración tecnológica requerida para el manejo de una
arquitectura NGN, por ejemplo a nivel de interconexión de redes TPBC las centrales
tradicionales están siendo reemplazadas por centrales multiservicio (softswitch).
•
Las redes de los operadores telefónicos continúan en su migración a redes
multiservicio (con predominancia de tecnología IP MPLS) para el suministro de
servicios empaquetados que involucran telefonía, Internet de Banda Ancha y servicios
de valor agregado IPTV.
•
Hay grandes desarrollos a nivel de infraestructura que están preparando las redes de las
principales ciudades en Colombia para ofertas de accesos dedicados con altas
velocidades en los próximos dos años. El uso de fibra óptica en segmentos cada vez
más cercanos al usuario, del tipo FTTC. Las ciudades intermedias serán cubiertas a
través de redes HFC principalmente.
•
Las redes híbridas de fibra y cable (HFC) se están adecuando tecnológicamente para el
suministro de servicios empaquetados, en las diferentes ciudades del país.
19
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•
Los principales operadores tienen en marcha planes de migración y crecimiento de red
mediante la introducción de tecnologías de última generación tales como IP/MPLS,
IPDSLAM con puertos ADSL2+ y Metro Ethernet y FTTC entre otras, conforme a las
mejores prácticas de proveedores internacionales de acceso.
•
Ofertas de accesos a Internet en segmento residencial desde 100Kbps hasta 16Mbps.
En el segmento corporativo hasta 200Mbps vía fibra óptica.
•
Los equipos DSLAM se encuentran instalados principalmente dentro de los edificios
donde están ubicadas las centrales telefónicas.
•
Se observan bajas capacidades y puertos en uso para accesos inalámbricos punto
multipunto (WiMAX), esta tecnología es vista como un complemento para la última
milla y como medio de acceso en banda ancha.
•
Los operadores de Valor Agregado no experimentan los inconvenientes de migración
de red y uso de redes de cobre con especificaciones inapropiadas para el acceso tal
como sucede en el caso de operadores telefónicos tradicionales que ingresaron con
posterioridad a la prestación de servicios de Valor Agregado de acceso a Internet.
•
Algunos operadores se encuentran evaluando tecnológica y estratégicamente la posible
incorporación de tecnologías como VDSL, VDSL2, GPON, ASON con el fin de contar
con una mayor escalabilidad en anchos de banda de acceso.
•
Los operadores que ingresaron recientemente desplegaron redes totalmente IP con
arquitectura NGN y algunos operadores tradicionales ya han iniciado la oferta
comercial de servicios sobre las nuevas plataformas.
•
De manera particular se han tenido anuncios tales como que la empresa de
Telecomunicaciones de Cali, Emcali inició la ampliación de su Red de Próxima
Generación (NGN) en más de 90.000 puertos de Telefonía IP y en más de 40.000
puertos de Banda Ancha, para atender a sus clientes del mercado Corporativo y
Residencial20; y que el operador UNE EPM Telecomunicaciones espera expandir el
servicio de valor agregado IPTV a otras ciudades del país, actualmente se está
ofreciendo el servicio en Medellín y Pereira
20
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De lo anterior se observa que las redes colombianas no han sido ajenas a los cambios que a
nivel internacional se han presentado, y los operadores tradicionales de telefonía han
identificado el potencial que existe en la migración, así sea parcial, hacia redes
multiservicio. Comisión de Regulación de las Comunicaciones (2008). Documento de
estudio Regulación de Redes en convergencia. Recuperado el 10 de julio de 2009 de
www.crcom.gov.co/images/stories/crt-documents/ActividadRegulatoria/RegulacionRedes
Convergencia/DocumentoAnalisis.pdf
En investigación con las diferentes empresas de telecomunicaciones de la ciudad de Pereira
se ha encontrado que la fibra óptica se encuentra tendida por toda la ciudad, pero las
empresas trabajan con otras tecnologías de acceso, HFC, Metroethernet, inalámbricas,
varias de ellas se encuentran en estudios de la tecnología PON.
En el informe trimestral de conectividad de junio de 2009 de la CTR, en el reporte de
accesos dedicados en Colombia en cuanto a la distribución por tecnología, de acuerdo con
la información presentada en el gráfico 8, se observa que en comparación con el primer
trimestre de 2009, se obtuvo un incremento de 0,78 puntos porcentuales en la participación
de los accesos que se prestan a través de xDSL, pasando de 63,29% a 64,07%.
Respecto a las tecnologías agrupadas en la categoría “Otras tecnologías”18, se presentó
también crecimiento en su participación porcentual en el total de conexiones dedicadas
fijas, equivalente a 0,07%.
De otro lado, los accesos dedicados fijos a Internet a través de Cable (HFC) y WiMAX e
inalámbricos 19 registraron reducciones de 0,27 y 0,57 puntos porcentuales en la
participación total respecto del trimestre anterior, situación que puede atribuirse, de una
parte, a las depuraciones de bases de datos a las que se hizo referencia previamente, y de
otra parte, a la migración tecnológica por parte de los clientes en relación con WiMAX
21
Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
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hacia otras tecnologías en la medida que las mismas se encuentren ahora disponibles en las
respectivas áreas de cobertura.
Figura 4. Distribución de suscriptores de accesos dedicados fijos por tecnología
Cable,
32,30%
xDSL, 64,07%
WiMAX e
inalámbricos,
2,11%
Otros, 1,53%
Fuente. Comisión de Regulación de Comunicaciones. (2009). Informe Trimestral de
Conectividad. Recuperado el 6 de septiembre de 2009 de http://www.crt.gov.co
2.7
ESTADO DEL ARTE DE LAS REDES PON
En la previa investigación realizada para el desarrollo de este proyecto, se encontró que en
España es donde más investigaciones del tema de redes PON se encuentran, desde trabajos
para pregrado, como para maestrías y doctorados.
Algunos de los trabajos encontrados son los siguientes:
22
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Arquitectura de red óptica pasiva sobre GbE basada en modulación IM/FSK. Realizado por
Juan José Martínez, Alicia López, Asier Villafranca, María Ángeles Losada, Ignacio
Garcés del Grupo de Tecnologías Fotónicas (GTF). Instituto de Investigación en Ingeniería
de Aragón. En el trabajo se expone una arquitectura de red óptica pasiva (PON) cuyas
características son simplicidad, bajo coste y comportamiento independiente de la longitud
de onda en el terminal de usuario. Presenta la principal novedad de operar sobre tramas
Gigabit Ethernet (GbE) utilizando diferentes esquemas de modulación para el enlace
ascendente y el descendente. Sustenta que la modulación FSK (modulación en frecuencia)
permite reducir mucho el costo de la unidad receptora. La información transmitida en
ambos enlaces son tramas GbE, generadas por un analizador de tráfico, demostrando así la
capacidad de aplicación de la propuesta sobre un estándar reconocido. Los resultados
demuestran la viabilidad de la propuesta y su posible aplicación a PONs reales en términos
de número de usuarios y longitud de enlace. J.J. Martínez, I. Garcés, A. López, A.
Villafranca, J.C. Aguado, M.A. Losada. (2008) Novel WDM-PON Architecture Based on a
Spectrally Efficient IM-FSK Scheme Using DMLs and RSOAs 356 p. España.
Diseño de una red de acceso GPON para proveer servicios triple play (tv, internet y
telefonía) en el sector de la Carolina a través de la red del grupo TvCable. Realizado por
Diana Patricia Pabón Taco de la Escuela Politécnica Nacional, presentado en enero de
2009. Este trabajo se basa en el desarrollo de una red GPON en un sector de la ciudad de
Quito para un operador de telecomunicaciones que quiere migrar su infraestructura a
GPON, ya que esta le presta los beneficios de administración y mantenimiento de su red a
costos muy favorables, ofreciendo a sus clientes un servicio de mejor calidad y capacidad.
En el trabajo se describen las tecnologías con las que cuenta la empresa, se realiza un
estudio de mercado y el diseño de la red propuesta. Pabón Taco, D.P. (2009). Diseño de
una red de acceso GPON para proveer servicios triple play (tv, internet y telefonía) en el
sector de la Carolina a través de la red del grupo TVCable. 160 p. Ecuador.
23
Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
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Arquitecturas en Anillo para Redes Ip. Realizado por
Juan Manuel Castrejo Sanz,
Departamento de Ingeniería Informática de la Universidad Autónoma de Madrid. El
desarrollo de este proyecto tiene como fin es estudiar las diferentes alternativas para
desarrollar una red orientada a datos (IP), robusta y eficiente, que satisfaga los
requerimientos actuales y futuros. De igual forma muestra un panorama de la situación
actual de la red orientada a voz y su posible evolución hacia una red orientada a datos que
englobe todo tipo de servicios. Castrejo Sanz, J. P. (2008). Arquitecturas en anillo para
redes IP.118 p. España.
Estudio de viabilidad técnico-económico para la Implantación de una red triple-play en el
Municipio de Castelldefels. Elaborado por Héctor Labeaga Cecilio, Universidad Politécnica
de Cataluña. El estudio propone una solución de implantación de una red de voz, Internet y
televisión de alta calidad, servicio y prestaciones en todo el municipio de Castelldefels.
Dada la gran variedad de clientes y sus distintas necesidades, estos se han englobado en tres
sectores potenciales: Residencial, PyMES y Grandes Empresas. Labega Cecilio, H. (2007).
Estudio de viabilidad técnico-económico para la Implantación de una red triple-play en el
Municipio de Castelldefels. 131 p. España.
Análisis y Evaluación Comparada de redes de acceso GPON Y EP2P. Realizado por José
García Torres. Universidad de Cataluña. En el desarrollo de este trabajo se definen las
tecnologías GPON y EP2P analizando sus características principales, las arquitecturas de
redes que soportan y los componentes de red que son necesarios para su correcto
funcionamiento.
También se analizan los mecanismos de calidad de servicio de ambas tecnologías, para
garantizar los parámetros de funcionamiento a los clientes, incluye la caracterización de los
servicios Triple Play, se explica la tipología de cada servicio y se detallan los parámetros
necesarios para su buen funcionamiento, también se realiza la comparación evaluando
todos los datos obtenidos de las simulaciones realizadas y las especificaciones de cada
24
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tecnología, para llegar a concluir las ventajas y desventajas de cada una. Garcia Torres, J.
(2009). Análisis y Evaluación Comparada de redes de acceso GPON Y EP2P. 124 p.
España.
Estudio comparativo de redes GPON y EPON. Realizado por Mauricio López Bonilla,
Edson Moschim, Felipe Rudge Barbosa, del laboratorio de tecnología fotónica de la
Universidad Estatal de Campinas. En este trabajo se presenta un estudio actual de las
plataformas tecnológicas GPON y EPON, se exponen sus principales características
técnicas, realizando un análisis comparativo encontrando las ventajas y desventajas entre
las dos tecnologías.
También se presentan estudios sobre la factibilidad económica y técnica al momento de
implantar una red óptica pasiva, hallando y mostrando argumentos válidos tanto
económicos como técnicos al momento de establecer y masificar este tipo de redes en una
región. López Bonilla, M. Moschim, E., Rudge Barbosa, F. (2008). Estudio Comparativo
de redes GPON y EPON. Brasil.
2.8
SITUACIÓN ACTUAL DE LOS SERVICIOS DE TELECOMUNICACIONES
Dentro de la investigación realizada, se encontró que la pagina web de el SIUST (Sistema
de información unificado del sector de las telecomunicaciones) es la principal fuente de
información del sector de las Telecomunicaciones en Colombia, aquí se encuentra
información técnica de la infraestructura, normatividad, estadísticas comerciales e
indicadores de gestión del sector entre otros.
El SIUST (Sistema de información unificado del sector de las telecomunicaciones),
permite la captura de reportes de los operadores de servicios públicos no domiciliarios a
través de formatos electrónicos, por medio de los cuales se puede conseguir información de
interés para el público en general.
25
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Entre sus diferentes reportes está el de los suscriptores a internet dedicado por tecnología,
y según sus resultados notamos la brecha que existe actualmente de la Fibra Óptica, frente a
las tecnologías de xDSL y cable como se muestra en la figura 5, estos datos nos revelan el
atraso en infraestructura de los operadores que se presenta a nivel nacional con respecto a
las tecnologías que soportan la Fibra Óptica.
Los operadores en Colombia no se han dado a la tarea de actualizar sus instalaciones,
quedando rezagados frente a la evolución que ha tenido la fibra óptica a nivel mundial.
Figura 5. Suscriptores Internet Dedicado por Tecnología en Colombia segundo trimestre
2009
OTRAS… 10677
FIBRA OPTICA
SUSCRIPTORES
10764
RADIO MICRO-… 1616
SATELITAL
17954
CABLE
685817
WIMAX
32951
CLEAR CHANNEL
2097
xDSL
1360553
WIFI
1079
0
500000
1000000
1500000
Fuente. Sistema de información unificado del sector de las telecomunicaciones (n.f.).
Suscriptores internet dedicado por tecnología en Colombia. Recuperado el 15 de septiembre
de 2009 de
http://www.siust.gov.co/siust/docxml/TablaCharts.jsp?con=estaticos/327
_2.xml
26
Diseño y Simulación de una red PON para prestar servicios Triple Play a un conjunto residencial
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De igual forma notamos con el reporte de suscriptores a internet dedicado por nivel de
banda, que la tendencia día a día de los usuarios es de la banda ancha, como se muestra en
la figura 6, la necesidad de interactuar con las diferentes herramientas existentes en la red,
demandan constantemente más velocidad y ancho de banda.
Figura 6. Suscriptores Internet Dedicado por Nivel de Banda segundo trimestre 2009
Fuente. Sistema de información unificado del sector de las telecomunicaciones (n.f.).
Suscriptores Internet Dedicado por Nivel de Banda Recuperado el 15 de septiembre de
2009 de http://www.siust.gov.co/siust/doc xml/TablaCharts.jsp?con=estaticos/327_2.xml
Así mismo en la información de suscriptores de banda ancha por departamento, notamos
que en los departamentos de Bogotá, Antioquia, Atlántico, Cundinamarca, Santander y
27
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Valle del Cauca, se encuentra la mayor demanda de suscriptores a banda ancha en el país,
como se muestra en la figura 7.
Risaralda a pesar de que cuenta con un buen promedio a nivel nacional, se encuentra muy
por debajo del promedio que manejan estos departamentos.
Figura 7. Suscriptores Banda Ancha por Departamento Segundo trimestre 2009
VICHADA
7
8
22
11
193
161
2081
3860
2256
GUAVIARE
AMAZONAS
PUTUMAYO
ARAUCA
TOLIMA
26961
6821
89353
44691
22189
30232
14099
27383
23213
5976
18893
3168
60075
12730
13238
11106
2852
37544
11045
46501
SANTANDER
QUINDIO
NARIÑO
MAGDALENA
HUILA
CUNDINAMARCA
CESAR
CAQUETA
BOYACA
BOGOTA D.C
94496
ANTIOQUIA
0
179288
725012
330113
100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000
SUSCRIPTORES
Fuente. Sistema de información unificado del sector de las telecomunicaciones (n.f.).
Suscriptores Banda Ancha por Departamento. Recuperado el 15 de septiembre de 2009 de
http://www.siust.gov.co/siust/doc xml/TablaCharts.jsp?con=estaticos/327_2.xml
28
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3. MARCO TEORICO
En la actualidad el acceso a Internet desde el hogar del usuario, se realiza a través de
diferentes tecnologías como ADSL2+, WiFi, DOCSIS, WiMax, 3G, 3.5G, GPRS, entre
otras. Con la aparición de nuevos servicios como video llamada, las aplicaciones de video
bajo demanda o distribución de video y televisión, hacen que sea necesaria una mayor
capacidad de ancho de banda en las redes de comunicaciones, para así poder dar soporte a
todos estos servicios y a otros muchos posibles que puedan surgir.
Para solucionar los problemas o limitaciones de capacidad, aparece otra tecnología más
potente y rápida conocida con el nombre de FTTH (Fiber To The House). La nueva
tecnología sustituye el cable de cobre por la fibra óptica, y se usa la luz como medio para el
transporte de información. Existen varias alternativas para aplicar está solución a gran
escala y así poder integrarla en las redes de acceso actuales y ofrecerla a los usuarios.
3.1 FIBRA ÓPTICA
3.1.1
Breve historia de la fibra óptica.
Las ondas de luz son una forma de energía electromagnética y la idea de transmitir
información por medio de luz, como portadora, tiene más de un siglo de antigüedad. Hacia
1880, Alexander G. Bell construyó el fotófono que enviaba mensajes vocales a corta
distancia por medio de la luz. Sin embargo, resultaba inviable por la falta de fuentes de luz
adecuadas.
Con la invención y construcción del láser en la década de los 60 volvió a tomar idea la
posibilidad de utilizar la luz como soporte de comunicaciones fiables y de alta
potenciabilidad de información, debido a su elevada frecuencia portadora 1014 Hz Desde
entonces, empezaron los estudios básicos sobre modulación y detección óptica.
29
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Los primeros experimentos sobre transmisión atmosférica pusieron de manifiesto diversos
obstáculos como la escasa fiabilidad debida a precipitaciones, contaminación o turbulencias
atmosféricas.
El empleo de fibras de vidrio como medio guía no tardó en resultar atractivo: tamaño, peso,
facilidad de manejo, flexibilidad y coste. En concreto, las fibras de vidrio permitían guiar la
luz mediante múltiples reflexiones internas de los rayos luminosos, sin embargo, en un
principio presentaban elevadas atenuaciones.
En 1966 se produce un gran hito para los que serán las futuras comunicaciones por fibra
óptica, y es la publicación por Kao y Hockman de un artículo en el cual se señalaba que la
atenuación observada hasta entonces en las fibras de vidrio, no se debía a mecanismos
intrínsecos sino a impurezas originadas en el proceso de fabricación.
A partir de esta fecha empiezan a producirse eventos que darán como resultado final la
implantación y utilización cada vez mayor de la Fibra Óptica como alternativa a los cables
de cobre:
1970 Corning obtiene fibras con atenuación 20 dB/km.
1972 Fibra Óptica con núcleo líquido con atenuación 8 dB/km.
1973 Corning obtiene Fibra Óptica de SiO2 de alta pureza con atenuación 4 dB/km y deja
obsoletas a las de núcleo líquido.
1976 NTT y Fujikura obtienen Fibra Óptica con atenuación 0,47 dB/km en 1300 nm, muy
próximo al límite debido a factores intrínsecos (Rayleigh).
1979 Se alcanzan atenuaciones 0,12 dB/km con fibras monomodo en 1550 nm.
También en 1975 se descubría que las fibras ópticas de SiO2 presentan mínima dispersión
en torno a 1300 nm, lo cual suponía disponer de grandes anchuras de banda para la
transmisión, en cuanto la dispersión del material de la fibra constituye un factor intrínseco
limitativo. Las nuevas posibilidades que ofrecían las fibras ópticas también estimularon la
30
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investigación hacia fuentes y detectores ópticos fiables, de bajo consumo y tamaño
reducido.
1970 Primer láser de AIGaAs capaz de operar de forma continúa a temperatura ambiente.
Sin embargo, el tiempo de vida medio era de unas pocas horas. Desde entonces, los
procesos han mejorado y hoy es posible encontrar diodos láser con más de 1.000.000 horas
de vida media.
1971 C.A. Burrus desarrolla un nuevo tipo de emisor de luz, el LED, de pequeña superficie
radiante, idóneo para el acoplamiento en fibras ópticas Por lo que se refiere a los
fotodetectores, los diodos PIN y los de avalancha a base de Si, fueron desarrollados sin
dificultades y ofrecían buenas características. Sin embargo, no podían aplicarse en longitud
de onda > 1100 nm. El Ge era un buen candidato a ser utilizado para trabajar entre 1100 y
1600 nm, y ya en 1966 se disponía de ellos con elevadas prestaciones eléctricas. Sin
embargo, la corriente de oscuridad (ruido) del Ge es elevada y da motivo a ensayos con
fotodiodos con materiales como el InGaAsP. El primer PIN de InGaAs se realiza en 1977.
Alós, R.(n.f.). La fibra óptica como medio de transmisión. Recuperado el 15 de junio de
2009, de www.aciem.org/bancoconocimiento/L/Lafibraopticacomomediodetransmision/La
fibraopticacomomediodetransmision.asp
3.1.2 Primeros Fabricantes
En los años 50 comenzaron a producirse las primeras pruebas con conductores ópticos, pero
hasta la década siguiente no comenzaron a usarse las fibras con cubiertas de vidrio. Estas
fibras junto con el descubrimiento del láser en el año 1962 por Theodore Maiman
produjeron un gran impulso para esta tecnología, que, realmente se consolidó en los 70 con
la construcción por parte de Donald Keck, Peter Schultz y Robert Maurer (en Corning
Glass Works) de fibras ópticas de cientos de metros con claridad cristalina.
31
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Las primeras pruebas con estos tipos de fibras las realizaron en AT&T en Atlanta en 1976.
Estas pruebas consistieron en la instalación de cables de fibra de unos 600m de longitud,
cada uno de estos cables contenía 144 fibras. La instalación de estos cables se realizó en
conductos estándar ya existentes, por lo que debían soportar las condiciones que establecían
estos conductos, como curvas cerradas y las condiciones propias de estar bajo tierra. Tras
un primer año de pruebas, el servicio comercial de comunicación de datos, voz y video
comenzó, y lo hizo en la ciudad de Chicago conectando dos oficinas de conmutación de la
compañía Bell Telephone Company a través de 2,4 km de cables de fibra óptica
subterráneos. Portal informático, Fibra Óptica, (n.f). recuperado el 15 de junio de 2009 de
www.euram.com.ni
3.1.3 Características de la Fibra Óptica.
Los circuitos de fibra óptica consisten en filamentos que llevan mensajes en forma de haces
de luz que pasan a través de ellos de un extremo a otro sin interrupción.
Las fibras ópticas pueden usarse en ambientes autónomos o grandes redes geográficas
como los sistemas de largas líneas urbanas mantenidos por compañías telefónicas.
La principal característica de la fibra óptica es la inmunidad a las interferencias y que la
calidad de la transmisión es independiente de la distancia entre el usuario y el
“backbone”(principales conexiones troncales de internet) de la red.
La fibra óptica es un medio de transmisión capaz de transportar información tanto
analógica, como digital.
La fibra óptica posee dos regiones claramente distinguibles, el núcleo y el revestimiento. El
núcleo es la región cilíndrica en la que se efectúa la propagación propiamente dicha. El
32
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revestimiento es una zona externa al núcleo, pero que comparte el eje con éste, que es
totalmente necesaria para que se produzca la propagación del haz.
Existen tres características de las que depende la capacidad de trasmisión de una fibra
óptica:
•
Diseño Geométrico de la Fibra
•
Propiedades de los Materiales Utilizados en su Elaboración (diseño óptico)
•
Ancho Espectral de la Fuente de Luz utilizada. Cuanto mayor sea este ancho, menor
será la capacidad de transmisión de la fibra.
3.1.4 Propagación de la fibra:
Índice de Refracción: el índice de refracción n en un material, es el cociente de la velocidad
de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en dicho material.
Mientras más denso sean los medios, menor velocidad tendrá la luz en ellos. De este modo,
el índice de refracción será siempre mayor a uno, para cualquier medio.
Reflexión Total: una onda plana viajera puede experimentar dos fenómenos diferentes, al
encontrarse con un plano de separación (interfaz) de dos medios dieléctricos con distinto
índice de refracción:
•
Sufre una reflexión o desviación hacia el medio de donde viene. A la onda
resultante de este fenómeno la llamaremos onda reflejada.
•
Experimenta una variación de su trayectoria original pero igualmente consigue
atravesar la interfaz. Esta onda será una onda refractada.
Las leyes ópticas que ligan a estas tres ondas mostradas en la figura 8 (incidente, reflejada y
refractada) son:
33
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Ley de Reflexión: Los ángulos formados por los rayos incidentes y reflejados con respecto
a la normal de la superficie de separación de los medios son iguales.
Ley de Refracción o de Snell: Los índices de refracción de los medios están en razón de
inversa de los senos de los ángulos que forma la normal a la superficie de separación con
las respectivas ondas.
Figura 8. Ondas reflejadas por la propagación de la luz
Fuente. ITU. (2002). Tecnologías de comunicaciones ópticas y normativas. Recuperado el
10 de Septiembre de 2009 de www.itu.int
Para que exista propagación dentro de la fibra se deben cumplir dos factores, el primer
factor a tener en cuenta, es que se debe cumplir que n1> n2, siendo n1 el índice del núcleo
y n2 el índice del revestimiento, para que pueda existir la propagación dentro de la fibra. El
34
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segundo factor es que el ángulo de incidencia en la fibra debe ser superior al ángulo límite
dictado por los índices.
3.1.5 Parámetros de la fibra óptica
En la tabla se muestran los parámetros principales de la fibra óptica
Tabla 1. Parámetros fibra óptica
Fuente. ITU. (2002). Tecnologías de comunicaciones ópticas y normativas. Recuperado el
10 de Septiembre de 2009 de www.itu.int
Parámetros Estáticos: Son constantes a lo largo de la fibra, dentro de ciertas tolerancias
propias de la fabricación.
Características ópticas:
• Perfil del Índice de Refracción: define como varía el índice de refracción en el
núcleo de la fibra óptica en sentido radial.
• Apertura Numérica: determinante de la cantidad de luz que pude aceptar una fibra
óptica y, en consecuencia, de la energía que puede transportar. Cabe aclarar que este
parámetro no está ligado a la cantidad de información que se transporta.
Características geométricas:
35
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El diámetro y las excentricidades dependerán exclusivamente de la tecnología utilizada en
la fabricación de la fibra óptica, y las tolerancias de cada una de ellas.
Parámetros Dinámicos: Son características de la fibra que afectan la progresión de la señal
a través de la misma.
• Atenuación: depende de la longitud de onda de la luz portadora de la misma. Los
mecanismos que la provocan pueden tener origen en la misma fibra (constitución
física, como irregularidades o impurezas) o en factores externos (envejecimiento,
tendido).
• Dispersión Temporal: Causada por las características dispersivas de la fibra sobre la
señal en el transcurso del tiempo. Provoca ensanchamiento de los pulsos en el
tiempo a medida que se propagan, deformándolos y limitando la capacidad de la
fibra óptica.
Apertura Numérica: es un parámetro que da idea de la cantidad de luz que puede ser guiada
por una fibra óptica. Por lo tanto cuanto mayor es la magnitud de la apertura numérica de
una fibra, mayor es la cantidad de luz que puede guiar o lo que es lo mismo, mas cantidad
de luz es capaz de aceptar en su núcleo.
Atenuación: Las pérdidas por atenuación en el interior de la fibra es uno de los fenómenos
que contribuyen a degradar la información, de modo que en la recepción las características
de la señal no sean idénticas a las transmitidas en el origen, la atenuación es la relación
entre las potencias luminosas de salida y entrada expresada en dB (decibell) y calculada a
una determinada longitud de onda.
Características de la atenuación:
•
La atenuación de la señal en un medio convencional, como el cobre, depende del
rango de frecuencias de la señal portadora de la información a transmitir, de modo
36
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que aumenta con esta en forma proporcional. Sin embargo, la atenuación en una
fibra óptica no depende del ancho de banda de modulación, debido a que la
frecuencia portadora es muchas veces superior a la de modulación, cuestión que no
ocurre en guías de ondas convencionales.
•
La potencia total transmitida se distribuye entre los diversos modos que se
propagan. Cuando la propagación es monomodal, la potencia transmitida se
distribuye también aleatoriamente entre las diferentes líneas espectrales del modo
transmitido.
Atenuación por tendido, ambiente y envejecimiento:
Durante la instalación, además de las curvaturas comentadas, la fibra se ve sometida a los
agentes climáticos y a cierta fatiga estática provocada por el tendido, que contribuyen
también en cierto grado a incrementar las pérdidas y a acortar la vida de la fibra.
3.1.6 Tipos de fibra
Existen tres tipos de fibra óptica dependiendo del modo en el que se propaga la luz en su
interior:
3.1.6.1 Fibra multimodo a salto de índice: Transportan simultáneamente varios haces de
luz con diferente ángulo de entrada (diferentes modos).El índice de refracción del núcleo es
mayor, pero del mismo orden que el del revestimiento. Si bien la atenuación y la dispersión
temporal son mayores que en otros tipos de fibra, el mayor diámetro del núcleo requiere de
una menor precisión en la fabricación lo que las hace más económicas.
3.1.6.2 Fibra multimodo a índice gradual: Se diferencian de las anteriores en que el índice
de refracción del núcleo disminuye radialmente hasta igualarse al del revestimiento. Esto
provoca que los rayos de luz se desvíen gradualmente en aparentes trayectorias curvas. Su
ancho de banda y su alcance son mayores que la fibra a salto de índice.
37
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3.1.6.3 Fibra monomodo: Es el tipo de fibra más delgado y difícil de fabricar y maniobrar
pero también el de mayor alcance. Solo permite un modo de propagación paralelo a su eje.
Son fabricadas con un diámetro muy reducido (típicamente 8µm), cuando la luz ingresa en
la fibra, las reflexiones son matenidas al mínimo debido a las dimensiones del diámetro del
núcleo. La luz viaja virtualmente en línea recta a través del núcleo y los pulsos introducidos
en un extremo son recibidos en el otro extremo con una dispersión muy pequeña.
Tìpicamente las fibras monomodo transportan señales en longitudes de onda de 1310 nm o
1550 nm. Es relativamente costosa, tiene mayor atenuación que las fibras multimodo. Una
señal transmitida en fibra monomodo tendrá una atenuación a 1310 nm menor de 0,5 dB
por kilometro. Una señal viajando en una fibra típica multimodo de índice graduado tendrá
una atenuación de 3 dB por kilometro.
Las fibras monomodo son mas usadas en
aplicaciones que requieren mayor ancho de banda a grandes distancias.
Figura 9. Tipos de fibra
Fuente. http://www.fisica.unlp.edu.ar/materias/FEIII/fibra.pdf
38
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3.1.7 Ventajas de las Comunicaciones por Fibra Óptica
Ancho de banda: la capacidad potencial de transportar información crece con el ancho de
banda del medio de transmisión y con la frecuencia de portadora. Las fibras ópticas tienen
un ancho de banda de alrededor de 1 THz, aunque este rango está lejos de poder ser
explotado hoy día. De todas formas el ancho de banda de las fibras excede ampliamente al
de los cables de cobre.
Bajas pérdidas: las pérdidas indican la distancia a la cual la información puede ser enviada.
En un cable de cobre, la atenuación crece con la frecuencia de modulación. En una fibra
óptica, las pérdidas son las mismas para cualquier frecuencia de la señal hasta muy altas
frecuencias.
Inmunidad electromagnética: la fibra no irradia ni es sensible a las radiaciones
electromagnéticas, ello las hace un medio de transmisión ideal cuando el problema a
considerar son las EMI, (Electromagnetic Interference).
Seguridad: es extremadamente difícil intervenir una fibra, y virtualmente imposible hacer la
intervención indetectable, por ello es altamente utilizada en aplicaciones militares.
Bajo peso: Un cable de fibra óptica pesa considerablemente menos que un conductor de
cobre. Optral. (n.d). la fibra óptica como medio de transmisión. Recuperado el 15 de junio
de 2009 de http://platea.pntic.mec.es/~Imarti2/optral/cap2/fibra-3.htm
3.2 WDM
Es una técnica de multiplexación que consiste en la transmisión, sobre una misma fibra, de
múltiples portadoras ópticas moduladas, ampliando la capacidad de transmisión utilizada en
la fibra, ya que se multiplica por el número de canales.
39
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En la figura 10 se muestra el esquema básico de un sistema WDM; la información
correspondiente a cada canal modula la señal generada por una fuente, que emite a la
longitud de onda establecida para dicho canal. Las distintas señales se combinan, antes de
introducirlas en la fibra, mediante un multiplexor WDM. Finalmente en el receptor los
diferentes canales son separados, demultiplexados.
Figura 10. Esquema de multiplexación WDM
Fuente. KVH Network. Leading-edge optical technologies for mission-critical services
(n.d.). DWDM. Recuperado el 20 de junio de 2009, de
http://www.kvh.co.jp/
en/data/data_network.html
Categorías de los sistemas WDM:
∗ SWDM Simple Wavelenght: las longitudes de onda de las portadoras se encuentran
distanciadas ampliamente
∗ DWDM las longitudes de onda de las portadoras se encuentran distanciadas
estrechamente
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3.3 TECNOLOGÍAS ACTUALES DE ACCESO
La sociedad de la información tiene como principal fundamento la masificación del acceso
a Internet, en sus principios, solo se utilizó para acceder a páginas y consultar el correo
electrónico, estos servicios no exigían grandes velocidades de transmisión, con el paso del
tiempo surgió la necesidad de desarrollar mejores servicios, tales como contenidos
interactivos, servicios de voz, video y datos, demandando grandes velocidades de
transmisión. Las aplicaciones actuales cambiaron las costumbres de los usuarios, buscando
cada día conexiones con mayor ancho de banda.
3.3.1 Banda estrecha.
Un acceso de banda estrecha es aquel que se logra a través de una línea de cobre
tradicional, cuyas velocidades de transmisión no superan las de un módem convencional de
56 Kbps. Lograr velocidades mayores requiere de otra tecnología, como RDSI, XDSL,
Cable módem o FTTH a través de tecnologías como Gigabit, Ethernet, entre otros.
3.3.2 Banda ancha.
De acuerdo con la estandarización de la UIT, banda ancha significa “Un servicio o sistema
que requiere canales de transmisión capaces de soportar velocidades mayores que la
velocidad primaria”, esto implica por lo menos velocidades de 1.5Mbps ó 2Mbps.
Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones. (n.f.). Promoción y
Masificación de la Banda Ancha en Colombia Versión II. Recuperado el 8 de agosto de
2009, de www.mincomunicaciones.gov.co
3.3.3 DOCSIS: (Data Over Cable Service Interface Specification)
Especificación de Interfaz sobre Servicios de Datos Por Cable), es un estándar internacional
desarrollado por CableLabs, es un estándar no comercial que define los requisitos de la
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interfaz de comunicaciones y operaciones para los datos sobre sistemas de cable, lo que
permite añadir transferencias de datos de alta velocidad a un sistema de televisión por cable
(CATV). Es utilizado por muchos operadores de cable para proveer acceso a internet sobre
sus infraestructuras HFC (red híbrida de fibra óptica y coaxial). DOCSIS. (n.f).Recuperado
Octubre 9 de 2009 de www.docsis.org
3.3.4 xDSL.
Las tecnologías xDSL (Digital Subscriber Line) hacen uso de la infraestructura de cable de
cobre existente, convirtiéndolo por medio de diferentes técnicas de modulación en un
medio de alta velocidad para transmisión digital de datos. Cuenta con velocidades que
varían de acuerdo con las características del par de cobre y la distancia del punto de
conexión a la central telefónica como se muestra en la tabla 2.
Tabla 2. Tipos de Tecnologías XDSL
Fuente. Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones. (n.f.).
Promoción y Masificación de la Banda Ancha en Colombia Versión II. Recuperado el 8 de
agosto de 2009, de www.mincomunicaciones.gov.co
3.3.4.1 ADSL
ADSL son las siglas de Asymmetric Digital Subscriber Line ("Línea de Abonado Digital
Asimétrica"). Consiste en una línea digital de alta velocidad (banda ancha), apoyada en el
par simétrico de cobre que lleva la línea telefónica convencional o línea de abonado.
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Es una tecnología de acceso a Internet de banda ancha, lo que implica, mayor capacidad
para transmitir datos, que, a su vez, se traduce en mayor velocidad.
Esto se consigue mediante la utilización de una banda de frecuencias más alta que la
utilizada en las conversaciones telefónicas convencionales (300-3.400 Hz) por lo que, para
disponer de ADSL, es necesaria la instalación de un filtro (llamado splitter o discriminador)
que se encarga de separar la señal telefónica convencional de la que se usa para conectarse
con ADSL.
Figura 11. Esquema de operación del acceso ADSL
Fuente. Arrakis. (n.f.). Arquitectura y topología ADSL, VDSL, VDSL+2. Recuperado el 8
de agosto de 2009 de http://www.arrakis.com/ficheros/CompartirMODEM.png
Esta tecnología se denomina asimétrica debido a que la velocidad de descarga (desde la
Red hasta el usuario - Downstream) y de subida de datos (en sentido inverso - Upstream)
no coinciden. Normalmente, la velocidad de descarga es mayor que la de subida. En una
línea ADSL se establecen tres canales de comunicación, que son el de envío de datos, el de
recepción de datos y el de servicio telefónico normal.as
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3.3.4.2 ADSL 2+
Antes de llegar a la tecnología ADSL2+ se pasó por la ADSL2 que viene a ser un paso
intermedio entre las ADSL simples estudiadas en el punto anterior y las ADSL2+ que se
verán a continuación.
ADSL2+ tiene un funcionamiento muy parecido al de las ADSL convencionales con las
novedades de que ofrecer las siguientes ventajas:
∗ Tasas de transferencia más elevadas.
∗ Más ancho de banda que permite mejorar la supervisión de la conexión y la QoS.
∗ Mejoras en los aparatos que proveen de servicio a los clientes.
∗ Mejoras en los diagnósticos durante la fase de instalación.
∗ Incorporación de mecanismos que permiten el cambio de velocidad sin que se
produzcan errores de sincronismo a la vez que se procesa la información.
∗ Mejoras orientadas a la optimización del consumo de energía.
∗ Se añade la posibilidad de dividir el ancho de banda en distintos canales en donde
cada canal puede tener una aplicación independiente. Esto también supone una
mejora en la QoS.
∗ Permite utilizar el ancho de banda reservado para la telefonía para transmisión de
datos y así obtener mayor velocidad de subida (upstream).
∗ Se minimiza el tiempo de establecimiento de conexión desde el terminal al
proveedor.
La desventaja de esta tecnología es su baja velocidad.
3.3.4.3 VDSL: Very high bit-rate DSL
VDSL son las siglas de Very high bit-rate Digital Subscriber Line (DSL de muy alta tasa de
transferencia). Es una tecnología xDSL que proporciona una transmisión de datos hasta un
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límite teórico de 52 Mbps de bajada y 16 Mbps de subida sobre una simple línea de par
trenzado.
Actualmente, el estándar VDSL utiliza hasta cuatro bandas de frecuencia diferentes, dos
para la subida (del cliente hacia el proveedor) y dos para la bajada.
VDSL es capaz de soportar aplicaciones que requieren un alto ancho de banda como HDTV
(televisión de alta definición).
Las ventajas que aporta VDSL es que su funcionamiento es similar a las ADSL
tradicionales pero ofreciendo unas velocidades asimétricas mayores y con ello conseguir lo
que realmente necesitan algunos de los sectores a los que enfocamos el proyecto.
Una de las ventajas de VDSL es que puede operar tanto en modo simétrico como en
asimétrico.
3.3.5 Enlaces de Radio
Esta alternativa consiste en la transmisión inalámbrica de ondas de radio a alta frecuencia
entre dos puntos. A través de esta tecnología, se pueden obtener velocidades de transmisión
entre 2 Mbps hasta 155 Mbps, por lo cual este servicio se encuentra normalmente destinado
a clientes corporativos.
En el ámbito técnico, existen diferentes tipos de tecnologías para transmisión de datos, las
cuales se clasifican dentro de 2 grandes grupos: PDH6, en el cual los diferentes elementos
que componen la red están casi sincronizados en el tiempo, y como una evolución de la
anterior, SDH7, en el cual existe una sincronización de los relojes que operan en toda la
red, permitiendo alcanzar altas velocidades para transmisión de altos volúmenes de canales
de voz y datos. En el contexto de enlaces de radio también se incluye la tecnología LMDS,
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la cual permite la transmisión de voz, datos y video con velocidades hasta 10 Mbps, con la
diferenciación básica de realizar la comunicación a través de enlaces punto-multipunto.
3.3.6 CDMA
En términos globales, CDMA 2000 1X se considera una tecnología inalámbrica de tercera
generación (3G), que permite la transmisión de voz y datos a través de redes móviles con
velocidades pico de hasta 144 Kbps sobre un canal de 1.25 MHz
Figura 12. Distribución del espectro para CDMA2000 1X y 1xEV-DO
Fuente. Qualcomm
Hacia el futuro, se prevé la evolución de esta red hacia el siguiente paso en la evolución, el
cual se denomina CDMA2000 1xEV-DO9, la cual permite alcanzar velocidades pico de
transmisión de datos de hasta 2.4 Mbps sobre el mismo canal de 1.25 MHz, sobre la cual es
viable correr aplicaciones de video. En una fase posterior de evolución, la tecnología
CDMA2000 1xEV-DV10 permite alcanzar velocidades pico de hasta 3.08 Mbps.
3.3.7 GPRS
En términos generales, GPRS es una tecnología de radio basada en estándares europeos que
surgió como una evolución de las redes GSM, que permite la inclusión digital de datos
empaquetados con velocidades de transmisión de hasta 115 Kbps12. En Colombia, este
servicio es ofrecido por los operadores Comcel y Colombia Móvil.
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En cuanto a la evolución de estas redes, se prevé en el futuro la introducción de la
tecnología EDGE13, la cual permitirá la transmisión de datos con una velocidad de hasta
48 Kbps en cada uno de los 6 slots de tiempo, alcanzando un total de 384 Kbps, lo cual a su
vez representa un paso intermedio a la evolución a UMTS, que permitirá velocidades
cercanas a los 2Mpbs.
3.3.8 GSM
Global System Mobile of Comunication, se usa para la mejor transmisión de datos (video,
voz), GSM es un sistema digital de telefonía móvil que provee un estándar común para los
usuarios, permitiendo el roaming internacional y la capacidad de ofrecer a alta velocidad
servicios avanzados de transmisión de voz, datos y video, y otros servicios de valor
agregado.
Ésta tecnología usa una variación de la tecnología TDMA (Time Division Multiple
Access). GSM comprime y digitaliza, luego la manda a través de dos corrientes de los datos
del usuario. Todo esto ocurre a través de las bandas de 900 mhz y 1900 mhz de frecuencia
3.3.9 3G
La tecnología de tercera generación o más conocida como 3G es un servicio de
comunicaciones inalámbricas que permite estar conectado de forma permanente a Internet a
través del teléfono móvil. La tecnología 3G propone una mejor calidad y fiabilidad, una
mayor velocidad de transmisión de datos y un ancho de banda superior. Con velocidades de
datos de hasta 384 Kbps.
La Unión Internacional de las Telecomunicaciones (ITU) definió las demandas de redes
3G con el estándar IMT2000. Este estándar se desarrolló mediante un sistema móvil
llamado UMTS (Universal Mobile Telephone System), este a su vez está desarrollado a
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partir de WCDMA, que es una tecnología móvil inalámbrica que aumenta las tasas de
transmisión de datos de los sistemas GSM utilizando la interfaz aérea CDMA en lugar de
TDMA (Time Division Multiple Access), es por ello que 3G ofrece velocidades mucho más
altas de datos en equipos inalámbricos portátiles.
También UMTS se define como un sistema por capas. La capa de más arriba es la capa de
servicios y como su nombre lo señala se encarga de los servicios, de su despliegue en forma
rápida; en el centro se encuentra la capa de control que se preocupa de ayudar a la mejora
de los procedimientos y permite que la capacidad de la red sea dinámica; en la zona más
baja se encuentra la capa de conectividad, la que tiene como labor la transmisión de datos y
el tráfico de voz.
3.3.10 3.5G
La telefonía móvil 3.5G es una variante del sistema 3G, el que revolucionó la manera en
que los teléfonos móviles podían ser usados, alcanzando una gran funcionalidad en sus
herramientas así como también en el envío y recepción de datos, primero, entre varios
teléfonos celulares, y después desde redes de datos, Internet, terminales electrónicas, etc.
Dentro del desarrollo del sistema 3G, ahora se está empezando a consolidar 3.5g como el
más efectivo patrón de funcionamiento en la mayoría de teléfonos móviles, teniendo en
cuenta su gran funcionalidad así como la facilidad con la que las centrales operadoras
pueden aplicarlo y manejarlo, sin necesidad de aplicar técnicas que difícilmente
se pueden encontrar en el país donde se presta el servicio.
El sistema 3.5G, también llamado por sus siglas en inglés HSDPA, ofrece tanto a las
centrales como usuarios facilidades tales como una mayor velocidad de transmisión que se
manifiesta en 1,8 Mbps, que es más o menos 3 o 4 veces más rápida que el “antiguo”
formato 3G (que de todas maneras continúa siendo muy utilizado, sobre todo por cuestiones
de costos); a mayor velocidad de transmisión, también las imágenes y los sonidos pueden
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ser descargados y disfrutados con una mayor calidad, claro, si los equipos se adaptan al
sistema, por lo que también nuevos teléfonos móviles han empezado a ser diseñados con
este objetivo.
Además de esta velocidad de transmisión, el formato 3.5G permite la visualización de
producciones audiovisuales en tiempo real (videostreaming), lo que se puede apreciar con
mayor claridad, por ejemplo en la transmisión de programas televisivos para móviles.
3.3.11 4G
La 4G estará basada totalmente en IP siendo un sistema de sistemas y una red de redes,
alcanzándose después de la convergencia entre las redes de cables e inalámbricas así como
en ordenadores, dispositivos eléctricos y en tecnologías de la información así como con
otras convergencias para proveer velocidades de acceso entre 100 Mbps en movimiento y 1
Gbps en reposo, manteniendo una calidad de servicio (QoS) de punta a punta (end-to-end)
de alta seguridad para permitir ofrecer servicios de cualquier clase en cualquier momento,
en cualquier lugar, con el mínimo coste posible.
El WWRF (Wireless World Research Forum) define 4G como una red que funcione en la
tecnología de Internet, combinándola con otros usos y tecnologías tales como Wi-Fi y
WiMAX. La 4G no es una tecnología o estándar definido, sino una colección de
tecnologías y protocolos para permitir el máximo rendimiento de procesamiento con la red
inalámbrica más barata. El IEEE aún no se ha pronunciado designando a la 4G como “más
allá de la 3G”.
3.3.12 Enlaces Satelitales
Esta tecnología incluye la puesta en órbita de un satélite artificial, que sirve de puente
visual entre una estación transmisora y otra receptora. Las comunicaciones satelitales
utilizan señales de microondas para transmitir los datos hasta el satélite y desde éste de
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nuevo hasta la tierra. Los elementos básicos de la estación terrestre son la antena y el
alimentador.
Figura 13. Esquema de comunicación satelital de Banda Ancha
Fuente. http://www.evisos.com.pe/fotos-del-anuncio/10342
Los sistemas satelitales se caracterizan por tener una alta cobertura y fácil instalación, lo
cual los constituye en una solución rápida para sitios de difícil acceso en los cuales no
existe otro tipo de infraestructura de telecomunicaciones.
Sin embargo, por la necesidad de subir la señal del satélite y bajarla desde él, este sistema
tiene implícito un retardo de propagación en el envío de las señales equivalente a 660
milisegundos en promedio, lo cual restringe su utilización en aplicaciones sensibles al
retardo.
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3.3.13 Wi-Fi
Wi-Fi es una alianza entre fabricantes de equipos que busca promover la tecnología basada
en el estándar 802.11, para efectos de garantizar la interoperabilidad, mediante la definición
de procedimientos de compatibilidad y cumplimiento de especificaciones técnicas.
En su concepción inicial, el estándar 802.11 contemplaba la utilización como capas físicas
de transmisión los enlaces infrarrojos y de radiofrecuencia en la banda de 2.4 GHz, siendo
esta última la más difundida en la actualidad. Estos enlaces alcanzaban velocidades de 1 y 2
Mbps.
La configuración básica de este tipo de redes se observa en la Figura 14, y consta de un
equipo que actúa como punto de acceso (Access Point) y equipos remotos conectados a
través de tarjetas con antenas omnidireccionales que permiten establecer conexiones
inalámbricas.
Figura 14. Esquema típico de una red Wi-Fi
Fuente. http://mariaeugeniaisabel.comoj.com/plusieurs-pc-routeur_modem_adsl_wifi.jpg
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Como una evolución del estándar 802.11, surgieron los estándares 802.11b, 802.11a y
recientemente el 802.11g.
Por sus características y nivel de desarrollo, las soluciones basadas en el estándar 802.11b
son las que actualmente poseen una mayor utilización, y se prevé hacia el futuro un
aumento en el uso de soluciones basadas en 802.11g, principalmente por efectos de
compatibilidad.
Aunque la cobertura es limitada, cabe anotar la existencia de soluciones propietarias por
fuera del estándar que permiten ampliar el alcance a varios kilómetros, con base en el uso
de antenas direccionales en configuraciones punto a punto.
La utilización de este tipo de tecnologías presenta las siguientes ventajas:
• Instalación rápida y sencilla
• Permite la movilidad de los usuarios
• Interoperabilidad con redes LAN cableadas.
• Operación en frecuencias de uso libre
Adicional a lo anterior, y para el caso particular de Colombia, el potencial de uso de estas
tecnologías se incrementa al proyectar su utilización en áreas rurales y de difícil acceso,
expandiendo el alcance de los puntos de conexión a Internet instalados por el Programa
Compartel, brindando acceso universal a partir de la infraestructura previamente instalada.
3.3.14 WiMAX
El denominado Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum es la
organización promotora de esta tecnología, cuya base se fundamenta en el estándar 802.16,
el cual se asocia a las características de la interfaz de aire para sistemas fijos de acceso
inalámbrico de banda ancha. Esta tecnología se utiliza para proveer accesos en redes
metropolitanas (MAN). La ventaja principal de esta tecnología se centra en la rapidez de
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instalación, así como en las velocidades que permite alcanzar. Adicionalmente, el estándar
contempla características de seguridad y calidad de servicio, que le permiten soportar
servicios de voz y vídeo a través de esquemas de multiplexación TDM o sobre el protocolo
IP.
A partir de lo anterior, en enero de 2003 fue aprobado el estándar 802.16a, el cual opera en
las frecuencias de 2 a 11 GHz, permitiendo el establecimiento de conexiones sin la
necesidad específica de existencia de línea de vista, que le permite operar a través de
obstáculos como árboles y edificaciones.
La tecnología WiMAX se utiliza en las siguientes aplicaciones:
• Enlaces de última milla para radiobases de telefonía móvil
• Prestación de servicios sobre accesos de banda ancha por demanda
• Acceso de banda ancha en áreas urbanas sin infraestructura de cobre.
• Acceso de banda ancha en zonas rurales o apartadas
Al igual que en el caso de WiFi, WiMAX representa una asociación conformada por
proveedores de equipos basados en el estándar 802.16, cuyo objeto se centra en promover
su adopción, garantizar la interoperabilidad y fomentar el desarrollo de redes a partir de
esta tecnología.
53
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Figura 15. Esquema típico de una red WiMAX.
Fuente. http://www.adslfaqs.com.ar/tag/redes-wimax/
3.4 REDES DE FIBRA ÓPTICA
A diferencia de las tecnologías DSL y de módems de cable, ambas basadas en hilos de
cobre, la tecnología de cables de fibra óptica utiliza láseres para transmitir impulsos de luz
a lo largo de filamentos de silicona extremadamente finos.
Puesto que la luz utiliza frecuencias más altas, el cable de fibra óptica puede transportar mil
veces más datos que la señal eléctrica o las ondas radioeléctricas. En teoría, las fibras
ópticas tienen un potencial de ancho de banda casi ilimitado, y ésta es la razón por la cual a
menudo se utilizan para conexiones a alta velocidad entre ciudades o en zonas con gran
densidad de usuarios dentro de las ciudades.
En el pasado, el costo de instalación de los cables de fibra óptica no permitía conectar
pequeñas comunidades o viviendas, pero los precios han disminuido hasta el punto que en
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varios países, los usuarios pueden ahora conectarse a Internet por cables de fibra óptica a
una velocidad 20 veces superior a las de las conexiones más rápidas por DSL y módems de
cable. Varios países están instalando gradualmente infraestructuras de fibra, esperando el
momento en el cual esta tecnología sea eficaz en relación con el costo, con idea de instalar
las conexiones e "iluminar" de fibras el hogar. Stimpson,K.
Maksymec, K. (2007).
Nacimiento de la banda ancha. Recuperado el 9 de agosto de 2009, de
www.itu.int/osg/spu/publications/birthofbroadband/faq-es.html
3.4.1 Redes FFTX
A continuación se describen las diferentes tipologías FTTX y se muestran en la figura 16.
FTTH: Fiber to the Home. En esta arquitectura el cable de fibra llega directamente hasta la
casa del abonado. Se puede decir que es la más adecuada de todas las variantes para ofrecer
transmisión de datos a alta velocidad, ya que el despliegue de la línea de fibra, ocupa todo
el camino de la comunicación, no se utiliza en ningún punto cable de cobre.
FTTB: Fiber to the Building. Aquí el cable de fibra óptica llega directamente hasta la
entrada del edificio, y después se conecta con los usuarios mediante instalación de cobre.
FTTC: Fiber to the Curb. La instalación de fibra llega hasta la manzana, y luego se unen
todos los abonados cercanos mediante cobre. El despliegue de cobre es mayor que en la
variante FTTB.
FTTCab: Fiber to the Cabinet. La fibra llega hasta un gabinete, o punto intermedio del cual
se conectan los usuarios a través de cobre. Aquí el despliegue de cable de cobre es mayor
que en la solución FTTC.
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Figura 16. Tecnologías FTTx
Fuente. Fabila (2008). Tipologías de Red FTTx. Recuperado el 25 de Octubre de 2009, de
http://www.fabila.com/proyectos/ftth/imagenes/fttx_arquitecturas.jpg
3.4.2 Red Óptica Pasiva
Una red óptica pasiva es una configuración de red que por sus características provee una
gran variedad de servicios de banda ancha a los usuarios mediante accesos de fibra óptica.
La utilización de arquitecturas pasivas permite reducir los costos y son utilizadas
principalmente en las redes FTTH (Fiber To The Home).
Por contrapartida, el ancho de banda no es dedicado, sino multiplexado en una misma fibra
en los puntos de acceso de red de los usuarios. En definitiva, se trata una configuración de
red punto-multipunto.
Avanzando desde la red hacia el usuario podemos decir que una arquitectura de red PON
está formada por los siguientes equipos: un Terminador de red Óptico (OLT, Optical Line
Terminal) en la central local del proveedor de servicios y una serie de Unidades de Red
Ópticas (ONU, Optical Network Units) próximo a los usuarios de acceso. Saborit, J. I.,
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Rey, D.J., Garrido Guerrero, D. (2006). Principios básicos de funcionamiento de una nueva
tecnología FTTH. Recuperado el 13 de febrero de 2009 de www.fabila.com/
proyectos/ftth/desarrolloe.asp
Figura 17. Ejemplo de Arquitectura de una Red PON
Fuente. Vicuña, C. (n.f.). Redes Pon e-Unidad. Recuperado el 28 de septiembre de 2009 de
http://www.slideshare.net/carlosvicunav/redes-pon-eunidad-presentation
PON es una tecnología punto-multipunto. Todas las transmisiones en una red PON se
realizan entre la unidad Óptica Terminal de Línea (OLT), localizada en el nodo óptico o
central y la Unidad Óptica de Usuario (ONU). Habitualmente la unidad OLT se
interconecta con una red de transporte que recoge los flujos procedentes de varias OLTs y
los encamina a la cabecera de la red. La unidad ONU se ubica en domicilio de usuario,
configurando un esquema FTTH.
Existen varios tipos de topologías adecuadas para el acceso a red, incluyendo topologías en
anillo (no muy habituales), árbol, árbol-rama y bus óptico lineal. Cada una de las
bifurcaciones se consiguen encadenando divisores ópticos 1x2 o bien divisores 1xN. En
57
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algunos casos, dependiendo de la criticidad del despliegue la red de acceso puede requerir
protección.
Todas las topologías PON utilizan monofibra para el despliegue (Ver Figura 18). En canal
descendente una PON es una red punto multipunto. El equipo OLT maneja la totalidad del
ancho de banda que se reparte a los usuarios en intervalos temporales. En canal ascendente
la PON es una red punto a punto donde múltiples ONUs transmiten a un único OLT.
Trabajando sobre monofibra, la manera de optimizar las transmisiones de los sentidos
descendente y ascendente sin entremezclarse consiste en trabajar sobre longitudes de onda
diferentes utilizando técnicas WDM (Wavelength Division Multiplexing). La mayoría de
las implementaciones superponen dos longitudes de onda, una para la transmisión en
sentido descendente (1290nm) y otra para la emisión a la cabecera (1310nm) sentido
ascendente. La evolución de la tecnología óptica ha permitido miniaturizar los filtros
ópticos necesarios para esta separación hasta llegar a integrarlos en los transceivers ópticos
de los equipos de usuario.
Figura 18. Topología de una Red PON
Fuente. Telnet. (n.f.) Redes Inteligentes, PON. Recuperado el 10 de mayo de 2009 de
www.telnet-ri.es/index.php?id=279
Al mismo tiempo las arquitecturas PON utilizan técnicas de multiplexión en tiempo TDMA
para que en distintos instantes temporales determinados por el controlador de cabecera
OLT, los equipos ONU puedan enviar su trama en canal ascendente. De manera
58
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equivalente el equipo de cabecera OLT también debe utilizar una técnica TDMA para
enviar en diferentes slots temporales la información del canal descendente que
selectivamente deberán recibir los equipos de usuario (ONU).
Las arquitecturas PON también han tenido que resolver otro aspecto importante: la
dependencia de la potencia de transmisión del equipo OLT con la distancia a la que se
encuentra el equipo ONU, que como se ha detallado anteriormente, puede variar hasta un
máximo de 20Km. Evidentemente un equipo ONU muy cercano al OLT necesitará una
menor potencia de su ráfaga para no saturar su fotodiodo. Los equipos muy lejanos
necesitarán que su ráfaga temporal se transmita con una mayor potencia. Esta prestación
también ha sido introducida recientemente en los transceptores ópticos PON, que han
simplificado notablemente la electrónica anteriormente necesaria para actuar sobre un
control de ganancia externo al transceptor. La nueva óptica miniaturiza, integra y simplifica
el trabajo con ráfagas de diferente nivel de potencia.
En 1995, siete operadores de telecomunicaciones vislumbraron las posibilidades de las
redes PON y fundaron la Full Service Access Network (FSAN, siglas en inglés de Red de
Acceso Multiservicio) con el objetivo de unificar especificaciones para el acceso en banda
ancha a los hogares. Además la FSAN agrupa a más de 30 fabricantes de equipamiento.
Los miembros de la FSAN desarrollaron una especificación de una red óptica totalmente
pasiva que desde un nodo óptico atacaba a un número definido de usuarios utilizando la
tecnología ATM y su protocolo de nivel 2.
La transmisión en canal descendente está formada por ráfagas de celdas ATM estándar de
53 bytes a las que se le añaden un identificador de tres bytes que identifican el equipo ONU
generador de la ráfaga. La máxima tasa soportada en canal ascendente suponiendo una
única unidad ONU es de 155Mbps. Este ancho de banda se reparte en función del número
de usuarios asignado al nodo óptico (número de ONUs).
59
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En canal ascendente la trama se construye a partir de 54 celdas ATM donde se intercalan
dos celdas PLOAM donde se introduce información de los destinatarios de cada celda e
información de operación y mantenimiento de la red.
Aunque el sistema funciona internamente en modo ATM, lo que permite una mayor
eficiencia que utilizando protocolos Ethernet, hacia el exterior, tanto en el lado usuario
como en el lado “Central”, tiene interfaces, además del nativo ATM, de tipo TDM o
Ethernet mediante emulación de ambos tipos de señales. Los distintos fabricantes disponen
también normalmente tanto de terminales de usuario (ONT/ONU) como del lado núcleo de
la red (OLT) con los distintos interfaces de usuarios adaptados a telefonía convencional o
cualquier aplicación de datos, video, o telemetría. Telnet. (n.f.) Redes Inteligentes, PON.
Recuperado el 10 de mayo de 2009 de www.telnet-ri.es/index.php?id=279
3.4.2.1 APON.
ATM PON provee el conjunto más rico y exhaustivo de características de operación y
mantenimiento (OAM) de todas las tecnologías PON.
Como contrapartida, la interconexión de los equipos de cabecera APON OLT con las redes
de transporte se realiza a nivel SDH/ATM, requiriendo una infraestructura de transporte de
esta naturaleza. Por otro lado el ancho de banda de los equipos APON está limitado a
155Mbps repartido entre los usuarios que componen en nodo óptico. Posteriormente este
límite fue ampliado a 622Mbps. Telnet. (n.f.) Redes Inteligentes, PON. Recuperado el 10
de mayo de 2009 de www.telnet-ri.es/index.php?id=279
3.4.2.2 BPON
El termino APON acuñado inicialmente por la FSAN fue reemplazado por BPON
(Broadband PON –Redes Ópticas Pasivas de Banda Ancha-) haciendo referencia a la
60
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posibilidad de dar soporte a otros estándares de banda ancha, incluyendo Ethernet,
distribución de video, VPL (líneas privadas virtuales, virtual private line), etc.
En 1997 FSAN envió las especificaciones al comité ITU. Tras un periodo de siete años
ITU-T aprobó las siguientes recomendaciones relacionadas con las redes ópticas pasivas de
banda ancha: G.983.1 (descripción general), G983.2 (capa de gestión y mantenimiento),
G983.3 (calidad de servicio en BPON), G983.4 (Asignación de ancho de banda dinámico),
G983.5 (Mecanismos de protección), G983.6 (Capa de control de red OTN), G983.7 (Capa
de gestión de red del ancho de banda dinámico), G983.8 (soporte del protocolo IP, Video,
VALN y VC).
La recomendación original especificada en la recomendación G.983.1 en la arquitectura
BPON define una red simétrica de un ancho de banda total de 155Mbps, tanto en canal
descendente como en ascendente. Esta especificación fue modificada en 2001 para permitir
configuraciones asimétricas (622 descendente y 155 ascendente) y simétricas de mayor
capacidad (622Mbps).
BPON no es la última contribución de la FSAN a las redes ópticas pasivas. El incremento
del ancho de banda demandado por los usuarios unido al balanceo del tipo de tráfico
exclusivamente hacia tráfico IP, incidieron directamente en el desarrollo de una nueva
especificación que se apoyaba en el estándar BPON, altamente ineficiente para el transporte
de tráfico IP, que mejorara utilizaba un procedimiento de encapsulación denominado GFP
(Procedimiento General de Segmentación – General Framing Procedure) que aumentaba la
eficiencia de la arquitectura, permitiendo mezclar tramas ATM de tamaño variable.
3.4.2.3 EPON
Ethernet PON. En Enero de 2001, el IEEE (Instituto de los Ingenieros Eléctricos y
Electrónicos) configuró un grupo de estudio llamado Ethernet en la última milla (EFM).
Este grupo tenía como objetivo extrapolar la tecnología Ethernet al área residencial y de
negocios llevándola hasta el hogar aprovechando el auge que esta tecnología había
61
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experimentado en los últimos años por su simplicidad, rendimiento y facilidad de
despliegue.
Este grupo de trabajo generó una nueva especificación de redes ópticas pasivas,
denominada Ethernet PON (EPON). Esta nueva arquitectura se diferencia de las anteriores
en que no transporta celdas ATM sino directamente tráfico nativo Ethernet. Usa el estándar
8b/10b (codificación de línea) y siempre que es posible, mantiene fielmente el espíritu de la
recomendación 802.3, incluyendo el uso full dúplex de acceso al medio.
Posiblemente el principal atractivo que presenta esta tecnología es su evidente optimización
para el tráfico IP frente a clásica ineficiencia de de las alternativas basadas en ATM.
Además, la interconexión de islas EPON es mucho más sencilla que la interconexión de
APON/BPON, GPON puesto que no requiere arquitecturas SDH para realizar el transporte
WAN.
Toda la arquitectura EPON red trabaja a velocidad GigabitEthernet. Por lo tanto, el máximo
ancho de banda que se ofrecerá a los usuarios depende del número de ONUs que cuelguen
de cada OLT. Si un nodo óptico diera servicio a 10 usuarios, la máxima capacidad del
servicio por usuario sería de 1Gbps/10 = 100Mbps. Evidentemente con 100 usuarios por
nodo óptico, el ancho de banda por usuarios se reduciría hasta los 10Mbps.
No obstante existen técnicas ópticas –generalizables a todas las arquitecturas PON- (como
por ejemplo utilizar múltiples portadoras ópticas de colores diferentes, WDM(Wavelenght
Division Multiplexing)) para incrementar el ancho de banda por nodo óptico si modificar la
infraestructura.
En una arquitectura de medianas dimensiones coexisten varios controladores de cabecera
en función del ancho de banda máximo que se quiera garantizar a los usuarios. Un valor
recomendado para este tipo de redes puede ser 10 abonados por nodo óptico, pero valores
62
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de 64, 100 y 256 también pueden ser posibles. Es posible obtener alcances de 20 kilómetros
en fibra desde la cabecera de la red hasta el abonado. Entre las variaciones de interfaces
disponibles para el equipamiento de usuario (ONU o Gateway VoIP) se encuentran puertos
10/100 (orientados al mercado doméstico) o bien puertos GigabitEthernet (orientados al
mercado empresarial, donde se necesite una granularidad de ancho de banda superior a los
100Mbps)
EPON permite asignar calidad de servicio en canal descendente y en canal ascendente al
tiempo que codifica todas las comunicaciones mediante el algoritmo DES (Data
Encryptation Standard).
El uso de EPON permite a los operadores de transporte eliminar los complejos y costosos
elementos ATM (Asincronal Transfer Modem) y SDH (Synchronous Transport Module),
simplificando las redes y, de esta manera, abaratando el coste de implantación a los
abonados.
Actualmente los costos de EPON por unidad de usuario repercutidos son
aproximadamente un 10% menores del coste de equipamiento GPON equivalente.
Por último, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ya anuncia una nueva
revisión del estándar que permitirá, utilizando la tecnología 10GbE multiplicar en un factor
10 el ancho de banda de una arquitectura EPON de primera generación.
Este esfuerzo de desarrollo se recogerá en la futura especificación GEPON, un nuevo
estándar IEEE que tenderá hacia la convergencia con el estándar ITU (International
Telecomunication Union) GPON.
3.4.2.4 VPON
Gracias a una nueva variedad de transceptores ópticos es posible superponer una señal de
video junto al tradicional caudal de datos de las redes ópticas pasivas A/B/GPON y EPON.
63
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Esta señal, transmitida a 1550nm y modulada en frecuencia desde un láser ultra lineal tipo
CATV (televisión por cable) ubicado en la cabecera de la red, puede transportar el espectro
UHF (Ultra Higth Frecuency) y VHF (Very Higth Frecuency) a todos los equipos ONUs
de la arquitectura PON.
A través de una sencilla circuitería, esta señal es extraída en los equipos de usuarios por el
transceptor óptico, amplificada utilizando un amplificador de banda ancha para el rango
V/UHF y, directamente, puede ser introducida al conector de antena de televisores
analógicos o decodificadores digitales.
Este esquema de trabajo, denominado Video RF (radio frecuencia), Video PON o VPON
no utiliza el ancho de banda de la señal de datos para encapsular las señales de video, sino
que se trata de un esquema mucho más simplificado que puede ser implementado utilizando
una cabecera tradicional analógica de Televisión por Cable disminuyendo de este modo los
costos de los codificadores digitales IP de cabecera (y los decodificadores de usuario) para
el transporte de las tramas MPEG2 (Moving Pictures Experts Group).
3.4.2.5 GPON
El ITU-T (International Telecommunications Union – Telecommunication sector) empezó
a trabajar sobre GPON en el año 2002. La principal motivación de GPON era ofrecer
mayor ancho de banda, mayor eficiencia de transporte para servicios IP, y una
especificación completa adecuada para ofrecer todo tipo de servicios.
GPON está estandarizado en el conjunto de recomendaciones ITU-T G.984.x (x = 1, 2, 3,
4). Aunque mucha de la funcionalidad que no está relacionada con GPON se conserva
respecto a sus tecnologías predecesoras, principalmente BPON, como mensajes OAM,
DBA, etc., GPON se basa en una capa de de transmisión completamente nueva.
64
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GPON ofrece una estructura de trama escalable de 622 Mbps hasta 2,5 Gbps, así como
soporte de tasas de bit asimétricas. La velocidad más utilizada por los actuales
suministradores de equipos GPON es de 2,488 Gbps downstream y de 1,244 Gbps
upstream. Sobre ciertas configuraciones se pueden proporcionar hasta 100 Mbps por
abonado.
La red de acceso es la parte de la red del operador más cercana al usuario final, por lo que
se caracteriza por la abundancia de protocolos y servicios. El método de encapsulación que
emplea GPON es GEM (GPON Encapsulation Method) que permite soportar cualquier tipo
de servicio (Ethernet, TDM, ATM, etc.) en un protocolo de transporte síncrono basado en
tramas periódicas de 125 µs. GEM se basa en el estándar GFP (Generic Framing
Procedure) del ITU-T G.7041, con modificaciones menores para optimizarla para las
tecnologías PON. GPON de este modo, no sólo ofrece mayor ancho de banda que sus
tecnologías predecesoras, es además mucho más eficiente y permite a los operadores
continuar ofreciendo sus servicios tradicionales (voz basada en TDM, líneas alquiladas,
etc.) sin tener que cambiar los equipos instalados en las dependencias de sus clientes.
Además, GPON implementa capacidades de OAM (Operation Administration and
Maintenance) avanzadas, ofreciendo una potente gestión del servicio extremo a extremo.
Entre otras funcionalidades incorporadas cabe destacar: monitorización de la tasa de error,
alarmas y eventos, descubrimiento y ranging automático, etc.
Esta nueva recomendación, estandarizada por ITU-T y denominada Gigabit capable PON
(GPON) fue aprobada en 2003-2004 por ITU-T en las recomendaciones G.984.1, G984.2 y
G.984.3.
•
En la Recomendación G.984.1 se describen las características generales de un
sistema PON capaz de transmitir en ATM: su arquitectura, velocidades binarias,
alcance, retardo de transferencia de la señal, protección, velocidades independientes de
protección y seguridad.
65
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•
En la Recomendación G.984.2 se describe una red flexible de acceso en fibra óptica
capaz de soportar los requisitos de banda ancha de los servicios a empresas y usuarios
residenciales.
•
Las técnicas GPON permiten mantener la red de distribución óptica, el plano de
longitud de onda y los principios de diseño de la red de servicio integral consignados en
las Recomendaciones G.983. Asimismo, aparte de acrecentar la capacidad de la red, las
nuevas normas permiten un manejo más eficiente de IP y de Ethernet.
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 20km
•
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 ONU.
•
Seguridad a nivel de protocolo (encriptación) debido a la naturaleza multicast del
protocolo.
La organización de la red y la terminología utilizada es la misma que en las redes BPON.
Se espera no obstante que la normativa GPON aumente todavía más la interoperatividad
entre los distintos fabricantes permitiendo en un mismo sistema utilizar ONUs y OLTs de
distintos fabricantes.
3.4.2.6 GEPON
La tecnología PON a derivado en la tecnología GEPON que integra la tecnología Ethernet
alcanzando velocidades de 1 Gbps. (Gigabit Ethernet Passive Optical Network).
66
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En la tabla No.3 se encuentra la comparación entre las diferentes tecnologías de redes PON
Tabla 3.Tabla Comparativa Tecnologías PON
APON/BPON
GPON
EPON
Velocidad del canal de
155-622 Mbps
622-1250-2500 Mbps
1250 Mbps
bajada
(108-454 Mbps)
(578-1160-2320 Mbps)
(980 Mbps)
Velocidad del canal de
155-622 Mbps
155 -622-1250 Mbps
1250 Mbps
subida
(108-454 Mbps)
(57-1160-2320 Mbps)
(612,5 Mbps)
82% en “downlink”
93% en “downlink”
98% en “downlink”
73% en “uplink”
93% en “uplink”
97% en “uplink”
Max.32 usuarios por
Max.64 usuarios por
Max.32 usuarios por
ONU
ONU
ONU
Clase B o C 20/25 km
Clase C 20/25 km
Clase B o C 20/25 km
Eficiencia
Distancia
Fuente. Saborit, J. I., Rey, D.J.,
Garrido Guerrero, D. (2006). Principios básicos de
funcionamiento de una nueva tecnología FTTH. Recuperado el 16 de febrero de 2009 de
www.fabila.com/proyectos/ftth/desarrolloe.asp
3.5 PARAMETROS DE TRANSMISIÓN
3.5.1 Codificación NRZ (No Return to Zero)
NRZ es una codificación de dos niveles, sin retorno a cero, usada para transmitir datos y
señales de control del estado del enlace por el medio. Usando la codificación NRZ se
transmite un bit de datos por ciclo de reloj, un nivel de voltaje alto corresponde a un 1 y un
nivel bajo corresponde a un 0.
Un código en línea (modulación en banda base) es un código elegido para ser usado en un
sistema de comunicación como soporte para la transmisión.
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Los códigos en línea son frecuentemente usados para el transporte digital de datos. Estos
códigos consisten en representar la amplitud de la señal digital transportada respecto al
tiempo. La representación de la onda se suele realizar mediante un número determinado de
impulsos. Estos impulsos representan los 1s y los 0s digitales.
Figura 19. Codificación NRZ
Fuente. sistemas-com.blogspot.com/2009_08_01_archive.html
Entre sus ventajas se cuentan que es sencillo de implementar y el uso eficiente del ancho de
banda.
3.5.2 BER (Bit Error Ratio)
El BER es una medida cuantitativa de extremo a extremo, que evalúa la calidad de la
información recibida, y se refiere a la relación entre el número de bits en error que se
reciben y el número total de bits que se transmiten en determinado periodo de tiempo, si
aumenta el número de bits en error la calidad de la señal se reducirá hasta llegar a un punto
en que no es posible descifrar el mensaje transmitido.
El rango de calidad para el parámetro BER dentro de la norma ITU G-984.2 para redes
GPON es de 10 e-9 .
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Un BER de 10-9 significa que ha llegado 1 bit erróneo de 1000 millones de bits
transmitidos.
3.5.3 Factor Q
El uso del factor Q proporciona una estimación
del comportamiento del sistema, la
distorsión de la señal se debe a diversos efectos durante la transmisión (dispersión, efectos
no lineales, ruido de amplificación). La técnica más utilizada es la medida del factor de
calidad del enlace o factor Q, ya que bajo ciertas condiciones, se puede encontrar una
relación sencilla entre el factor Q y la tasa de error (BER).
El factor Q es una función que depende de la media y la varianza de las intensidades de
corrientes en el receptor correspondiente a los "1" y los "0" lógicos.
El rango de calidad para el parámetro Factor Q dentro de la norma ITU G-984.2 para redes
GPON es alrededor de 6.
3.5.4 Relación señal ruido OSNR
Otro indicador de la calidad del enlace es la relación señal ruído óptica. La OSNR se define
como la relación de la potencia óptica por canal antes del receptor y la potencia de ruido, su
medida resulta mas sencilla que la del factor q. sin embargo, la relación entre estos dos
indicadores no es directa, al depender de las características del receptor así como de las
formas de los pulsos ópticos.
3.5.5 Diagrama de ojo
Es un diagrama que muestra la superposición de las distintas combinaciones posibles de 1 y
0, en un rango de tiempo o cantidad de bits determinados (figura 20), esta señal es
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transmitida por el enlace, permite obtener las características de los pulsos que se propagan
por la fibra óptica.
Figura 20. Interpretación del Diagrama de Ojo
Fuente. http://niuweb.com.ar/comdig/Diagrama_de_ojo.pdf
Un diagrama de ojo es el método habitual para ver la forma de onda, las distintas
combinaciones de patrones de datos se superponen unas con otras en un eje de tiempo
común normalmente inferior a períodos de dos bits de ancho. Una buena separación de
amplitud y un jitter bajo se considera un diagrama de ojo abierto.
Para verificar la calidad de transmisión el diagrama de ojo se tiene en cuenta (figura 21):
•
Una apertura mayor indica una mayor tolerancia a ruido y jitter
•
Una apertura mayor indica mejor sensibilidad del receptor
70
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Figura 21. Diagrama del ojo
Fuente. http://www.conectronica.com/Instrumentos-de-medida/Instrumentación-paramedir-la-calidad-de-enlaces-ópticos-medidores-de-BER.html
A continuación en la figura 22 se muestran unos ejemplos de diagramas en ojo para
distintos tipos de distorsión, cada uno tiene un efecto identificable único en el aspecto de la
“apertura del ojo”
Figura 22. Tipos de diagrama de ojo
Fuente. http://www.isotest.es/web/Soporte/Formacion/Presentaciones/tektronix/01Signal%20Integrity%20Solutions.pdf
71
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El efecto de error de temporización aparece como una oblicuidad del diagrama, la adición
de ruido afecta la señal ocasionando un “cierre de ojo”
3.6 PARAMETROS DE BANDA ANCHA
3.6.1 El decibel
El decibel (dB) proporciona una manera de representar grandes relaciones de potencia en
números pequeños y manejables, y permite calcular las ganancias y pérdidas generales de
un módulo o una red a través de la suma y la resta, en vez de la multiplicación y la división.
La unidad original era el Bel (por Alexander Graham Bell), y un decibel es un décimo de
Bel. Por lo tanto, la relación de dos niveles de potencia se calcula de la siguiente manera:
Relación de la potencia P1 con la potencia P2, en dB:
Si se conoce la tensión en lugar de los niveles de potencia, y siempre y cuando la
impedancia sea constante, la relación de potencia se puede calcular de la siguiente manera:
Relación de la potencia producida por la tensión V1 con la potencia producida por la
tensión V2, en dB:
3.6.2 dBmV
‘0 dBmV’ define la potencia producida cuando se aplica una tensión de 1 mV (rms) a través
de una impedancia definida (75Ω en la industria de la banda ancha).
Por lo tanto, una medida de 'x dBmV' en una impedancia definida indica que la potencia
que se mide es x dB mayor que la que se produce cuando se aplica una tensión de 1 mV a
través de la misma impedancia.
72
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Cómo convertir x dBmV en milivoltios:
3.6.3 dBμV
De manera similar, una medida de 'x dBμV’ en una impedancia definida indica que la
potencia que se mide es x dB mayor que la que se produce cuando se aplica una tensión de
1 μV (rms) a través de la misma impedancia.
Cómo convertir x dBμV a microvoltios:
Para convertir dBmV a dBμV, sume 60 a la siguiente lectura de dBmV:
3.6.4 mW
Para determinar la potencia en milivatios, que se representa a través de una lectura
expresada en dBmV, suponiendo una impedancia de 75Ω:
Cómo convertir x dBmV a milivatios:
73
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3.6.5 dBm
Una medida de ‘x dBm’ indica que una señal en particular tiene una potencia x dB mayor
que (o que está x dB ‘por encima de’) 1 milivatio. Un valor de dBm negativo indica que la
señal es menor que (‘está por debajo de’) 1 milivatio.
Cómo convertir x dBm a milivatios:
La potencia expresada en dBmV puede convertirse a potencia expresada en dBm, de la
siguiente manera (se supone que la impedancia es de 75Ω):
Cómo convertir x dBmV directamente a dBm:
También es posible la operación a la inversa:
Cómo convertir x dBm directamente a dBmV:
3.7 ELEMENTOS OPTICOS PASIVOS
3.7.1 Splitter
Un componente pasivo que incrementa su participación dentro de las redes ópticas es el
splitter o coupler. La estructura de puertas es NxM (número de entrada y número de
salida).
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El splitter se encuentra disponible en distintas longitudes de onda para segunda y tercera
ventana (1310 y 1550 nm). Se obtiene una atenuación uniforme en un amplio ancho de
banda, inferior a 0,2 dB en una banda de 100 nm. En aplicaciones de CATV se utiliza la
estructura 1xN para efectuar derivaciones de señal de vídeo. Debido a los parámetros de
típicos de pérdida de inserción los coupler se clasifican en Premium, Grade A y Grade B.
En una configuración 1x2 se puede realizar una relación entre puertas de tipo 50/50 (igual
potencia óptica en cada puerta), 40/60, 30/70, 20/80 y 10/90 (10% de potencia en una
puerta y 90% en la otra). Puede realizarse una distribución de potencia a solicitud del
cliente. En la tabla No. 4 se puede detallar las diferentes características de los splitters
existentes en el mercado.
Tabla 4. Datos técnicos del splitter
Fuente.
http://www.telnet-ri.es/fileadmin/user_upload/hojas_producto/COP/Splitter_ES_
V2.0.pdf
75
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3.7.2 Conectores Ópticos.
Están compuestos de tres elementos: Un cuerpo exterior de plástico o de metal. Un
mecanismo de soporte del conector al acoplador (unión doble) del tipo roscado o de
inserción push-pull. Un ferrule o casquillo que posee un anillo de posicionamiento para la
sintonía del conector. El conector tiene una vida útil superior a las 1000 conexionesdesconexiones; la resistencia a la tracción es superior a 10 Kg. Los ciclos de temperatura
muestran que el margen de operación es desde -25 a +70 ºC y el de almacenamiento desde 40 a +80 ºC.
En la mayoría de las aplicaciones con fibras ópticas se utiliza un cable conectorizado en sus
extremos para unir el cable de transporte con el terminal óptico. El Jumper/Patchcord es un
tramo de cable simplex monofibra o duplex con ambos extremos conectorizados, mientras
que un Pigtail tiene un solo extremo conectorizado y el otro extremo se empalma mediante
fusión al cable óptico. En el caso de los jumper es posible la conexión de distintos tipos de
conectores en cada extremo. En la tabla No. 5 se puede observar características de los
conectores.
Tabla 5. Características que cumplen los conectores.
Fuente. http://www.scribd.com/doc/11683059/505-Componentes-opticos-pasivos
76
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3.7.3 Atenuadores.
El atenuador permite obtener una pérdida controlada y específica de nivel óptico. La
aplicación de este elemento se refiere a instrumentación en laboratorio y en campo; para
redes de distribución donde los niveles de potencia son excesivos y como terminación en
equipos de transmisión en las redes SDH. Su construcción permite una elevada
confiabilidad y estabilidad a diversas condiciones de operación. Se dispone de una entrada
hembra y una salida macho para facilitar la conexión al instrumento o equipo de
transmisión. Se ha previsto tres tipos de atenuación: 5, 10 y 15 dB sobre longitudes de onda
de operación de 850, 1310 y 1550 nm. Se garantiza una vida útil superior a 1000
conexiones y desconexiones. Existen atenuadores fijos (valor constante) y variables El
atenuador variable permite trabajar en segunda o tercera ventana. Su aplicación es
fundamentalmente para mediciones ópticas en laboratorio o en campo.
3.7.4 Rotador Faraday.
Señala la existencia de substancias y materiales capaces de rotar el plano de polarización de
la luz polarizada en presencia de un campo magnético con una componente en la dirección
de rotación. Este diseño permite realizar varios de los componentes bajo estudio, como ser:
aislador, circulador, switch óptico, etc.
3.7.5 Optoelectrónica.
Con el nombre de óptica integrada se designa al proceso de integración de componentes
pasivos y activos en un mismo conjunto (chip) con tecnología plana. Esta técnica es viable
sólo en componentes monomodo y con polarización simple. La gran mayoría de los
componentes se basan en el efecto Pockles lineal. El mismo consiste en un cambio del
índice de refracción del material proporcionalmente a la amplitud del campo eléctrico
asociado. Algunos componentes realizables en optoelectrónica son:
77
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3.7.6 Modulador Óptico.
El voltaje aplicado modifica el tensor de permeabilidad óptica del material produciendo un
cambio de fase o un efecto de acoplamiento modal en el desplazamiento de la onda dentro
de la guía. Dando lugar a una modulación (AM, PM), giro de polarización o conversión de
frecuencia. El modulador Mach-Zender actúa como modulador AM ya que cada rama
introduce una modulación de fase de igual magnitud pero de sentido opuesto con lo cual se
obtiene una suma (interferómetro) diferencial. Por esto se llama
modulador
interferométrico.
3.7.7 Acoplador Direccional.
En ausencia de tensión aplicada la luz cambia de fibra óptica periódicamente. Con voltaje
aplicado el índice de refracción varía y se modifica la velocidad de propagación y la
periodicidad del acoplamiento entre guías. De esta forma la luz que ingresa por una guía
puede pasar a la otra o salir por la misma al final del componente que trabaja como un
switch óptico. Esta misma estructura se puede usar como modulador digital a la salida de
un Láser; como aislador; como generador de pulsos de luz a partir de un emisor que trabaja
en onda continua; etc.
3.7.8 Amplificadores Ópticos.
Se trata de los denominados EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifiers). Consisten en un
tramo de decenas de metros de fibra óptica dopada con Tierras Raras. Mediante un Láser,
operando en emisión continua (980 o 1480 nm), se produce un bombeo óptico de electrones
del Er (el electrón absorbe el fotón) y pasa un nivel de energía excitado incrementándola. El
Láser de bombeo es de alta potencia (250 mw) pero es usado a menor valor que el máximo
(40 mw) para incrementar la vida útil del componente. Desde este nivel de energía se pasa a
un estado meta-estable desde donde se produce la emisión estimulada en coherencia con la
radiación de entrada (1550 nm) a amplificar. Se los usa tanto como amplificador de salida
78
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Booster (alta potencia de transmisión); en puntos intermedios o como amplificador de
entrada.
Los EDFA se han fabricado normalmente sobre FO de Silicio. Sin embargo, la respuesta de
ganancia en función de la longitud de onda no es suficientemente plana dentro de la banda
de 1525 a 1560 nm (más de 12 dB). Este efecto es perjudicial si el EDFA se utiliza en
aplicaciones de multiplexación por división de longitud de onda densa DWDM (Dense
WDM). En este caso se requiere un reciente diseño de EDFA sobre FO de fluoruro la cual
mantiene en la banda de 1525- 1560 nm una variación de respuesta inferior a 3 dB.
3.7.9 Tubo Termocontraible.
El método tradicional de empalme para fibras ópticas recurre a la unión mediante tensión
superficial catalizada mediante el calentamiento por arco eléctrico. Para esta operación se
utilizan tubos de plástico termocontraibles. Se trata de una camisa protectora que contiene 3
elementos. Un miembro de tracción de acero inoxidable de 50 mm de largo otorga la
resistencia transversal necesaria para evitar stress al empalme. Un tubo interior repone las
características de protección originales contra la humedad a la superficie de la fibra óptica.
Un tubo exterior transparente de 60 mm de largo contiene al conjunto y actúa de material
termocontraible. Una vez calentado el conjunto se adhiere firmemente a la fibra óptica de
forma tal que impide cualquier corte o falla posterior.
3.8. TRIPLE PLAY
En Telecomunicaciones el concepto Triple Play se define como la transmisión de servicios
de voz, datos y video. Es la comercialización de los servicios telefónicos de voz junto al
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acceso de banda ancha, añadiendo además los servicios canales de TV y pago por evento
(PPV).
El objetivo técnico a conseguir es que estos servicios y cualquier otro que pudiera surgir en
el futuro puedan funcionar sobre una única infraestructura y a su vez todos funcionen
dentro de unos parámetros de calidad aceptables.
El servicio Triple Play es el presente para el desarrollo integral de las comunicaciones. El
desarrollo actual de los ISP (Internet Service Provider) los lleva a una solución única para
varios problemas.
Triple Play es un modelo que ofrece a los operadores grandes ventajas, como la fidelización
de los clientes, la escalabilidad y amortización más rápida de su red y los flujos de caja. Los
clientes se verán beneficiados por precios más competitivos y una única factura.
Desde el punto de vista técnico, existen en este momento diversas alternativas, como el
acceso mediante HFC, ADSL, Microondas, FO.
3.8.1 Servicio triple play
En Triple Play la conexión se basa en paquetes IP para todos los servicios, es decir los
servicios de voz, video y datos son transmitidos a través de internet.
3.8.1.1 Servicio telefónico. Se basa en la tecnología VoIP. Se transmiten llamadas de voz
de manera similar al envío de datos electrónicos (Internet), convirtiendo la voz en paquetes
de datos, que viajan a través de redes multiservicio IP de las operadoras.
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3.8.1.2 Servicio de voz. El ejemplo característico sería la telefonía IP. Aunque ya está en
uso, es de relativa reciente implantación desde que, los grandes proveedores de Internet han
ofertado este servicio integrado en sus programas de mensajería –Messenger, Yahoo
Messenger, AOL, Skype–. La posibilidad de abrir este mercado a las grandes empresas,
requiere el uso de equipos específicos que representan en la actualidad una inversión de
importancia. La fibra óptica haría posible el uso de centralitas con multitud de llamadas IP
simultáneas, cosa que no pueden ofrecer hoy en día los proveedores de servicios, ni las
compañías de telecomunicaciones con los actuales circuitos de banda ancha.
3.8.1.3 Servicio de vídeo. Como la transmisión de múltiples canales de televisión, videoconferencias o la monitorización remota de instalaciones domóticas. Con la llegada de los
nuevos sistemas de fabricación de aparatos televisores (LCD/TFT, plasma y otros en fase
de desarrollo) se abandonarán poco a poco los estándares de televisión actuales tendiendo a
nuevos formatos de alta definición que permitirán sacar partido a los nuevos formatos de
grabación de vídeo doméstico HD-DVD y Blu-Ray. Las emisiones de televisión por
Internet no pueden por tanto permanecer ajenas a esta mejora y demandan más velocidad de
transmisión de la señal Por otro lado, el control remoto de instalaciones domóticas o
industriales requiere un ancho de banda cada vez más elevado, en función de nuevas
resoluciones de las cámaras de grabación y de los puntos a controlar. También la videoconferencia se vería beneficiada del incremento de velocidad producido por el canal de
fibra óptica permitiendo transmitir un mayor número de imágenes por segundo, llegando a
las tasas que transmiten las televisiones convencionales y con una resolución y una calidad
de audio superiores.
3.8.1.4 Servicios de datos. El acceso a las redes de ordenadores como Internet, redes
corporativas para tele-trabajo, o la propia red del proveedor de servicios. A través de estas
redes se puede supervisar y tele-controlar una instalación domótica. La descarga de vídeos
o programas cada día más voluminosos por una creciente complejidad de los sistemas
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operativos que se hacen más manejables para el usuario, se vería reducida en el tiempo
haciendo casi transparente para nosotros este incremento de tamaño.
3.8.2 Triple play sobre HFC
Una red HFC (hibrid fiber,coaxial) es una red hibrida de telecomunicaciones por cable que
combina la fibra óptica y coaxial (cobre) como soportes de la transmisión de señales, este
tipo de red ofrece todo tipo de servicio por un único acceso y de manera integrada,
reemplazando parte de la red coaxial con fibra óptica, tiene mayor capacidad de servicio,
mayor alcance y es bidireccional.
Los elementos de una red HFC están compuestas por tres partes: cabecera, red troncal y red
de distribución. En la cabecera se establecen todas las interconexiones con otras redes de
transporte fijas o móviles, así como los servidores de acceso a los diferentes servicios y al
servicio telefónico, forma parte de una red transporte interurbano. Dentro de la cabecera se
distinguen dos partes diferenciadas, cabecera de servicios donde se originan las señales que
se transmiten a través de la red, que contiene los equipos; y sistemas que permiten a los
operadores prestar, de manera integrada, todos los servicios y cabecera óptica la cual está
integrada por el equipamiento óptico capaz de dar soporte a los servicios a transmitir en la
red.
La red troncal esta conformada por la red primaria óptica que une la cabecera y los nodos
primarios, suele seguir topologías en anillo o en estrella mediante enlaces redundantes; la
red troncal secundaria óptica une los nodos primarios y los nodos finales con nivel de
cobertura menor que la red troncal primaria.
La red de distribución se encarga de llevar las señales desde los puntos de distribución
hasta los abonados, la red interior de cliente esta formado por cable coaxial donde se
distribuyen los servicios.
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Los cablemódems permiten que las redes HFC sean de transmisión bidireccional
transparente; ofrecen al usuario y a otras redes desde la cabecera, interfaces estándar y se
conectan a la red HFC a través de una interfaz Ethernet.
La tecnología de acceso sobre redes HFC se puede considerar como una tecnología de
banda ancha madura y utilizable pero en continua evolución hacia la creación de una red
completamente integrada, desarrollando paulatinamente mayores capacidades de acceso,
integración de otras tecnologías y servicios, en la actualidad los operadores de cable
ofrecen los servicios Triple Play ( TV, telefonía e internet), la tendencia a corto plazo es
ofrecer también telefonía móvil, lo que se denomina Cuádruple Play.
3.8.3 Triple play sobre ADSL
La tecnología de línea de abonado digital asimétrica o ADSL (Asymmetric Digital
Subscriber Line), es una tecnología para módems, que proporciona un acceso asimétrico y
de alta velocidad a través del par de cobre actualmente instalado. El sistema de acceso
ADSL se compone de dos módems en cada extremo de la línea telefónica, creándose tres
canales de información: uno descendente a alta velocidad, otro ascendente dúplex a
velocidad media, y el del servicio telefónico básico, éste último, es separado del módem
digital mediante filtros, garantizando así la continuidad del servicio telefónico ante una
caída o fallo de dicho módem.
En
estos
momentos,
existen
versiones
como ADSL2 y ADSL2+. ADSL2 añade
mejoradas
de
ADSL,
conocidas
nuevas características y funcionalidades
destinadas a mejorar el rendimiento e interoperabilidad, y añade soporte para nuevas
aplicaciones, servicios, y escenarios de despliegue. Entre los cambios hay mejoras en la
velocidad de datos y distancias alcanzadas, adaptación de velocidad, consumo,
autodiagnóstico, etc. Por otro lado, ADSL2+ dobla prácticamente las velocidades de
ADSL.
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La principal ventaja para el usuario de ADSL, es que es un servicio dedicado para cada
abonado; es decir, la conexión entre el usuario y la central telefónica es punto a punto. Esto
supone una velocidad de transferencia de datos garantizada y una mayor seguridad.
La desventaja tradicional del ADSL frente al cable, era que no era posible
ofrecer televisión digital. No obstante, el desarrollo de la tecnología IPTV y el aumento de
las
velocidades
del ADSL
mediante ADSL2+
y
VDSL han
hecho
posible
el lanzamiento comercial de ofertas integradas de telefonía, Internet y TV "Triple Play".
Telnet. (n.f.)
Redes Inteligentes. Recuperado el 10 de octubre de 2009 de
www.monografias.com/trabajos62/adsl/adsl2.shtml
3.8.4 Triple play sobre microondas
Los enlaces AML son enlaces de microondas punto a punto de banda ancha, diseñados para
transportar señales analógicas y/o digitales desde un punto de origen a uno o más sitios
remotos para su distribución posterior por cable.
Los enlaces de microondas AML transportan con buena calidad la señal del cable a
distancias relativamente largas, reemplazando a la fibra o el cable coaxial.
Estos enlaces son ideales para transportar la señal de cable salvando obstáculos naturales o
artificiales tales como lagos, ríos, mar, montañas o edificios, o para atravesar áreas donde
no hay ningún abonado. Las siglas AML se refieren a la técnica específica que se utiliza
para implementar enlaces multicanales para señales de TV con cualquier modulación:
digital, AM o FM.
Los enlaces microonda de Cable AML entregan señales de calidad a distancias
relativamente largas. Por ejemplo, un enlace AML típico puede llevar señales de TV por
Cable a más de 40 Kms con la misma o mejor calidad que la fibra o el cable coaxial.
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Los sistemas microondas para Cable generalmente consisten en un transmisor con una
antena de plato en la cabecera, que alimenta a uno o mas receptores, cada uno de los cuales
se conecta directamente el su respectivo troncal de cable. Dado que el receptor alimenta el
troncal del cable directamente, no hay necesidad de un equipo de interfase entre ambos.
AML es una tecnología de línea de vista. Si no hay línea de vista entre el transmisor y el
receptor, uno o más repetidoras deben usarse para completar el enlace.
Enlaces de Microondas AML para TV por Cable
•
Una cabecera maestra puede entregar 80 canales (incluyendo programación regional)
simultáneamente a una o varias localidades, lo que constituye una alternativa muy
atractiva a la construcción y mantenimiento de varias cabeceras por separado.
•
Los sistemas de microondas AML son transparentes a todas las técnicas de
codificación y pueden aceptar todos los tipos de modulación en uso en los sistemas de
Televisión por Cable.
•
Las microondas AML permiten que programas de video, publicidad y canales de datos
sean fácilmente intercambiados entre diferentes sistemas de CATV que estén dentro de
una misma área geográfica.
•
Con enlaces AML, el único costo adicional al ampliar el numero de canales en el
sistema es el costo de los procesadores adicionales en la cabecera maestra.
•
El equipo AML de microondas puede instalarse o mudarse a otro sitio rápidamente, lo
que proporciona máxima flexibilidad a los operadores de cable. Los enlaces AML
eliminan los problemas de derechos de paso, los costos de construcción de zanjas y
postería y pueden fácilmente alcanzar cualquier grupo lejano de abonados
•
Los receptores de microonda de Cable AML son tan manejables que pueden ser
ubicados casi en cualquier parte.
Los canales de retorno de video o de datos pueden ser agregados en cualquier momento a
un sistema de distribución de video ya existente y generalmente no requieren nuevas
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antenas ni guías de ondas. Telnet. (n.f.) Redes Inteligentes. Recuperado el 15 de octubre de
2009 http://www.cableaml.com/esp_wirelesstriple_overview_and_key_features.html#
3.8.5 Triple play sobre fibra óptica
Las redes ópticas se encargan de descomprimir y liberar los cuellos de botella producidos
en las redes de acceso, ofreciendo un ancho de banda flexible capaz de soportar los nuevos
servicios de telecomunicaciones aumentando la calidad de los mismos y prometen a los
usuarios un enorme incremento en el ancho de banda de la Red de acceso hasta cientos de
Gbps. Evidentemente, las principales características que se buscan en estos equipos son su
bajo costo, la facilidad de gestión y la facilidad de configuración y mantenimiento remoto.
3.8.6 Multicast
Dentro de lo que es el servicio de video, hay dos tipos de datos a transmitir:
Aquellos que sólo está viendo un cliente en un momento dado. Por ejemplo un programa a
la carta, un usuario decide comprar y ver en un momento dado una película o un programa
ya pasado.
Aquellos que pueden ser visto por muchos clientes simultáneamente. Por ejemplo la
televisión como hoy en día se ve, sería la emulación de un sistema broadcast.
Para la primera opción el tipo de tráfico que hay que usar es unicast IP y es el tipo de
tráfico más habitual de la red ya que es el que se usa para navegar, leer el correo, etc. Para
la segunda opción se usa un tipo de tráfico que se llama multicast IP. Este tipo de tráfico se
caracteriza en que un único flujo entrante se puede transmitir por varias interfaces de salida
a la vez, permitiendo así ahorrar tráfico en los enlaces troncales.
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Como se ve en la Figura 23 en un entorno unicast, para llegar a tres clientes es necesario
emitir tres flujos desde el origen. En cambio, en un entorno multicast sólo se emite un flujo,
y éste se va multiplicando por los distintos enlaces según sea necesario.
Esta necesidad de banda ancha obliga a los operadores de telecomunicaciones a
incrementar el tamaño y alcance de sus redes de transporte para poder soportar todo el
tráfico generado en la red de acceso de sus clientes residenciales y empresariales.
La demanda de capacidad de transporte es cada vez mayor, debido a la introducción y
proliferación de servicios y aplicaciones con gran consumo de ancho de banda (Internet de
banda ancha, vídeo bajo demanda, redes de almacenamiento, etc.), a partir de tecnologías
en la red de acceso como: ADSL, HFC, GPRS, etc.
Figura 23. Transmisión multicast y unicast
Recuperado
el
23
de
Agosto
de
2009,
de
www.ramonmillan.com/
tutorialeshtml/tripleplay.htm
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4. MODELO TEORICO
4.1 SELECCIÓN DE TECNOLOGÍA PON
Durante la investigación realizada a las diferentes empresas de telecomunicaciones de la
ciudad de Pereira, se nota que la infraestructura de las principales redes troncales está
dispuesta sobre fibra óptica y cada arquitectura soporta equipos ópticos que disponen los
servicios requeridos por cada usuario.
Igualmente se observa que hay empresas de la ciudad que solo adaptan su infraestructura de
HFC (hibrida – fibra - cobre) para llegar hasta el cliente que solicita el servicio de triple
play, ofreciendo el servicio al abonado como si fueran instalaciones exclusivas de fibra
óptica; la falta de organización en estas instalaciones llevan a prestar el servicio sin un
soporte técnico eficiente.
Se encuentran en las tecnologías ópticas, una variable oferta de equipos que mediante redes
de fibra óptica prestan servicios de voz, datos y video, el mercado es muy diverso y cada
empresa de telecomunicaciones opta por los dispositivos más convenientes en el momento
de integrarlos a la red óptica.
El desarrollo del proyecto
conlleva a buscar una solución
tecnológica de última
generación para la prestación de servicios triple play, como ya se detalló en el capítulo del
marco teórico, las redes ópticas tienen grandes ventajas sobre las redes de cobre o las HFC,
en especial las redes ópticas pasivas han ido evolucionando de acuerdo a los requerimientos
de los usuarios, permiten anchos de banda dinámicos, un enorme incremento en el ancho
de banda de la red permitiendo acceso a cientos de usuarios, permiten mayores distancias
entre los equipos pasivos, los equipos que se utilizan dentro de la solución para redes FTTH
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son de fácil administración, gestión y configuración, también permiten un mantenimiento
remoto que disminuye los costos de operación.
Las redes PON han evolucionado en APON, BPON, EPON, GPON y GEPON, cada una de
estas supera la anterior en cuanto al ancho de banda que se maneja, el número de usuarios
por PON, las velocidades de transmisión, los protocolos de comunicación y el cifrado de
información.
Las GPON y GEPON son las tecnologías de red óptica pasiva más actuales, sin embargo
de la que más se pudo recopilar información durante el desarrollo del proyecto fue la
tecnología GPON, se encontraron diversas investigaciones con respecto a esta, operadores a
nivel mundial como ALCATEL y MOTOROLA han desarrollado soluciones FTTH
basadas en GPON.
La GPON, tecnología de acceso que se encuentra
estandarizado en el conjunto de
recomendaciones de ITU-T G.984, proporciona escalabilidad en su trama de transmisión
permitiendo configurar las tasas desde 622 Mb/s hasta 2.5 Mb/s, GPON maneja una
velocidad de distribución de 2,488 Gb/s en sentido downstream y de 1,244 Gb/s en sentido
upstream, ofrece redes complejas con topología estrella basadas en protocolo ATM, soporta
Splitter ofreciendo servicio hasta 64 usuarios y extender sus redes hasta 20 Km.
Las empresas de la ciudad manejan tecnologías ópticas, pero ninguna a empezado a trabajar
con la tecnología GPON.
4.1.1 Velocidades de Transmisión GPON
Los estándares definen diferentes rangos de velocidades de transmisión para ambos
sentidos de la comunicación y también soporta tasas de bit asimétricas.
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La información, tanto en el sentido descendente como en el ascendente viaja en la misma
fibra óptica. Para ello se utiliza una multiplexación según la longitud de onda, WDM
(Wavelength Division Multiplexing). La longitud de onda que se utiliza para transmitir es
de 1480-1500nm para el sentido de downstream y de 1260-1360 para el sentido upstream.
Adicionalmente existe otro rango que se puede usar para el sentido de downstream para
distribuciones de video RF (Radio Frecuencia).
4.1.2 Potencia y Alcance
El alcance de la red viene dado por la atenuación total, y el del equipo del usuario viene
dado por la sensibilidad máxima que permite los parámetros mínimos de transmisión.
A continuación en la tabla 6 se describen los niveles de potencia según la norma ITU
G.984.2., donde se describen los datos de la OLT y la OUN
Tabla 6. Niveles de potencia óptica según norma ITU G984.2
Fuente. www.itu.int
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4.1.3 Protocolo de Transporte
La norma GPON, contempla dos posibilidades referentes a los protocolos de transporte que
se pueden utilizar:
•
ATM: es el utilizado por las versiones anteriores como APON y BPON, por lo que no
aporta nada nuevo.
•
GEM (GPON Encapsulation Method): se trata de un nuevo protocolo definido
únicamente para utilizarse en GPON.
Los fabricantes se han decidido por implementar solamente la solución GEM. Esta solución
soporta cualquier tipo de servicio (Ethernet, TDM, ATM, etc.) es un protocolo de
transporte síncrono basado en tramas cada 125 microsegundos. Se basa en el estándar GFP
(Generic Framing Procedure) del ITU-T G.7041 con algunas modificaciones para las
tecnologías PON. Soporta transporte de voz, video y datos sin tener que añadir ningún nivel
de encapsulamiento adicional.
4.1.4 Transmisión de Datos
La transmisión de datos en las redes GPON se realiza de manera diferente en cada una de
las direcciones en las que viajan los datos.
4.1.5 Canal descendente (downstream)
En este sentido de la comunicación, la red funciona como una conexión punto-multipunto.
La central envía todo el contenido disponible hacia las ONUs, y estas filtran el tráfico que
les corresponde o para el que tienen acceso según el servicio contratado con el operador. En
este procedimiento se utiliza la multiplexación en el tiempo TDM (Time Division
Multiplexing). En ella, el ancho de banda total del medio de transmisión es asignado a cada
canal durante una fracción del tiempo total. Para evitar que un usuario sin permisos pueda
acceder al contenido se usa una técnica de seguridad llamada AES (Advanced Encryption
Standard).
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4.1.6 Canal ascendente (upstream)
Aquí la red se comporta como una conexión punto a punto, donde las diferentes ONUs
transmiten contenidos a la OLT. En este procedimiento se utiliza multiplexación TDMA
(Time Division Multiple Access), donde se distribuye la información en ranuras alternas de
tiempo para ofrecer acceso múltiple a diferentes frecuencias.
Análisis y Evaluación
Comparada de redes de acceso GPON Y EP2P (n.f.). Recuperado en abril 2 de 2009 de pág.
29-32, Programa Arquitectura de Computadores
4.2 ARQUITECTURA DE RED A UTILIZAR
Tomando en cuenta esta situación se considera que la implementación de un red GPON
permitirá, brindar los servicios triple play (video, voz y datos), video bajo demanda,
multimedia interactiva, telefonía VoIP, control de telecamaras IP, entre otras aplicaciones
soportando altas velocidades de transferencia de datos. En la figura 24 se muestra la
arquitectura de una red GPON y los diferentes elementos que la constituyen.
Figura 24. Servicios de una red GPON
Fuente. www.W-onesys-Productos-OneLight.mht
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Como se muestra en la figura anterior la red GPON consta básicamente de dos elementos
principales una ONU (Optical Network Unit) y una OLT (Optical Line Terminal) situado
en la central del operador. Dependiendo de hasta donde llegue la instalación de fibra óptica,
es decir, donde esté situada la ONU, el tipo de red recibe un nombre u otro. El conjunto de
estas topologías se le conoce con el nombre de FTTx, donde la x es el lugar donde se
encuentra la OLT.
La topología empleada en el proyecto es multipunto como se muestra en la figura 25
escrita también como una topología en estrella.
Figura 25. Topología multipunto de una red GPON para el conjunto residencial Colores de
la Villa
Fuente. Paola Montes, Paula Carmona
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Los datos upstream desde la ONU hasta la OLT son distribuidos en una longitud de onda
distinta para evitar colisiones en la transmisión downstream, esto permite que el tráfico sea
recolectado desde la OLT sobre la misma fibra óptica que envía el tráfico downstream.
Para el tráfico downstream se realiza un broadcast óptico, cada ONU será capaz de
procesar el tráfico que le corresponde, gracias a las técnicas de seguridad AES (Advanced
Encryption Standard), este estándar permite dar confidencialidad a la información.
Bayona, Y. Moreno, O. (n.f). Advanced Encription Standard. Recuperado Octubre 20 de
2009, de www.acis.org.co/memorias/JornadaSeguridad/IIJNSI/aes.doc
Para el tráfico upstream los protocolos basados en TDMA (Time Division Multiple Access)
aseguran la transmisión sin colisiones desde la ONU hasta la OLT.
Mediante TDMA sólo se transmite cuando sea necesario. Millán R. (2007). GPON (Giga
Passive
Optical
Network).
Recuperado
el
15
de
octubre
de
2009,
de
http://www.ramonmillan.com/ tutorialeshtml/gpon.htm
4.3 DIMENSIONAMIENTO DE LA RED
4.3.1 Escenario donde se desarrolla el proyecto
El segmento de mercado hacia donde
enfocamos
el proyecto está formado por los
conjuntos residenciales de estratos 4, 5 y 6 que en los últimos años en la ciudad de Pereira
han tenido un notable crecimiento; siendo este un nicho de mercado muy estable.
Se ha seleccionado el sector La Villa por ser una de las zonas con mayor crecimiento en
construcciones de conjuntos residenciales (figura 26); se eligió en la zona el Conjunto
Residencial Colores de la Villa,
por su ubicación, distribución de viviendas y alta
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concentración de clientes potenciales, factores que proporcionan un mejor desarrollo del
proyecto.
Figura 26. Ubicación aérea conjunto residencial Colores de la Villa
COLORES DE LA VILLA
Fuente. Constructora Gerenciar S.A. (n.f.) recuperado octubre 1 de 2009 de
www.gerenciar.com.co
Los usuarios actualmente requieren mayor capacidad, calidad, confiabilidad y por supuesto
precios cómodos y ante las necesidades evidentes que muestra este sector, se debe lograr
que
toda la infraestructura sea de fibra óptica utilizando dispositivos pasivos
que
proporcionan una transmisión con alta capacidad de transferencia.
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Como se indicó anteriormente, la zona de cobertura seleccionada es el sector de la Villa, en
el conjunto residencial Colores de la Villa y se contempla un área aproximado de 20.530
m2, En la figura 27 se muestra el plano urbanístico del conjunto.
Figura 27. Plano urbanístico Conjunto Residencial Colores de la Villa
Fuente. Constructora Azul S.A
Para un manejo más detallado se ha subdividido esta área en 3 zonas, ya que se pretende
alcanzar aproximadamente a 180 usuarios finales con splitters de 1:64, como se muestra en
la figura 28.
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Figura 28. Plano dividido por zonas para distribución de splitters
Fuente. Constructora Azul S.A – Paula Andrea Carmona – Paola Andrea Montes
4.3.2 Diseño de la red
Se ha determinado que la red GPON, para el conjunto residencial Colores de la Villa,
consta de (1) un OLT (Optical Line Terminal), ubicado en la entrada del conjunto
residencial, y 180 (ciento ochenta) ONUs (Optical Networking Unit) , ubicadas en cada
casa de los usuarios. De acuerdo a esto la tecnología a usar es una FTTH, en topología
estrella, esta distribución se muestra en la figura 29.
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Se ha escogido una OLT con cuatro puertos teniendo en cuenta que el número de usuarios
es 180 y por tanto sólo se requieren 3 de los 4 puertos; cada puerto es distribuido mediante
un splitter, uno soportando 64 ONUs, otro splitter soportando 56 ONUs y el tercer splitter
soportando 60 ONUs. Para conectar la OLT con las ONUs, se emplea cable de fibra óptica
para transportar la longitud de onda downstream.
Figura 29. Plano de distribución de equipos red GPON
Fuente. Constructora Azul S.A – Paula Andrea Carmona – Paola Andrea Montes
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4.4 EQUIPOS COMERCIALES PARA EL DISEÑO DE UNA RED GPON
A continuación se realizará una descripción de los equipos que comprenden una red GPON,
dentro de la búsqueda exhaustiva de equipos se encontraron las siguientes empresas como
proveedoras de esta tecnología:
Alcatel, Allied Telesis, Motoroloa, Ericsson, Pannansis, Huawei, estas empresas ofrecen
una gama de equipos para soluciones robustas que manejan más de 5000 usuarios.
La solución que se propone en el desarrollo de este proyecto es una red pequeña ya que
sólo maneja ciento ochenta (180) usuarios.
Sería muy costoso e ineficaz utilizar una solución de las anteriores empresas, es así como
encontramos la empresa TERAWADE COMUNICATIONS,
se encuentra ubicada en
Japón, es pionera en la creación de redes ópticas pasivas, desde el año 2000
impulsa sus productos para redes PON, con la norma UIT-T G.984,
Terawave trae al mercado soluciones para PON Gigabit
(GPON), que funciona a
2488/1244 Mbps. Terawave y Comunicaciones Mindspeed se han asociado para mejorar
los productos de la industria GPON, con el Chip (SoC) . Esta solución de chip único para
ONT GPON ofrece servicios de voz IP (VoIP), datos de Ethernet, y servicios de vídeo IP
(IPTV y VOD) a los distintos hogares, y negocios.
Los productos PON de TERAWAVE COMMUNICATIONS están desplegados por más de
80 clientes, con más de 10.000 nodos de servicio en los cinco continentes, todos
administrados por la Terawave Management System (TMS).
La base de datos de clientes en todo el mundo incluye a operadores nacionales de
compañías competitivas, Militares de EE.UU., NASA, entre otros.
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TERAWADE COMUNICATIONS maneja dentro de su portafolio equipos que se adaptan
a la solución propuesta.
4.4.1 Optical Line Terminal – OLT
La referencia TW- 800 0LT es un producto de la empresa TERAWAVE
COMUNICATIONS.
Figura 30. Optical Line Terminal – OLT
Fuente. www.terawave.com
Es un equipo compacto, rentable y escalable, proporciona interoperabilidad de varios
proveedores es totalmente compatible con las especificaciones UIT-T G.984. El Terawave
TW-800 proporciona apoyo para POTS, DS1/E1, Ethernet de datos con VLAN, y la voz IP
y video. Proporciona velocidades de 2488 Mbps y 1244 Mbps de ancho de banda sobre una
distancia de 20 kilometros,
Características OLT:
• Aplicaciones: Servicios Triple play, FTTH, FTTB
• Ancho de banda: soporta hasta 4 GPON con velocidades de 2.4/1.2 Gbps
• Multiservicios WAN: 2 puertos Gigabit Ethernet, 2 puertos 10G Ethernet
• Estandar: cumple la norma ITU-T G984,
• Servicios convergente
• Fibra monomodo
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• Splitter 1:64
• 28 dB de potencia
• Soporta VOIP, interfaz redes TDM y alarmas
• Posee una interfaz de gestión entre la OLT y las ONUs
4.4.2 Optical Network Unit – ONU
El TW-124G Terawave Optical Network Terminales (ONT) son compactas, de bajo costo
Unidades diseñadas para ofrecer voz sobre IP, Ethernet de datos, y servicios de vídeo IP
para hogares, unidades de apartamentos, y pequeñas oficinas a través de UIT-T G.984
compatible con GPON. Disponible tanto para interiores (RONT) y exteriores (HONT) , el
TW-124G está diseñado para servir a los pequeños usuarios en la manera costo-efectiva
posible. La ccaracterística que se tuvo en cuenta en este equipo es su sensibildad de 28 dB
optical budget.
Figura 31. Optical Network Unit
Fuente. www.terawave.com
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4.4.3 Splitter
La referencia del splitter de Zhone PON Splitter 1x64 (2RU) es un componente que se
destaca
por tener bajas perdidas por inserción , está especialmente diseñado para la
distribución de fibra de redes xPON
Figura 32. Splitter
Fuente. www.zhone.com
4.4.4 Fibra óptica
La fibra óptica monomodo AllWave® de pico de agua cero es la fibra de espectro completo
de la industria, diseñada para sistemas ópticos de transmisión que operan en el espectro
completo de longitud de onda desde 1260 nm hasta 1625 nm. AllWave es una fibra
monomodo estándar que ofrece rendimientos, confiabilidad y calidad inigualables.
Totalmente compatible con todos los estándares internacionales para fibra óptica
monomodo convencional. ITU T- G652. Posee la pérdida óptica más baja en su clase en el
102
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espectro desde 1260 nm hasta 1625 nm, su ausencia de defectos de envejecimiento por
hidrógeno asegura confiabilidad de atenuación a largo plazo a través de toda la banda de
longitud de onda (1260 – 1625 nm). Tiene un riguroso control de geometría para la pérdida
de empalme más baja y un mejor rendimiento de empalme.
Tabla 7. Características de transmisión de la fibra
Fuente. Ficha técnica fibra óptica monomodo AllWave® de pico de agua
4.4.5 Sistema de Gestión de Acceso
La administración de la red GPON se realiza de forma remota, la interfaz gráfica de
usuario (GUI) debe ser de fácil manejo, permitir acciones complejas en la gestión de bases
de información (MIB), conexión de provisión de servicios de banda estrecha, banda ancha,
copia de seguridad de base de datos remota y restaurar las funciones. Los productos que son
dispersos geográficamente lejos de la oficina central (CO) se pueden gestionar desde un
solo lugar.
De igual forma permite la administración remota de fallas, incluyendo vigilancia remota de
alarma con los registros y la historia de la alarma. Esto incluye el tiempo real de alarma
remota y la supervisión de eventos definidos por el usuario.
103
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4.5 CALCULOS TEÓRICOS
Los enlaces de fibra óptica están conformados por un tendido de fibra óptica y por los
equipos ópticos de línea: transmisor, receptor y regeneradores intermedios.
El parámetro fundamental de transmisión que hay que tener en cuenta en la planificación
del enlace de fibra óptica es la Atenuación total del enlace.
Existen otros factores que se deben tener en cuenta en el diseño como lo son la vida útil del
enlace y el envejecimiento de los equipos.
La atenuación total de un enlace esta formado por la suma de las atenuaciones de todos los
elementos que intervienen en el mismo, expresadas en dB.
Entre las atenuaciones que se tienen en cuenta para el diseño de la red GPon en el conjunto
Residencial Colores de la Villa son las siguientes:
Atenuación por conectores:
Los conectores permiten la unión de la fibra óptica y el desmontaje de la unión.
Perdida de Inserción
Valor medio inferior a 0,2 dB, Valor máximo 0,5 dB
104
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Atenuación por Empalmes de Fusión:
Permiten la unión permanente de dos fibras ópticas, se realiza con una empalmadora y se
protege el empalme con un tubo termocontraible.
Perdida por fusión
Valor medio 0,1 dB
Atenuación por el conductor de Fibra Óptica :
Perdidas que presenta la fibra por kilometro.
Perdidas fibra/Km en 1550 nm
0,21 dB
Atenuación Splitter :
Al dividir la señal óptica de entrada en varias salidas, existe la pérdida de potencia.
Perdidas splitter 1:64
20,4 dB
Así mismo como se tiene en cuenta las atenuaciones de los elementos, también se debe
contar con las características de los equipos para el análisis del diseño de la red.
En los receptores (ONU) se debe verificar la sensibilidad, que se traduce como la mínima
potencia requerida para obtener una BER deseada y la potencia es el parámetro que se debe
consultar en los transmisores (OLT).
105
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4.5.1. Calculo para el usuario más lejano (2 Km)
Figura 33. Plano usuario más lejano
Fuente. Constructora Azul S.A – Paula Andrea Carmona – Paola Andrea Montes
Tabla 8. Cálculo Atenuación Total – Usuario más lejano
Perdidas conector OLT
0,5 dB
Perdidas fusión OLT
0,1 dB
Perdidas Splitter
20,4dB
Perdidas conectores Splitter
1 dB
Perdidas fusión Splitter
0,2 dB
Perdidas conector ONU
0,5 dB
Perdidas fusión ONU
0,1 dB
Perdidas fibra/Km
0,42dB
TOTAL PERDIDAS
23,22 dB = 53,22dBm
106
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El balance total de potencias consiste en realizar la suma, en dBm del total de pérdidas del
ramal más la potencia de la OLT.
7 dBm – 53,22 dBm = -46,22dBm
La sensibilidad de la ONU que se encuentra mas lejana debe ser mayor al total de la suma
en dBm del balance (-46,22dBm), para que el sistema sea viable desde el punto de vista de
potencias.
4.5.2 Cálculo para el usuario más cercano (0,7 km)
Figura 34. Plano usuario más cercano
Fuente. Constructora Azul S.A – Paula Andrea Carmona – Paola Andrea Montes
107
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Tabla 9. Cálculo Atenuación Total – Usuario más cercano
Perdidas conector OLT
Perdidas fusión OLT
Perdidas Splitter
Perdidas conectores Splitter
Perdidas fusión Splitter
Perdidas conector ONU
Perdidas fusión ONU
Perdidas fibra/Km
TOTAL PERDIDAS
0,5 dB
0,1 dB
20,4dB
1 dB
0,2 dB
0,5 dB
0,1 dB
0,15dB
22,95 dB = 52,95 dBm
7 dBm – 52,95 dBm = -45,95dBm
La sensibilidad de la ONU que se encuentra mas cercana debe ser mayor al total de la suma
en dBm del balance (-45,95 dBm), para que el sistema sea viable.
4.6 SIMULADORES DE REDES ÓPTICAS
Durante el desarrollo del proyecto se realizó una búsqueda de simuladores de redes ópticas,
tratando de encontrar el mas adecuado para simular la solución propuesta, a continuación se
describen algunos de los simuladores investigados.
4.6.1 NCTUns
Desarrollado por: Universidad de Twente
Disponible en: http://nsl10.csie.nctu.edu.tw/
El NCTUns es un simulador de red extensible y emulador capaz de simular varios
protocolos utilizados tanto en redes cableadas e inalámbricas IP. Su tecnología central se
basa en el NCTUns se puede utilizar como un emulador, directamente Linux utiliza el
108
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protocolo TCP / IP stack para generar resultados de la simulación de alta fidelidad, y tiene
muchas cualidades interesantes.
4.6.2 The Network Simulator - NS2
Desarrollado por: Universidad del Sur de California
Disponible en: http://www.isi.edu/nsnam/ns/
Ns2 es un simulador de eventos discretos destinados a la investigación de redes. NS
proporciona un apoyo importante para la simulación de TCP, el enrutamiento y protocolos
de multidifusión a través de redes cableadas e inalámbricas (local y satélite).
4.6.3 OMNeT++
Desarrollado por: OMNeT + + Sitio de la comunidad
Disponible en: http://www.omnetpp.org/
OMNeT++ is a component-based, modular and open-architecture simulation environment
with strong GUI support and an embeddable simulation kernel. OMNeT + + es modular y
de arquitectura abierta. El simulador puede ser utilizado para la modelización: los
protocolos de comunicación, redes informáticas y de modelos de tráfico, de múltiples
procesadores y sistemas distribuidos, etc. OMNeT + + también soporta la animación y la
ejecución interactiva.
4.6.4 OPNET
Desarrollado por: OPNET Technologies
Disponible en: http://www.opnet.com/
Las aplicaciones de OPNET Technologies combina modelos de predicción y una
comprensión de tecnologías de red que permite diseñar, implementar y administrar la
infraestructura de red, equipos de red y aplicaciones en red. En particular OPNET Modeler
es un entorno de desarrollo que permite el diseño y estudio de redes, dispositivos,
protocolos y aplicaciones.
109
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4.6.5 OptSim
Desarrollado por: RSoft Design Group
Disponible
en:
http://www.rsoftdesign.com/products.php?sub=System+and+Network
&itm=OptSim
OptSim 4,7 la simulación se muestra en el dominio del tiempo, sirve como apoyo al
diseño y la evaluación del desempeño del nivel de transmisión de los sistemas de
comunicación óptica.
4.6.6 PON DESIGN Software
Desarrollado por: I. Santos, F. Sanabria, Universidad Francisco José de Caldas
Disponible en: http//pondesignsoft.blogspot.com/
PON DESIGN SOFTWARE, es un software que permite diseñar redes ópticas pasivas por
medio de enlaces de fibra óptica; se compone de dos módulos principales, el programa de
diseño de red y el programa de análisis espectral.
4.6.7 OPTISYSTEM
Desarrollado por: OPTIWAVE
Disponible en: http://www.optiwave.com/products/system_overview.html
Optiwave ha desarrollado un conjunto de herramientas diseño que permite a los usuarios
planificar, probar y simular los enlaces ópticos, en la capa de transmisión de las modernas
redes ópticas.
4.7 SIMULADOR SELECCIONADO PARA EL DISEÑO DE LA SOLUCIÓN
4.7.1 Selección y características del simulador
Después de realizar una exhaustiva búsqueda de simuladores de redes ópticas, se decidió
utilizar OptiSystem 8.0 en su versión de evaluación. Este simulador tiene una biblioteca
110
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que incluye cientos de componentes a los que se les permite introducir los parámetros que
pueden ser medidos en los dispositivos reales; los usuarios pueden incorporar nuevos
componentes e incluso interactuar con otras herramientas de simulación como el MATLAB
o SPICE. Calcula señales utilizando algoritmos apropiados teniendo en cuenta la exactitud
requerida de la simulación y la eficiencia; permite predecir el rendimiento del sistema
calculando parámetros como el BER y el Q-Factor. Posee herramientas de visualización
avanzada como el diagrama de ojo. Utiliza el lenguaje Visual Basic Script.
Debido a su flexibilidad y eficiencia en el diseño OptiSystem es un software que tiene un
alto reconocimiento en el ámbito académico e investigativo a nivel mundial, es utilizado
por el Instituto de Óptica de la Universidad de Rochester, Universidad de Australia,
Instituto de ciencias de la India, Universidad de Arizona, entre otros.
Dentro de los simuladores que se investigaron se eligió el software OptiSystem de la
empresa canadiense Optiwave, con una trayectoria de 15 años diseñando software de
simulación para la investigación en el área de electrónica y redes ópticas, el cual es
utilizado a nivel mundial en el entorno académico y empresarial.
4.7.2 Herramientas para realizar simulaciones:
Optiwave maneja un conjunto de herramientas de diseño para diferentes soluciones:
OptiSPICE, software de diseño y simulación de circuitos opto-electrónicos, es una
completa solución integrada para la extracción de parámetros, captura esquemática,
simulación de circuitos y el análisis de forma de onda.
OptiSystem multimodo Edition, facilita el diseño, análisis y simulación de sistemas de
comunicación de fibra multimodo.
111
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OptiPerformer, es un complemento de OptiSystem, facilita un completo entorno de
trabajo de simulación freeware, permite cargar archivos de OptiSystem existentes, ejecutar
simulaciones y ver los resultados.
OptiSystem 8.0, es una completa suite de diseño de software, su entorno de diseño
profesional permite simular tecnologías PON emergentes, la simulación permite a los
usuarios planificar, probar y simular los enlaces ópticos en la capa física de una variedad
de redes ópticas pasivas: BPON, EPON, GPON.
Figura 35. Pagina Optiwave
Fuente. www.optiwave.com
Después de analizar la herramienta OptiSystem 8.0, se encontró que es la adecuada para
simular el diseño propuesto dentro del proyecto, es un software disponible en la página web
www.optiwave.com , la empresa facilita una licencia de activación de la versión completa
de OptiSystem exclusivamente por 30 días.
112
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La empresa Optiwave muy amablemente concedió una prorroga única por 15 días para la
culminación de este proyecto.
La versión comercial de la herramienta OptiSystem tiene un costo de USD 35000 y la
versión académica de USD 5000.
113
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5
CONCRECION DEL MODELO
En el desarrollo de este capítulo se pretende describir los elementos utilizados en la
simulación con el software OptiSystem 8.0, mostrar cómo se realiza la simulación paso a
paso y el análisis realizado a partir de los gráficos que nos muestran los analizadores y
visualizadores de la señal recibida en las ONUs de cada usuario y en la OLT.
5.1. ELEMENTOS UTILIZADOS EN LA SIMULACION
Dentro del simulador OptiSystem 8.0, existen diversos elementos que permiten la
realización del diseño de red elaborado, entre los cuales se encuentran:
•
Fibra bidireccional
La fibra óptica utilizada en el desarrollo de este diseño es fibra monomodo bidireccional
(figura 36), en el software este elemento simula la propagación bidireccional de las señales
ópticas. Esta fibra se emplea para conectar todos los elementos del diseño.
Figura 36. Fibra bidireccional
Fuente. OptiSystem 8.0
114
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•
WDM Transmitter (OLT)
A continuación en la figura 37 se muestra el transmisor WDM, este dispositivo hace las
veces de Optical Line Terminal, es una matriz del transmisor que permite diferentes tipos
de modulación y de sistemas, mediante el uso de diversos componentes agrupados en un
solo elemento, los usuarios pueden personalizar los diseños.
La OLT acopla la red de acceso a la red de transporte.
Figura 37. WDM Transmitter
Fuente. OptiSystem 8.0
•
Circulator Bidirectional
Este componente redirecciona la señal de un puerto a otro de forma secuencial dependiendo
de la longitud de onda, la pérdida de inserción y pérdidas de retorno. Cómo se muestra en
la figura 38, está conectado a la OLT y al splitter.
Figura 38. Circulator Bidirectional
Fuente. OptiSystem 8.0
115
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•
Splitter
Como se muestra en la figura 39, el splitter divide la señal de entrada a los 64 puertos de
salida, existen splitter 1:4, 1:8 hasta 1:64 el cual se utilizó en este diseño, va conectado al
circulador bidireccional en su puerto de entrada y a la salida se conectan las ONUs.
Figura 39. Splitter
Fuente. OptiSystem 8.0
Optical Network Unit
La unidad óptica de red (figura 40), sirve de interfaz entre la red de acceso y la red interna
de comunicación dentro de la casa del usuario, este dispositivo está conectado a los
divisores ópticos (splitter) y a la salida se conecta un analizador BER, para estudiar el
comportamiento de la señal que este recibe.
Figura 40. ONU
Fuente. OptiSystem 8.0
116
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•
3R Regenerator – BER Analyzer
El 3R mostrado en la figura 41, es un subsistema basado en el componente de recuperación
de datos y un generador de pulsos NRZ que regenera la señal eléctrica creando una
secuencia de bits que se utilizará para el análisis de BER.
El Analizador BER que se encuentra conectado al 3R, es un visualizador que permite al
usuario calcular y mostrar la tasa de error de bit (BER) de una señal eléctrica de forma
automática.
Figura 41. 3R – BER
Fuente. OptiSystem 8.0
•
Optical spectrum analyzer
En la figura 42 se muestra el analizador de espectro, este instrumento permite al usuario
calcular y mostrar las señales ópticas en el dominio de frecuencia. Puede mostrar la
intensidad de la señal y la densidad espectral de potencia, se conecta a la OLT ó a la ONU.
Figura 42. Optical spectrum analyzer
Fuente. OptiSystem 8.0
117
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5.2. DESARROLLO DE LA SIMULACIÓN
El software OptiSystem se instala en la carpeta C:\Archivos de programa\Optiwave
Software\OptiSystem 8.0. Para la instalación de esta aplicación se debe tener en cuenta una
configuración mínima: procesador Pentium 3 o equivalente, Microsoft Windows Vista o
XP, 400 MB de espacio en disco, resolución de pantalla 1024 x 768, RAM 128.
Al iniciar la aplicación sale la interfaz gráfica del usuario que se muestra a continuación en
la figura 43, posee una librería de componentes para fuentes ópticas, procesador de señal,
elementos ópticos pasivos, fibra óptica, generadores de pulsos, filtros, amplificadores
ópticos, y visualizadores, tiene un área de trabajo denominada layout y la barra de
herramientas.
Figura 43. Pantallazo inicial
Fuente. OptiSystem 8.0
118
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A continuación se describirán la interfaz gráfica del simulador. Inicialmente en la figura 44
encontramos la zona de trabajo, allí se insertan los componentes, se editan y se crean
conexiones entre ellos
Figura 44. Área de trabajo - Layout
Fuente. OptiSystem 8.0
119
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En la figura 45 se observa las carpetas de la librería de componentes, desde acá se accede a
los componentes para realizar el diseño, en la figura 46 se muestra el contenido de la
carpeta Default, esta carpeta es la que contiene las librerías.
Figura 45. Carpetas de librerías
Fuente. OptiSystem 8.0
Figura 46. Librería de componentes
Fuente. OptiSystem 8.0
120
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Cada librería tiene contenida los dispositivos, en la figura 47 se muestra la librería de los
splitter. Los tipos de splitter que se pueden utilizar en un diseño son:
•
Power Splitter 1x2
•
Power Spliter 1x4
•
Power Splitter 1x8
•
Power Splitter
•
1xN Splitter Bidirectional
Figura 47. Librería Power Splitters
Fuente. OptiSystem 8.0
121
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En la figura 48, se muestra la librería de visualizadores y analizadores, estos pueden ser
ópticos o eléctricos.
Dentro de los ópticos tenemos:
•
Optical Spectrum Analyzer
•
Polarization Analyzer
•
Optical Time Domain Visualizer
•
Polarization Meter
•
Optical Power Meter
•
Spatial Visualizer
•
WDM Analyzer
•
Encircled Flux Analyzer
•
Dual Port WDM Analyzer
Figura 48. Librería visualizadores – analizadores
Fuente. OptiSystem 8.0
122
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En la figura 49, se muestra la librería de transmisores, estos pueden ser ópticos o eléctricos.
Figura 49. Librería Transmisores Ópticos
Fuente. OptiSystem 8.0
123
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En cada carpeta se encuentran los diferentes dispositivos para construir la red, cada
elemento se va arrastrando con el mouse hacia el área de trabajo, las conexiones se van
realizando automáticamente, en la figura 50 se muestra la conexión de los elementos hasta
el splitter.
Figura 50.Pantallazo elementos del sistema
Fuente. OptiSystem 8.0
El Optical Line Terminal es el equipo principal de la red y está conectado con el nodo de la
red externa; es el encargado de encaminar el tráfico hacia las ONUs, a través de los splitter,
es un equipo activo, a este dispositivo se le debe configurar los parámetros necesarios para
el buen funcionamiento de toda la red como se muestra en la figura 51.
Los Parámetros a tener en cuenta de acuerdo a la norma G984.x y el diseño propuesto son:
•
Bit rate: 2.4 Gbit/s
•
Number of output ports: 3 (para splitter)
•
Power : 8dBm
•
Frecuency: 1550 nm
124
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•
Modulation type: NRZ (no return to zero)
•
Transmitter type: EML (external modulated laser)
Figura 51. Parámetros de configuración OLT
125
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Fuente. OptiSystem 8.0
Finalizada la configuración de la OLT, se continúa con la conexión de los splitters, a este
dispositivo se le configuran los puertos de acuerdo al número de ONUs (figura 52) que
requiera el diseño. Para este caso se configuraron 3 splitter con 60, 64 y 56 puertos para
conectar un total de 180 ONUs.
126
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Figura 52.Parámetros configuración splitter
Fuente. OptiSystem 8.0
La conexión de las ONUs a los splitter se realiza manualmente y a su vez se conecta el
regenerador de señal y el analizador BER (figura 53), del cual se obtienen las gráficas de la
señal que llega a cada ONU, mostrando el factor Q, el BER y el diagrama de ojo.
127
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Figura 53. Configuración del splitter con las ONUs
Fuente. OptiSystem 8.0
En la figura 54 se muestra el diseño de la solución propuesta. En anexos se encuentra el
plano del diseño.
128
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Figura 54. Diseño de la solución propuesta
Fuente. OptiSystem 8.0
Después de tener concretado el diseño y definidos los parámetros de los equipos, se corre la
simulación como se muestra en la figura 55 y 56, si las conexiones están correctas muestra
un mensaje “completed successfully” finalizando la simulación, de lo contrario muestra un
mensaje de error, para lo cual se debe verificar las conexiones y los parámetros de
configuración.
129
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Figura 55. Menú para correr la simulación
Fuente. OptiSystem 8.0
Figura 56. Ventana donde se visualiza cuando está corriendo la simulación
Fuente. OptiSystem 8.0
130
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5.3 RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN
El simulador OptiSystem permite colocar los parámetros de la red propuesta, permitiendo
adaptar características iníciales de acuerdo a las necesidades de cada equipo, como son:
Frecuencia
Potencia
Velocidad de transmisión (bit rate)
Distancia del enlace
Tipo de modulación.
A continuación se muestran los resultados de los analizadores y visualizadores conectados a
los elementos del diseño, cada uno origina el comportamiento de la señal de acuerdo al
dispositivo muestreado, para esto se requiere correr la simulación para que actualice los
datos.
5.3.1 Comparación cálculos teóricos con resultados simulación
Para verificar los datos obtenidos en el numeral 4.5 cálculos teóricos, utilizamos el
instrumento de medición del simulador OptiSystem Electrical Power Meter Visualizer,
conectado en la ONU 54, para medir la sensibilidad del receptor, la distancia configurada
entre la OLT y la ONU fue de 2 km siendo este el caso más lejano planteado en el diseño.
Los datos arrojados por el medidor de potencia son -39,328 dBm (figura 57), comparando
con los resultados de los cálculos teóricos que fueron de -46,22 dBm en el mismo caso, se
puede verificar que el resultado en la simulación es mayor que el resultado teórico,
confirmando que la transmisión es óptima para este receptor.
131
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Figura 57. Ventana donde se visualiza resultado de potencia en la ONU
Fuente. OptiSystem 8.0
La ONU escogida para el diseño fue la referencia TW 124G de la empresa Terawave,
dentro de sus características posee una sensibilidad de recepción de 28 dB, equivalentes a
58dBm, en el modelamiento del diseño se encontró que el cálculo teórico fue -46,22 dBm
y en la simulación -39,328 dBm; concluyendo que los parámetros están dentro de la escala
de sensibilidad de potencia que tiene el equipo.
5.3.2 Descripción de gráficas de señal de la OLT
La figura 58 es del analizador de espectro que se conectó a la salida de la OLT, muestra el
espectro de la señal en el dominio de la frecuencia, se puede observar la amplitud de la
frecuencia de la señal de salida y la intensidad de esta, la longitud de onda en el punto
central es de 1,5491 µm o 192 THz este dato concuerda con los parámetros ingresados en la
OLT (1550nm).
132
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Figura 58. Optical Spectrum Analyzer de la OLT
Fuente. OptiSystem 8.0
5.3.3 Descripción de gráficas de la señal del Splitter
A continuación en la figura 59 se visualiza el patrón de forma de onda capturado de la
señal en el dominio del tiempo, esta grafica nos muestra que la señal en el momento de la
emisión una vez pasa por el splitter tiene la potencia requerida para llegar hasta el receptor,
sin embargo debido a la división de la señal y los empalmes que se realizan dentro la red se
generan distorsiones (ruido) que se traslapan en la señal.
En la gráfica se puede observar la señal de ruido que se encuentra a los -18 dBm y a los -33
dBm.
133
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Figura 59. Resultado Optical Time Domain Visualizer del splitter
Fuente. OptiSystem 8.0
5.3.4 Descripción de gráficas de la señal de la ONU
En los siguientes gráficos se muestran los resultados obtenidos en las mediciones realizadas
en las ONUs a través del analizador BER(Bit Error Rate) utilizando un regenerador de
señal y un osciloscopio.
La medición del BER determina la calidad del enlace de transmisión y su desempeño y el
osciloscopio muestra detalladamente el comportamiento de la señal.
Si la ONU requiere un nivel mínimo de potencia para obtener en su recepción la mínima
tasa de error de bit (BER), se debe determinar la potencia de salida mínima permitida de la
OLT, que para esta simulación fue de 8 dBm.
134
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Q Factor:
Lo que se pretende mostrar en la grafica es que la máxima distancia de transmisión
alcanzada para un factor Q debe ser igual o mayor a 6, lo que equivale a una BER igual o
menor de 10 e-9, de acuerdo a lo estipulado por la norma ITU G984.2; el resultado
obtenido en las diferentes unidades de la ONUs (180 unidades) estuvo dentro del rango de
los parámetros establecidos por la norma, en la figura 60 se muestra el resultado obtenido
en la ONU No. 63:
Factor Q: 5.70844 , BER:
5,6995e-9
Logrando así con los resultados obtenidos el mínimo de potencia para garantizar calidad de
transmisión para el usuario en la red diseñada. En la siguiente gráfica se observa que el
factor de calidad se mantiene en el rango de 0,4 y 0,7 bit donde hay mayor probabilidad de
transmisión.
Figura 60. Resultado BER analyzer de la ONU – Q factor
Fuente. OptiSystem 8.0
135
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Dentro de los gráficos obtenidos en la señal que llega a la ONU, también se grafica el valor
del mínimo Bit Error Rate, en el ONU No. 63 como se ve en la figura 61. En esta gráfica
se observa que la señal se transmite con menor índice de error en el rango 0,48 y 0,67 bit.
Figura 61. Resultado BER analyzer de la ONU – Min VER
Fuente. OptiSystem 8.0
Del mismo modo se puede obtener la grafica del umbral de la señal como se muestra en la
figura 62, el threshold se toma haciendo un foco en un sector de la señal observando el
136
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comportamiento de la amplitud de esta en un instante de tiempo determinado. El umbral se
encuentra entre 6,5µ y 7,1µ a.u.
Figura 62. Resultado BER analyzer de la ONU – Threshold
Fuente. OptiSystem 8.0
En la ONU No.63 se colocó el analizador BER como se muestra en la figura 63, donde se
observan los siguientes datos de la señal de acuerdo a lo estipulado anteriormente:
•
Mejor momento para muestreo 0,6 bits por periodo
137
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•
Distorsión máxima 4µ a.u
•
Margen de ruido 6µ a.u
•
Tiempo en el que puede ser muestreada 1 bit por periodo
•
Distorsión del cruce por cero 0,15 bit
A demás se puede observar que la sensibilidad del error en función del tiempo permite que
la señal obtenida en el receptor sea de buena calidad.
Figura 63. Resultado BER analyzer de la ONU – Eye Diagram
Fuente. OptiSystem 8.0
138
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El diagrama de ojo obtenido de la ONU No. 63 (figura 63), permite observar que la señal es
transmitida por el enlace de manera eficiente combinando los parámetros de Factor Q,
BER, Threshold y Height.
Oscilloscope Visualizer/Osciloscopio
El osciloscopio permite interpretar gráficamente el comportamiento de una señal, se puede
obtener medidas en la escala del tiempo pequeñas.
El visualizador muestra 4 gráficas de señal, una de ellas muestra todo el comportamiento
de la señal: la señal, el ruido, la portadora como se muestra en la figura 64; de la misma
manera se pueden visualizar de forma independiente.
Figura 64. Señal del osciloscopio
Fuente. OptiSystem 8.0
139
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En esta gráfica (figura 65 )se muestra únicamente el ruido, es decir no hay transmisión de
señal, se puede detallar que se encuentra en una escala de -2µ y 2µ a.u, es decir que el ruido
tiene una amplitud de 4µ. El ruido debe ser mínimo con respecto a la transmisión.
Figura 65. Señal de ruido
Fuente. OptiSystem 8.0
En la figura 66 se describe la señal original de transmisión esta se encuentra en el rango de
0 a 16µ a.u. dentro de ella se puede observar que la señal es periódica.
140
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Figura 66. Señal original
Fuente. OptiSystem 8.0
El simulador permite obtener igualmente graficas en 3D, de la señal obtenida en la ONU
No.63 (figura 67).
141
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Figura 67. BER 3Graph
Fuente. OptiSystem 8.0
Con las anteriores graficas obtenidas por el simulador OptiSystem 8.0, se confirma que la
red diseñada para el conjunto residencial Colores de la Villa cumple con los objetivos de
llevar el servicio triple play a sus usuarios cumpliendo los estándares exigidos por la norma
ITU 984.2.
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6.
CONCLUSIONES
Con la investigación realizada en el desarrollo de este proyecto se ha podido determinar las
tendencias de los usuarios a requerir un mayor ancho de banda que les permita acceder a
servicios interactivos de multimedia, telefonía VOIp, control de telecámaras IP,
herramientas de telemedicina entre otras que requieren mayor capacidad de las redes, esto
implica que los operadores de telecomunicaciones busquen modernizar su infraestructura
para cubrir la demanda de servicio de los usuarios, con altos estándares de calidad.
Los servicios ‘Triple Play’ benefician directamente a los consumidores, ya que pueden
acceder a un amplio rango de servicios integrados de voz, datos y video, así como servicios
‘Video bajo Demanda (VoD), TV interactiva en tiempo real, video conferencia entre otros.
Con la implementación de redes GPON a través de arquitecturas FTTH en servicios
tripleplay (voz, datos y video) de banda ancha se pueden alcanzar distancias de hasta 20
km, también se pueden mitigar los problemas de ruido, atenuación e interferencia porque
se utilizan equipos pasivos que requiere como fuente de energía emisores de luz, la red
GPON no condiciona al uso de repetidores y permite atender a una mayor cantidad de
usuarios gracias a la tecnología de transmisión WDM.
Los operadores que decidan migrar su infraestructura a redes GPON, obtendrán altos
beneficios en cuanto a reducción de costos en la implementación de la red, eliminación de
equipos activos y disminución de costos operativos en la administración de la red.
La arquitectura GPON es la más adecuada para impulsar la masificación de los servicios
triple play, el factor de calidad de este servicio se mide principalmente en términos de
velocidad de transmisión en cada uno de los sentidos de la comunicación de los servicios
que soporta la red, disponibilidad del servicio y cobertura.
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La eficiencia que presentan las redes de fibra óptica son del 99% aproximadamente
mientras que las redes Ethernet tienen una eficiencia por debajo del 60%, lo que hace
evidente que la implementación de redes GPON permite prestar servicios de excelente
calidad.
Una desventaja de las redes ópticas pasivas es la seguridad en la transmisión ya que utiliza
TDMA, quienes conozcan el tema de fishing podrían capturar los paquetes porque la
información se envía a todos los usuarios, pero esto se solucionó con las redes GPON al
implementar encriptación AES en la trama de transmisión.
Otras versiones que se están estudiando actualmente sobre redes PON son DPON (DOCSIS
PON), WDM PON (Wavelength Divition Multiplexing PON), 10 GEPON (10 Gigabit
Ethernet PON), investigaciones sobre estas tecnologías se encuentran en otros idiomas
cómo japonés e inglés lo que dificulta su acceso.
La fibra óptica teóricamente no presenta ruido ni alteraciones en la señal transmitida, pero
este se da debido a los empalmes y a las conexiones con el splitter, porque la fibra óptica
presenta una interrupción a la continuidad natural de la fibra.
El diseño de la red en una topología de estrella extendida podría ahorrar fibra y permitir
llegar a mas usuarios pero a su vez genera más pérdidas en sus componentes pasivos.
Actualmente se realizan investigaciones sobre tendencias en HFC, RFoG (radio frecuency
over glass), que permitan competir con tecnología GPON y GEPON, evitando gastos en su
infraestructura de cabecera y llevando la fibra hasta la entrada de la casa (micronodo),
aprovechando el cableado de RG6 dentro de ella.
ADSL compite con las redes ópticas pasivas llevando fibra lo más cerca al hogar, con sus
variantes ADSL 2++ permite competir con IPTV.
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Los sistemas de transmisión por fibra óptica eliminan las interferencias electromagnéticas,
debido a su aislamiento eléctrico.
Otras arquitecturas que compiten con FTTH son EP2P (Ethernet punto punto) y Ethernet
to home.
El simulador OptiSystem es una herramienta muy versátil que permite analizar el
comportamiento de la señal teniendo en cuenta factores de calidad como el OSNR, el
diagrama de ojo, el BER; posee una interfaz con Matlab brindando análisis más detallados
del comportamiento de una señal.
Cuando se realice la búsqueda de equipos para la implementación del diseño se debe tener
en cuenta la potencia de los transmisores (OLT) y en los receptores (ONU) la sensibilidad
de estos dependiendo de los servicios que se pretendan ofrecer.
Con respecto a las investigaciones actuales se encontró que se busca desarrollar redes de
mayor capacidad, que cumplan con mejores estándares de calidad, que permitan la
convergencia de servicios y que los costos para los operadores y los usuarios sean más
viables.
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7. RECOMENDACIONES
Concluido este proyecto de grado, se considera importante investigar sobre otros aspectos
relacionados con las redes ópticas pasivas y se propone:
•
Ampliar la investigación de redes GPON hacia redes RoFG, WDM PON y las
nuevas tendencias que vayan surgiendo.
•
Analizar con mayor detenimiento el simulador OptiSystem utilizado en el desarrollo
del diseño, es una aplicación con muchas herramientas de trabajo que permite
realizar análisis detallados del comportamiento de la señal.
•
Tener en cuenta el tráfico de nuevos servicios convergentes en futuras
investigaciones.
146
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8. BIBLIOGRAFIA
INTERNATIONAL TELECOMUNICATION UNIOIN, Telecomunication Standardization
Sector. Recomendaciones Serie G: Sistemas de medios de transmisión, sistemas y redes
digitales.
G.983.1. Sistemas de acceso óptico de banda ancha basados en redes ópticas
pásivas. Enero 2005
G.983.2. Especificación de la interfaz de control y gestión de terminales de red
óptica para redes ópticas pasivas de banda ancha. Julio 2005
G.984.1. Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General
Characteristics. Marzo 2008
G.984.2. Redes ópticas pasivas con capacidad de gigabits: Especificacion de la capa
dependiente de los medios físicos. Marzo 2003
G984.3. Gigabit-capable passive optical networks (GPON): Transmission
convergence layer specification. Marzo 2008
G984.4. Gigabit-capable passive optical networks (GPON): ONT management and
control interface specification
G984.5. Gigabit-capable passive optical networks (GPON): Enhancement band.
Septiembre 2007
G984.6. Gigabit-capable passive optical networks (GPON): Reach extension. Marzo
2008.
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Normas Colombianas para la
presentación de trabajos de grado. Quinta actualización. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1996.
34P. NTC 1486.
PABÓN TACO, Diana Patricia. Proyecto de grado: Diseño de una red de acceso GPON
para proveer servicios triple play (tv, internet y telefonía) en el sector de la Carolina a
través de la red del grupo TVCable. Escuela Politécnica Nacional. Enero 2009. 160 p.
147
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Programa de Ingeniería de Sistemas y Telecomunicaciones
Universidad Católica Popular del Risaralda
J.J. Martínez, I. Garcés, A. López, A. Villafranca, J.C. Aguado, M.A. Losada, “Novel
WDM-PON Architecture Based on a Spectrally Efficient IM-FSK Scheme Using DMLs
and RSOAs” Lightwave Technology, IEEE Journal of, vol. 26, no. 3, pp. 350–356, 2008
http://www.euram.com.ni/pverdes/Verdes_Informatica/Informatica_al_dia/fibraoptica_145.
htm
http://www.mincomunicaciones.gov.co/mincom/src/user_docs/Archivos/Sectorial/Lineami
entosPoliticaBandaAnchaII.pdf
http://www.fabila.com/noticia.asp?id=772
CRT, Documento de estudio Regulación de Redes en convergencia Fecha actualización:
07/07/08. Página 23 de 53.Coordinación de Regulación.
http://www.telnet-ri.es/index.php?id=279
http://www.crt.gov.co/images/stories/crtdocuments/BibliotecaVirtual/InformeInternet/Infor
me_Internet_junio_2009.pdf
José García Torres, Análisis y Evaluación Comparada de redes de acceso GPON Y EP2P,
edición 1,02.04.2009, pág. 29-32, Programa Arquitectura de Computadores
http://www-wsp.adckrone.com/es/webcontent/documentationlibrary/PDFs/carrier/1041
80ES.pdf
http://diec.unizar.es/~imr/personal/docs/CursoMasterMeBA1.pdf
http://www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica/calculo-enlace
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ANEXO 1. CAPACIDAD REQUERIDA POR LOS USUARIOS
Para determinar un valor correspondiente a la capacidad requerida para cada usuario de
manera general se tomarán en cuenta los siguientes valores:
Tabla 10. Necesidades de ancho de banda en el hogar
Fuente. Observatorio Tecnológico La Cofa (2008). Dawn of Digital Household.
Recuperado
20
de
Octubre
de
2009,
de
http://www.lacofa.es/index.
php/general/dawn_of_the_digital_household
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ANEXO 2. ANALIZADOR GPON-DOCTOR
Figura 68. Analizador GPON
Fuente. www.telnet-ri.es/index.php?id=279
GPON Doctor es un analizador pasivo Chipset-Less del protocolo de FTTH GPON. Se
conecta a un punto de la fibra de distribución de una red FTTH GPON y captura datos a
nivel de bit tanto en downstream como upstream, interpretando toda la información de
control a niveles: OAM, PLOAM y OMCI. Totalmente orientado al análisis de
interoperabilidad es ideal para operadoras en fase de despliegue GPON o integradores de
hardware GPON.
Captura+Análisis+Evaluación
GPON Doctor es una solución completa autónoma: Compuesto de una placa hardware de
captura de datos GPON, un chasis/equipo de altas prestaciones y un software de análisis y
evaluación de los datos capturados.
El hardware de captura está basado en una placa de implementación propia con módulos
ópticos de última generación y gran capacidad de procesado. Capaz de sincronizarse con el
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enlace Dowstream y Upstream en cualquier punto de la fibra GPON y calibrarse de manera
automática, permitiendo hacer capturas de hasta 30 minutos de duración.
El Software de análisis interpreta los datos capturados y permite al operador repasar la traza
desde la primera hasta la última trama de control. Además realiza una análisis de los
mensajes de control y crear una estimación de la topología de la red GPON: ONTs,
situación de las máquinas de estados de las ONTs y OLT, canales de datos establecidos,
configuración intercambiada, análisis y gráficos de ancho de banda para cada ONT por
TCONT. Sobre el modelo y la traza, aplica un sistema de evaluación del protocolo ITU-T
G.984.x basado en reglas dinámicas contextualizadas que permite juzgar el cumplimiento
del mismo por parte del tráfico capturado.
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ANEXO 3. ESPECIFICACIONES ONU
Bloque funcional ONU
Como un ejemplo, la terminación de red óptica (ONT) en la técnica de fibra a la vivienda
(FTTH) está activa y desacopla el mecanismo de entrega de red de acceso, de la
distribución interior. El núcleo de la ONT consiste en la interfaz ODN, puerto de usuario,
servicios
de
transmisión
y
funciones
de
multiplexación
(MUX,
multiplexing)/demultiplexación de clientes, así como la alimentación en energía;
Figura 69. Bloque funcional de la ONU
Fuente. Recomendación ITU-T G.983
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Figura 70. Bloque funcional OLT
Fuente. Recomendación ITU-T G.983
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ANEXO 4. PLANO DEL DISEÑO DE LA SIMULACION
Se anexa plano del diseño donde se puede visualizar los elementos que componen la red
propuesta sobre el simulador OptiSystem
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ANEXO 5.CD
Contenido:
Documento digital del proyecto de grado
Video de la Simulación del diseño propuesto
Video tutorial para el manejo del OptiSystem
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