EPON y GPON son versiones populares de redes ópticas pasivas (PON). Estas redes de cable de fibra óptica de corto alcance se utilizan para acceso a Internet, voz sobre protocolo de Internet (VoIP) y distribución de televisión digital en áreas metropolitanas. Otros usos incluyen conexiones de backhaul para estaciones base celulares, puntos de acceso Wi-Fi e incluso sistemas de antena distribuida (DAS). Las principales diferencias entre ellos radican en los protocolos utilizados para las comunicaciones aguas abajo y aguas arriba.

Redes ópticas pasivas

Un PON es una red de fibra que solo utiliza fibra y componentes pasivos como divisores y combinadores, en lugar de componentes activos como amplificadores, repetidores o circuitos de moldeo. Estas redes cuestan significativamente menos que las que utilizan componentes activos. La principal desventaja es un rango de cobertura más corto limitado por la intensidad de la señal. Mientras que una red óptica activa (AON) puede cubrir un alcance de aproximadamente 100 km (62 millas), un PON suele estar limitado a tramos de cable de fibra de hasta 20 km (12 millas). Los PON también se denominan redes de fibra hasta el hogar (FTTH).

El término FTTx se utiliza para indicar la distancia que tiene una fibra de recorrido. En FTTH, x es por casa. También puedes verlo llamado FTTP o fibra hasta las instalaciones. Otra variante es FTTB para la fibra hasta el edificio. Estas tres versiones definen sistemas en los que la fibra va desde el proveedor de servicios hasta el cliente. En otras formas, la fibra no llega hasta el cliente. En su lugar, se ejecuta hasta un nodo intermedio en el vecindario. Esto se llama FTTN para fibra hasta el nodo. Otra variante es FTTC, o fibra hasta la acera. Aquí también la fibra no llega hasta la casa. Las redes FTTC y FTTN pueden utilizar la línea telefónica de cobre de par trenzado (UTP) sin blindaje del cliente para extender los servicios a menor coste. Por ejemplo, una línea ADSL rápida transporta los datos de fibra a los dispositivos del cliente.

La disposición típica de PON es una red punto a multipunto (P2MP) donde un terminal central de línea óptica (OLT) en la instalación del proveedor distribuye el servicio de TV o Internet a entre 16 y 128 clientes por línea de fibra (véase la figura). Los divisores ópticos, dispositivos ópticos pasivos que dividen una sola señal óptica en múltiples señales iguales pero de menor potencia, distribuyen las señales a los usuarios. Una unidad de red óptica (ONU) termina el PON en el domicilio del cliente. La ONU suele comunicarse con un terminal de red óptica (ONT), que puede ser una caja separada que conecta el PON a televisores, teléfonos, ordenadores o un router inalámbrico. La ONU/ONT puede ser un solo dispositivo.

En el método básico de operación para la distribución aguas abajo en una longitud de onda de luz desde OLT hasta ONU/ONT, todos los clientes reciben los mismos datos. La ONU reconoce los datos dirigidos a cada usuario. Para el upstream desde ONU hasta OLT, se utiliza una técnica de multiplexación por división de tiempo (TDM) en la que a cada usuario se le asigna un intervalo de tiempo en una longitud de onda diferente de la luz. Con esta disposición, los divisores actúan como combinadores de potencia. Las transmisiones aguas arriba, llamadas operaciones en modo ráfaga, ocurren de forma aleatoria cuando el usuario necesita enviar datos. El sistema asigna una ranura según sea necesario. Debido a que el método TDM implica varios usuarios en una sola transmisión, la tasa de datos aguas arriba es siempre más lenta que la velocidad descendente.

GPON

A lo largo de los años, se han desarrollado varios estándares PON. A finales de los años 90, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) creó el estándar APON, que utilizaba el Modo de Transferencia Asíncrona (ATM) para la transmisión de paquetes de larga distancia. Como el cajero automático ya no se utiliza, se creó una versión más reciente llamada PON de banda ancha, o BPON. Designado como ITU-T G.983, este estándar preveía 622 Mbits/s aguas abajo y 155 Mbits/s aguas arriba.

Aunque BPON puede seguir utilizándose en algunos sistemas, la mayoría de las redes actuales emplean GPON, o Gigabit PON. El estándar ITU-T es G.984. Ofrece 2,488 Gbits/s de bajada y 1,244 Gbits/s de subida.

GPON utiliza multiplexación por división de longitud de onda óptica (WDM), por lo que una sola fibra puede usarse tanto para datos descendentes como ascendentes. Un láser en una longitud de onda (λ) de 1490 nm transmite datos aguas abajo. Los datos aguas arriba se transmiten en una longitud de onda de 1310 nm. Si se distribuye TV, se utiliza una longitud de onda de 1550 nm.

Mientras que cada ONU obtiene la tasa total de bajada de 2,488 Gbits/s, GPON utiliza un formato de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) para asignar un intervalo temporal específico a cada usuario. Esto divide el ancho de banda para que cada usuario obtenga una fracción, como 100 Mbit/s, dependiendo de cómo lo asigne el proveedor del servicio.

La tasa ascendente es menor que el máximo porque se comparte con otras ONUs en un esquema TDMA. El OLT determina la distancia y el retardo temporal de cada abonado. Luego, el software proporciona una forma de asignar los intervalos de tiempo a los datos ascendentes para cada usuario.

La división típica de una sola fibra es 1:32 o 1:64. Eso significa que cada fibra puede atender hasta 32 o 64 suscriptores. En algunos sistemas son posibles proporciones de división de hasta 1:128.

En cuanto al formato de datos, los paquetes GPON pueden gestionar paquetes ATM directamente. Recuerda que ATM empaqueta todo en paquetes de 53 bytes, con 48 para datos y 5 para sobrecarga. GPON también utiliza un método genérico de encapsulación para transportar otros protocolos. Puede encapsular Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, vídeo, VoIP u otros protocolos según lo requiera la transmisión de datos. El tamaño mínimo del paquete es de 53 bytes, y el máximo es de 1518. El cifrado AES se usa solo aguas abajo.

La última versión de GPON es una versión de 10 Gigabit llamada XGPON, o 10G-PON. A medida que ha aumentado la demanda de vídeo y servicios de televisión over-top (OTT), hay una necesidad creciente de aumentar las tarifas de línea para gestionar la enorme cantidad de datos del vídeo en alta definición. XGPON cumple esta función. El estándar de la UIT es G.987.

La tasa máxima de XGPON es de 10 Gbits/s (9,95328) de bajada y de 2,5 Gbits/s (2,48832) de subida. Se utilizan diferentes longitudes de onda WDM, 1577 nm aguas abajo y 1270 nm aguas arriba. Esto permite que un servicio de 10 Gbit/s coexista en la misma fibra con el GPON estándar. La división óptica es 1:128, y el formato de datos es el mismo que en GPON. La autonomía máxima sigue siendo de 20 km. XGPON aún no está ampliamente implementado, pero ofrece una excelente vía de actualización para proveedores de servicios y clientes.

Los divisores y los niveles divididos varían según el proveedor y el sistema. Las proporciones de división suelen ser 1:32 o 1:64, pero podrían ser más altas.» />
La mayoría de los PON están configurados así. El número de divisores y niveles divididos varía según el proveedor y el sistema. Las proporciones de división suelen ser 1:32 o 1:64, pero pueden ser más altas.

EPON

El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) desarrolló otro estándar PON más reciente. Basado en el estándar Ethernet 802.3, EPON 802.3ah especifica una red pasiva similar con un alcance de hasta 20 km. Utiliza WDM con las mismas frecuencias ópticas que GPON y TDMA. La tasa de datos en bruto es de 1,25 Gbits/s tanto en la dirección descendente como en la ascendente. A veces escucharás que la red se denomina Gigabit Ethernet PON o GEPON.

EPON es totalmente compatible con otros estándares Ethernet, por lo que no es necesaria conversión ni encapsulación al conectarse a redes basadas en Ethernet en ninguno de los dos extremos. El mismo tramo Ethernet se utiliza con una carga útil de hasta 1518 bytes. EPON no utiliza el método de acceso CSMA/CD que se utiliza en otras versiones de Ethernet. Dado que Ethernet es la principal tecnología de red utilizada en redes de área local (LAN) y ahora en redes de área metropolitana (MAN), no se necesita conversión de protocolo.

También existe una versión Ethernet de 10 Gbit/s designada 802.3av. La velocidad real de línea es de 10,3125 Gbits/s. El modo principal es 10 Gbits/s tanto aguas arriba como aguas abajo. Una variante utiliza 10 Gbits/s aguas abajo y 1 Gbit/s aguas arriba. Las versiones de 10 Gbit/s utilizan diferentes longitudes de onda ópticas en la fibra, de 1575 a 1580 nm aguas abajo y de 1260 a 1280 nm aguas arriba, de modo que el sistema de 10 Gbit/s pueda multiplexarse en la misma fibra que un sistema estándar de 1 Gbit/s.

Resumen

Las compañías de telecomunicaciones utilizan los PON para ofrecer servicios triple-play, incluyendo TV, teléfono VoIP e Internet a los suscriptores. El beneficio son tarifas de datos mucho más altas, esenciales para la distribución de vídeo y otros servicios de Internet. El bajo coste de los componentes pasivos significa sistemas más sencillos con menos componentes que fallan o requieren mantenimiento. La principal desventaja es la menor autonomía posible, normalmente no más de 20 km o 12 millas. Los PON están ganando popularidad a medida que crece la demanda de un servicio de Internet más rápido y más vídeo. GPON es el más popular en EE. UU., como el sistema Foist de Verizon. Los sistemas EPON son más comunes en Asia y Europa.
Otras referencias: GPON ONU WIFI, Cierre de empalmes de fibra óptica, Módulo DWDM