Trabajo GPON Samuel

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La Academia al servicio de la Vida

DISEÑO DE UNA RED GPON FTTH

JUNE NUIT ESMIRNA POLO CAMARGO

Código: 89071874835

SAMUEL ANTONIO PACHECO GAVIRIA

Código: 9692408

Presentado a: ING. NYDIA SUSANA SANDOVAL CARRERO

UNIVERSIDAD DE PAMPLONAFACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURAS

INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONESPAMPLONA

2012



INTRODUCCION

El estándar GPON (Gigabit Passive Optical Network) resulta de la mejora en varias de las características de las recomendaciones de redes basadas en la tecnología PON.Básicamente una red PON (Passive Optical Network) es una tecnología de acceso mediante la implementación de una red de fibra óptica con elementos pasivos, es decir, que no requieren de alimentación externa para su funcionamiento, al distribuir la información a través de la red. El propósito de tales componentes, es la reducción del coste de equipos que van dirigidos directamente al usuario final.

El uso del estándar GPON tiene muchas ventajas sobre otro tipo de redes que también usan fibra óptica entre las más importantes se citan:

Su rango de alcance es de cerca de 20Km (aunque bajo el estándar se puede llegar a 60Km) entre el proveedor y el cliente final.

Se reduce la cantidad de tendido de fibra óptica, tanto entre las distintas distribuidoras como entre los circuitos de llegada al cliente.

Se manejan elevados niveles de ancho de banda para sus servicios.

No exige la necesidad de implementar elementos activos en la red.



DESCRIPCIÓN DEL ESTÁNDAR GPON.

Definido como una innovación del conjunto de estándares PON, la Red Óptica Pasiva con capacidad de Gigabit, GPON, es el más reciente miembro de esta familia, establecido en el 2004 con la creación de las recomendaciones ITU-T G.984.X.El estándar que se expone, permite manejar amplios márgenes de ancho de banda, para prestar servicios a nivel comercial y residencial, mejorando sus prestaciones en el transporte de servicios IP1 y con una nueva capa de transporte diferente, el envío de la señal en forma ascendente y descendente con rangos de 1.25Gbps y 2.5Gbps para el primer caso y de 2.5Gbps para el segundo ya sea de forma simétrica o asimétrica llegando bajo ciertas configuraciones a entregar hasta 100Mbps por usuario.

Entre las principales diferencias que se presentan sobre sus antecesores, están:

Soporte completo para voz (TDM Time Division Multiplexing, SONET Synchronous Optical Network y SDH Synchronous Digital Hierarchy), Ethernet(10/100 Base T), ATM (Asynchronous Transfer Mode).



Alcance nominal de 20Km con un presupuesto de 60Km dentro de las recomendaciones establecidas.

Soporte de varias velocidades, las indicadas para APON/BPON y EPON.

Alto nivel de funciones de Operación, Administración, Mantenimiento y Suministro OAM&P (Operation, Administration, Maintenance and Provisioning), de principio a fin en el manejo de los servicios.

Seguridad en el tráfico debido a la operación en modo de radiodifusión para la transmisión en modo descendente heredado del estándar PON.

OLT (Optical Line Terminal): se trata de un dispositivo pasivo situado en el nodo de distribución que sirve como el punto final del proveedor de servicios.

ONT (Optical Network Terminal) u ONU (Optical Network Unit): es el terminal situado en casa del usuario que termina la fibra óptica y ofrece las interfaces de usuario. [1]

El OLT es el elemento activo situado en la central del proveedor. De él parte el cable principal de fibra hacia los usuarios y es él mismo el que se encarga de gestionar el tráfico hacia los usuarios o proveniente de ellos, es decir, realiza funciones de router para poder ofrecer todos los servicios demandados por los usuarios. Cada OLT suele tener la suficiente capacidad para proporcionar un servicio a cientos de usuarios. Además, actúa de puente con el resto de redes externas, permitiendo el tráfico de datos con el exterior.Algunos de los objetivos de los OLT son:

1. Realizar las funciones de control en la red de distribución: control de las potencias emitidas y recibidas, corrección de errores e interleaving.

2. Coordinar la multiplexación de los canales de subida y de bajada.

Splitter o divisor óptico



Se trata de un elemento pasivo situado a lo largo del tramo que se extiende entre el OLT y sus respectivos ONT a los cuales presta servicio. Sus funciones básicas son las de multiplexar y demultiplexar las señales recibidas. Por otra parte, son dispositivos de distribución óptica bidireccional, es decir, también son capaces de combinar potencia. Por tanto es capaz de realizar las siguientes funciones:

La señal que accede por el puerto de entrada (enlace descendente), procede del OLT y se divide entre los múltiples puertos de entrada.

Las señales que acceden por las salidas (enlace ascendente), proceden de los ONT (u otros divisores) y se combinan en la entrada. [2]

Se puede considerar como el elemento más importante de la red, ya que ofrece la posibilidad de tanto de juntar como de dividir las señales, abaratando de una manera muy considerable el coste de tanto de despliegue como de mantenimiento de la red. Al mismo tiempo, por el hecho de ser un elemento totalmente pasivo no requiere energización externa. Posee tan sólo un inconveniente, y es que introduce pérdidas de potencia óptica sobre las señales de comunicación, que son inherentes a su propia naturaleza. Estas pérdidas se pueden de una manera muy sencilla, ya que existe una relación matemática entre estas y el número de salidas del divisor:

Atenuación divisor= 10 log (1/N), donde N es el número de salidas del divisor.

ONT (Optical Network Terminal) Los ONT son los elementos encargados de recibir y filtrar la información destinada a un usuario determinado procedente de un OLT. Además, de recibirla información y dársela al usuario en un formato adecuado, cumple la función inversa. Es decir, encapsula la información procedente de un usuario y la envía en dirección al OLT de cabecera, para que éste la redireccione a la red correspondiente.

El filtrado de la información recibida en el ONT, se lleva a cabo a nivel de protocolo Ethernet, a través de las denominadas tramas PEM (PON encapsulation method). La trama, consta de tres campos [3]: Cabecera (header); este campo contiene información sobre sincronización de la trama.

CRC; que permite conocer si la información enviada ha llegado correctamente y sin errores a su destino



Carga útil (Payload); son los datos a enviar.

Una vez realizado el filtrado y obtenido la información que interesa, el ONT debe diferenciar las señales de video (que proceden del V-OLT) y las tramas de voz y datos (procedentes del P-OLT). Para realizar este segundo filtrado, el módulo electroóptico posee dos fotodiodos: uno analógico APD (analogicphoto-diode) y otro digital DPD (digital photo-diode).

Al mismo tiempo, el OLT puede estar conectado a un multiplexador por longitud de onda (WDM) para la difusión conjunta de video, voz y datos sobre una fibra. La emisión de la señal de video se realiza en un solo sentido, normalmente a 1550nm.

La característica más importante de GPON, es que permite la transmisión de información encapsulada bajo varias tecnologías. Esto es gracias a la introducción de un nuevo método de encapsulamiento, GEM (GPON Encapsulation Method), el cual permite acomodar los servicio de ATM (al igual que pasaba en BPON, pero de una manera más eficiente), Ethernet y TDM en la red.

Balance de potencias

Este es el primero de los dos cálculos que debemos realizar. Consiste, básicamente, en calcular la potencia que le llega al receptor al atravesar toda la red óptica. El valor obtenido debe ser comparado con la sensibilidad del receptor, ya que si la potencia que se recibe es inferior a la sensibilidad, la señal no podrá ser detectada. [4]Al tratarse de un sistema bidireccional, este cálculo debe realizarse en ambos sentidos, tanto descendente como ascendente. Cabe destacar, que el enlace ascendente es algo más delicado que el descendente, ya que el transmisor del ONTemite con mucha menos potencia que el OLT[5]. Es por ello, por lo que éste último debe tener un receptor con una sensibilidad suficientemente baja.



EJERCICIO DE APLICACIÓN

Supongamos que tenemos que diseñar una red FTTH para el área que se presenta en el siguiente plano:



Detallaremos a continuación las características y servicios a prestar en dicha zona: Información general de red y de los servicios a brindar a los clientes.

Se consideran 441 clientes a atender distribuidos en los predios existentes indicados en el plano anterior. Se considera un acceso FTTH por predio.

Los servicios a brindar serán Telefonía usando VoIP, Internet de alta velocidad (HSI) e IPTV. Los anchos de banda requeridos para cada uno de los servicios serán:



Simultaneidad para cada servicio en la hora pico: 15% (válido para más de 200 clientes). Es decir que el ancho de banda promedio que en realidad utiliza un usuario en forma permanente en la red es un 15% del ancho de banda máximo de dicho usuario.

Simultaneidad para cada servicio en la hora pico: 50% (válido para menos de 200 clientes). Es decir que el ancho de banda promedio que en realidad utiliza un usuario en forma permanente en la red es un 50% del ancho de banda máximo de dicho usuario.

Cantidad de señales de broadcast TV en el caso de IPTV: 80. Se utiliza tecnología GPON para el diseño de la red. Supondremos

que todos los puertos son GEM bidireccionales.

Información de la red de fibra óptica

Se considerará una red distribuida con dos etapas de splitter, por ser una zona con elevada tasa de penetración.

Se definirá una relación de división única para todos los splitter de primer nivel y otra relación única para todos los splitter de segundo nivel.

El cable troncal de fibra se instalará canalizado por razones de seguridad, por lo que los centros de distribución (splitter de primer nivel) se ubican teniendo en cuenta el recorrido de la canalización que se indica en el plano a lo largo de la calle 3. En las esquinas existen cruces canalizados como se indica en el plano.

Supondremos los centros de distribución se alojan en cajas de empalme con capacidad para instalar como máximo 6 splitter.

Se pueden utilizar todas las salidas en los splitters de primer nivel (no es imprescindible dejar salidas de reserva).

El splitter de segundo nivel se instala en la propia NAP. En cada splitter de segundo nivel dejaremos como mínimo una

salida libre para una futura expansión de la red. La capacidad de los cables del troncal y de la red de distribución

incluyen una reserva del 10%. Se disponen para el diseño capacidades de cables de 2, 4, 8, 12,

24, 36, 48, 96, 120, 240 fibras ópticas.



El troncal tiene una longitud de 2 km desde la central hasta llegar a la zona a atender (punto A en el plano).

Por reglamentos municipales los cables de acometida no deben atravesar calles, por lo que cada splitter de segundo nivel puede atender servicios de una sola manzana.

Los cables de distribución se instalan aéreos, solo podrán cruzar las calles en las esquinas; en cada esquina no podrá haber más de dos cruces en direcciones diferentes.

Se considera que los cables de distribución se pueden “cuerear” para instalar los splitter, de modo que cuando se deriva el cable para instalar un splitter, solo se empalma la fibra que va al splitter, el resto de las fibras continúan sin empalmar, salvo los casos en que hay un cambio en la capacidad del cable.

A los efectos de simplificar, se considerará que cada manzana es un cuadrado de 100 metros de largo y las calles tienen 10 metros de ancho.

Se considera un empalme de fusión a la entrada y otro a la salida en el primer splitter; un empalme de fusión a la entrada y un conector a la salida en el segundo splitter.

Se utilizan dos conectores en el distribuidor óptico que vincula las fibras ópticas del troncal con la OLT.

Se considera un empalme de fusión de la fibra troncal al salir del distribuidor óptico y otro en una caja de empalme antes de llegar al primer splitter.

Un conector une la acometida a la ONT en la casa del cliente.

La pérdida es de 0,1 dB en cada empalme de fusión y de 0,5 dB en cada conector.

La fibra óptica atenúa 0,4 dB / km.

Las bobinas de cables de fibra óptica supondremos tienen un largo de 10 km.

Se considera que la pérdida de inserción admisible entre la OLT y la ONT es de 28,5 dB.

Información de los nodos de acceso



Cada nodo de acceso se equipará con bastidores que alojan un máximo de 16 tarjetas, disponiendo cada tarjeta de 4 puertos GPON.

cada nodo utiliza interfaces de uplink de 1 GE o de 10 GE. Las interfaces se pueden sumar (“link agregation”) conformando un grupo de entre 1 y 4 interfaces de 1 GE o un grupo de entre 1 y 4 interfaces de 10 GE, en el uplink de un mismo nodo.

(1GE = 1000 Mbps y 10 GE = 10000 Mbps.) El rango de VLANs disponibles para utilizar entre el nodo de

acceso y la red de agregación es: 200 a 299.

El ejercicio consiste en resolver los siguientes puntos:

Ejercicio - Parte A: Diseño de la red de fibra óptica

1) Definir la relación de división de los splitter de primer nivel y de los splitter de segundo nivel, teniendo en cuenta los servicios a brindar.

N X M

N=Numero de splitter primarios = 1:8

M=Numero de splitter secundarios = 1:8

Se selecciona por cada splitter primario 8 splitter secundarios y por cada splitter secundario cubre de servicio a 8 usuarios. Lo que resulta un máximo de 64 clientes o usuarios.

Al contar con una reserva del 10% en los splitter de segundo nivel, da como resultado un máximo de 7 clientes por splitter.

2) Definir ubicación de los splitter de segundo nivel



Se indica en la grafica.

3) Definir ubicación de los centros de distribución y para cada uno de ellos determinar la cantidad de splitter de primer nivel.

4 splitter primario por cada centro de distribución.

4) Definir recorrido y capacidad de los cables de la red de distribución.

5) Definir recorrido y capacidad del cable troncal.

12 hilos para la troncal

6) Se confeccionara un plano que muestre la ubicación de los centros de distribución (splitter de primer nivel), el recorrido del cable troncal indicando la capacidad en cada tramo del mismo, la ubicación de los splitter de segundo nivel, así como el recorrido de los cables de distribución indicando su capacidad en cada tramo.

NUMERO DE FIBRA OPTICA DE LA OLT A LOS SPLITER

Para este caso se utilizara de 12 hilos por la reserva.

SubidaBwcl=Ancho de banda de subida=1.3MbpsSim=Simultaneidad=50%=0.5



BajadaBwcl=Ancho de banda de bajada=31.2MbpsSim=Simultaneidad=15%=0.15

ANCHO BANDA DE BAJADA CLIENTE

Bwds_cl=Bwcl*mcl*Sim= (31.2Mbps)*(55)*(0.5) = 858 Mbps

Bwds_cl<Bwds_p

858Mbps<2500Mbps

NUMERO DE TARJETAS

#N =

Se solicita 3 tarjetas para dejar a la reserva.

ANCHO DE BANDA DE SUBIDA POR SERVICIO

Bwup_sr=Bwcl*mcl*Sim*#Pt= (1.3Mbps)*(37)*(0.15)*(8) = 57.78 Mbps

ANCHO DE BANDA DE SUBIDA POR BROADCAST

Bwup_br=BwSr*#canales = 80CANALES *57.78 Mbps = 4.6Gbps

#INTERFAZ ETHERNET (#IE)

#IE = = 1.8 => Se Utiliza 2 interfaz Ethernet



7) Verificar el balance óptico entre el puerto PON y la ONT.

PLAN DE INSTALACION

Longitud total de fibra óptica y atenuación

2.64 Km*0.4 dB/Km 1.056 dB

Perdidas por inserción 28.5 dB

PERDIDAS TOTALES 29.556 dB

BALANCE DE POTENCIA DE LA OLT A LA ÚLTIMA CASA

Según las referencias de la OLT a trabajar, tiene las siguientes características:

Tipo: CPotencia Media mínima: +5dBmMargen de Perdida: 15 a 30 dBSensitividad mínima del receptor: -26dBm

Pt = Pr + A

A = 29.556 dB

Pr = Pt-A

Pr = -24.556 dB

Potencia que llegara al usuario de la última casa

8) Determinar la máxima longitud de fibra troncal que podría alcanzarse sin superar la pérdida de potencia admisible.

Lm = 2.64km



Ejercicio - Parte B: Diseño del nodo de acceso

1) Según la red de fibra óptica dispuesta en la parte A, indique la cantidad puertos GPON que se requieren para atender dicha red.

8 puertos GPON mas uno de reserva para un total de 9 puertos y cada puerto GPON pueden atender a 64 usuarios.

2) Indique la cantidad de tarjetas de puertos GPON y de nodos de acceso GPON que se requieren.

2 tarjetas de puertos GPON, cada tarjeta puede atender a 4 splitter primarios. Un Nodo de Acceso.

3) Indique si las interfaces de uplink a utilizar serán de 1 Gbps o de 10 Gbps y qué cantidad de interfaces se utilizarán.

1Gbps interfaces Ethernet

CONCLUSIONES

Se necesitan 8 splitter de primer nivel, 64 de segundo y 8 puertos GPON para llevar el servicio a los 441 usuarios.La troncal tiene una longitud de 2km sin necesidad de realizar ningún tipo de empalme, tampoco se realizaron empalmes en la red de distribución.Se utilizaron 2 cajas de distribución cada una con 4 splitter de primer nivel.En las manzanas de más de 28 usuarios se utilizaron 4 splitter de segundo nivel mas uno para atender el resto de casas.



No fue necesario atravesar cables de acometida por las calles, por lo que cada splitter de segundo nivel puede atender servicios de una sola manzana.La capacidad de los cables de de la troncal y de la red de distribución incluyen una reserva del 10%.El OLT asegura la transmisión de voz y datos a una longitud de onda distinta a la del ONT (a 1490 nm OLT y a 1310 nm ONT), con lo cual se consigue realizar la transmisión en ambos sentidos sobre tan solo una fibra sin interferencia entre las señales.

BIBLIOGRAFIA

[1] Apuntes de clase de COMUNICACIONES OPTICAS II “Tema 8: Presente y futuro del sector, Redes de acceso ópticas”. Ingeniería de Telecomunicaciones, Universidad de Madrid, Curso 2009-2010.

[2] Marcelo Abreu, Aldo Castagna, Pablo Cristiani, Pedro Zunino, Enrique Roldós, Gustavo Sandler, “Características generales de una red de fibra óptica al hogar (FTTH)”. Memoria de trabajos de difusión científica y técnica, num 7 (2009).

[3] J. Prat, “Next-Generation FTTH Passive Optical Networks”.Ed. Springer Science + Business Media B. V. 2008.

[4] Juan Sebastián Guevara Henao, “Tecnologías de redes PON”, Consulta Tecnologías de redes PON (30-7-2012).

[5] www.flexlight-networks.com, 1 de Agosto del 2012

http://www.flexlight-networks.com/



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