Tipología de las redes de fibra óptica

En primer lugar, hay que señalar la evolución de la terminología de influencia estadounidense en este ámbito. El término "explotador" se refiere al hombre o empresa que "hace uso de (algo)". Desde entonces, se habla de explotadores de tierras agrícolas, redes de agua, líneas marítimas, ferrocarriles, luego de gas, electricidad y, por último, redes de telecomunicaciones.

En cuanto a la palabra operator, se utilizaba en Norteamérica para las redes de telecomunicaciones no automatizadas. Era la persona encargada de ponerle en contacto con su corresponsal. Por extensión, esta palabra se utilizó para designar a los operadores de las redes de telecomunicaciones americanas, que poco a poco se convirtieron en operators. Esta palabra, que antes definía a un empleado encargado de las operaciones, se utiliza ahora para designar a una empresa de telecomunicaciones o de servicios similares.

Despidámonos, pues, de los explotadores de redes de telecomunicaciones, y demos la bienvenida a los operadores de redes.

Para dar una visión de conjunto de estas redes de operadores, la tipología más común se basa en la distancia recorrida: la más larga son las redes submarinas transoceánicas, seguidas de las redes terrestres ampliadas(wide area network - WAN), las redes de área metropolitana...

Redes ampliadas

1. Redes transoceánicas y marítimas

a. Un poco de historia

Ya en la década de 1850 se hicieron los primeros intentos de instalar un cable submarino de cobre para el telégrafo, con resultados infructuosos. Pero finalmente, en 1858, se consiguió. Le siguió una larga serie de instalaciones complementarias con diversas evoluciones técnicas. Un cambio importante se produjo en 1955 con la puesta en marcha del TAT-1, el primer sistema transatlántico de telefonía por cable. El TAT-1 podía transportar simultáneamente 48 circuitos de telefonía analógica. La serie creció constantemente hasta el TAT-6, instalado en 1976 y que transmitía 4.000 canales.

Entonces llegaron los cables de fibra óptica. El primer sistema se instaló en 1982 en las Islas Canarias y, en 1988, llegó el momento de cruzar el Atlántico. En 1992, otra fecha clave, los amplificadores óptico-eléctrico-ópticos fueron sustituidos por amplificadores totalmente ópticos.

Otra fecha importante en las redes transoceánicas de fibra óptica fue 1998, cuando se puso en servicio el cable transatlántico AC-1. Se trataba de la primera red de este tipo diseñada específicamente para la transmisión multiplexada de longitudes de onda. Fue la primera red de este tipo diseñada específicamente para la transmisión por multiplexación de longitudes de onda. Esto permitió transportar 40 Gbit/s a través de cuatro pares de fibras ópticas que unían Nueva York con el Reino Unido, Alemania y los Países Bajos.

La explosión de la demanda de tráfico, impulsada entre otras cosas por Internet y las aplicaciones de vídeo, no hace sino amplificar el despliegue de estas redes que unen continentes. Con velocidades de 100 Gbit/s por longitud de onda, multiplexación de longitudes de onda, repetidores de banda ancha y la llamada tecnología de transmisión "coherente", velocidades de varios terabits por segundo son ya habituales en estas redes.

b. Algunas cifras

A finales de 2022, había casi 490 cables submarinos de fibra óptica en servicio, que cubrían más de 1,3 millones de kilómetros. Este mercado, valorado en unos 3.500 millones de dólares, está creciendo...

Redes de distribución punto a punto

La fuerte demanda de los clientes de servicios que requieren una verdadera banda ancha en el hogar, está impulsando a los proveedores de acceso a internet a ampliar su oferta de servicios de fibra óptica. Y, del mismo modo, el despliegue y la flexibilidad de sus redes de acceso óptico (optical access network - OAN), que transportan servicios entre la interfaz usuario-red y la interfaz nodo de servicio y sus redes de distribución óptica (optical distribution network - ODN), simbolizadas en inglés por aw2aw, es decir, any wavelength to anywhere.

Existen dos técnicas principales para llevar la fibra óptica hasta el abonado: tender un par de fibras ópticas desde la central hasta el hogar, lo que se conoce como arquitectura punto a punto o llevar unas pocas fibras lo más cerca posible de un grupo de hogares, para luego dar servicio a los abonados desde este punto, lo que se conoce como tecnología punto a multipunto o red óptica pasiva (passive optical network - PON), descrita en la sección Redes ópticas pasivas.

1. Punto a punto v/s multipunto

Las arquitecturas activas punto a punto requieren grandes obras de ingeniería civil. Por ello, se despliegan sobre todo en redes nuevas. Sin embargo, sus costes de despliegue se ven compensados, a medida que entran en funcionamiento, por unos costes de mantenimiento mucho menores.

En el modo punto a multipunto, la fibra óptica que une el equipo del ISP con el acoplador óptico pasivo será utilizada por servicios dedicados a varios abonados. Desde el acoplador óptico pasivo, cada abonado será atendido por su propio enlace de fibra óptica.

En consecuencia, los operadores de redes optan por el punto a punto para las redes nuevas y por el punto a multipunto, para rentabilizar toda o parte de una red existente. Hay que señalar que el punto a punto puede evolucionar hacia el punto a multipunto, en función de la evolución de la densidad demográfica.

Arquitectura punto a punto frente a arquitectura punto a multipunto

2. ¿FTTx?

Existen varios acrónimos para indicar hasta dónde ha desplegado el operador de red sus fibras ópticas. La fibra óptica puede llegar hasta el domicilio del abonado, o casi.

El primero es la fibra hasta el hogar (fiber to the home - FTTH)....

Redes ópticas pasivas

Las arquitecturas punto a multipunto son el dominio de las redes ópticas pasivas. Se desarrollan principalmente en las redes de los operadores históricos. Ello obedece a dos razones principales: en primer lugar, por razones económicas, ya que las PON permiten aprovechar al máximo las fibras ópticas ya instaladas, con relativamente pocas limitaciones de ingeniería civil para su despliegue y, en segundo lugar, por razones comerciales, para responder lo mejor posible a la demanda de los usuarios de Internet de mayores velocidades y servicios más diversificados.

1. Historia de los PON

No existe UNA red óptica pasiva, sino una familia que ha ido evolucionando con el tiempo para seguir el ritmo del aumento del ancho de banda. Así se desplegaron A-PON, B-PON, E-PON, G-PON, WDM-PON, XG-PON, G.HSP, etc. que coexisten y corresponden a la evolución de las tecnologías y las normas en los últimos veinte años.

Una breve historia de estos avances:

1990, primeros pasos hacia la A-PON (ATM PON).
1995, creación de FSAN (full service access networks) por siete operadores de red: BellSouth, British Telecom, Deutsch Telekom, France Télécom, GTE, NTT y Telecom Italia.

Primer trabajo formal de la FSAN sobre los PNT, con el objetivo de normalizar los equipos comunes.

1998, primeras especificaciones FSAN sobre B-PON (broadband PON) adoptadas por la UIT en la recomendación UIT-T G.983.1 y primeros despliegues de B-PON.
1999, aparición de IEEE E-PON (Ethernet PON) en Estados Unidos.
En 2000, el IEEE creó un grupo especializado: EFM 802.3ah (Ethernet first mile).
En 2001, la UIT y la FSAN iniciaron los trabajos sobre G-PON (Gigabit-capable PON).
2003, primeras especificaciones G-PON presentadas en ITU-T G.984.1 y ITU-T G.984.2.
En 2004, el IEEE aprobó la norma IEEE 802.3ah para E-PON.
2005, mejoras de las características G-PON, recomendación G.983.1 del UIT.
En 2006, Korea Telecom empezó a desplegar WDM-PON o ʎ-PON.
2008, normalización por el IEEE de la evolución de E-PON (o GE-PON) hacia 2,5GE-PON para competir con G-PON.
En 2009, el IEEE aprobó la norma IEEE 802.3av para 10G-EPON a 10 Gbit/s.
En 2010, el UIT-T publicó la recomendación G.987 sobre sistemas PON de 10 Gbit/s, conocidos como XG-PON (la letra X significa 10 en números romanos). ...

PON de alta velocidad

Hay cinco tipos principales de PON de alta velocidad:

NG-PON2 de l’UIT-T a 40 Gbit/s, definida en 2013, PON de longitud de onda múltiple, ampliamente instalada y cuyas características se actualizan periódicamente para seguir el ritmo de la evolución de estos sistemas.
25G-PON a 25 Gbit/s y 50G-PON a 50 Gbit/s del UIT-T, PON basadas en velocidades de más de 10 Gbit/s por longitud de onda, definidas en 2008.
Los IEEE 25GE-PON a 25 Gbit/s y 50GE-PON a 50 Gbit/s cuyos trabajos de normalización se han publicado en la quinta revisión de las normas Ethernet - IEEE 802.3-2022 - en la sección 9 cláusulas 141 a 144 y anexos asociados.
Los higher speed PON (HSP) del UIT-T.
Los Super-PON de la IEEE.

1. NG-PON2 à 40 Gbit/s

De marzo de 2013 a junio de 2023, de recomendación en recomendación y de enmienda en enmienda, estas redes evolucionan y se despliegan regularmente. En pocas palabras, las principales características de la NG-PON2 son una arquitectura TWDM con 4 a 8 pares de longitudes de onda, un flujo descendente a 2,5 o 10 o 40 Gbit/s, un flujo ascendente a 2,5 o 10 Gbit/s, una distancia entre la central y el abonado de hasta 20, 40 o 60 km, una tasa de acoplamiento de 1 para 32, 64 y hasta 256 abonados. Visita guiada.

UIT-T G.989.1

Para seguir el ritmo de la demanda de mayores velocidades, la UIT publicó en 2013 una recomendación sobre redes capaces de realizar transmisiones a 40 Gbit/s, la recomendación UIT-T.989.1 titulada: 40-Gigabit-capable passive optical networks 2 (NG-PON2): General requirements.

Especifica las características de una red óptica pasiva que proporciona un flujo descendente de 40 Gbit/s, mediante la agregación de cuatro veces 10 Gbit/s y un flujo ascendente de 10 Gbit/s. Esta red de nueva generación, la NG-PON2, es una red de acceso "flexible" capaz de soportar las demandas de ancho de banda de los servicios a empresas, abonados individuales y redes troncales de aplicaciones de telefonía móvil.

Recomendación UIT-T G.989.1 para NG-PON2: https://www.itu.int/rec/T-REC-G.989.1-201303-I/en

La enmienda 1, de agosto de 2015, proporciona más información sobre la protección y restauración de estas redes NG-PON2 utilizando sistemas de acceso de longitud de onda múltiple y esquemas de longitud de onda flexibles.

UIT-T...

Normalización de los POT

1. Trabajos de la FSAN

La FSAN (full service access network) fue creada en 1995 como foro por siete operadores de redes internacionales: BellSouth, British Telecom, Deutsch Telekom, France Telecom (ahora Orange), GTE, NTT y Telecom Italia. Su objetivo era iniciar y proseguir un trabajo formalizado de normalización de equipos comunes para redes ópticas pasivas.

Sus primeros resultados fueron la determinación de las características de la B-PON, que fueron recogidas por el UIT-T en la recomendación G.983.1. A continuación, la FSAN prosiguió sus estudios sobre el desarrollo de redes de acceso y contribuyó de forma importante a la redacción de las recomendaciones del UIT-T sobre G-PON, XG-PON, XGS-PON y NG-PON2.

Con más de 70 miembros, entre ellos 26 operadores, el foro FSAN prosigue sus trabajos. Estos han dado lugar a la publicación por el UIT-T de varias recomendaciones sobre redes ópticas pasivas de alta velocidad, cf. la subsección Higher speed PON (HSP) del UIT-T.

Más información en la web del FSAN: http://www.fsan.org/

2. Recomendaciones del UIT-T

La Unión internacional de telecomunicaciones ha publicado y actualiza periódicamente sus recomendaciones, incluidas las relativas a las redes ópticas pasivas.

Principales recomendaciones del UIT-T para los POT

G.984.1 - Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General characteristics

G.984.2 - Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification

G.984.3 - Gigabit-capable...

Despliegue y futuro de los POT

Desde hace tres décadas, los operadores de redes tienen que hacer frente a la demanda cada vez mayor de anchos de banda más grandes debido a los nuevos usos por parte de los abonados individuales, incluido el vídeo, de las empresas y organizaciones, incluidos los megadatos (big data) y los centros de datos (data centers), el transporte de telefonía móvil -5G hoy, 6G mañana-, las aplicaciones de la Industria 4.0, la protección por vídeo, los sensores y las redes de sensores, etc.

Para conseguirlo, el acceso por fibra óptica se ha convertido en la norma y con ella, por razones de coste y rapidez de instalación, el punto a multipunto, a través de redes ópticas pasivas (PON), es una solución ampliamente aceptada. Logros y perspectivas.

1. PON en 2015-2025

Este periodo es el resultado de los primeros despliegues de PON, cf. subsección Primeros PON que dieron paso a los G-PON.

Este G-PON se ha conseguido mantener en el mercado porque el UIT-T ha revisado y actualizado periódicamente las recomendaciones G.984.x (con x = 1 a 5) para poder amortizar la inversión realizada. Por tanto, se sigue utilizando.

Sin embargo, para las nuevas redes, está siendo suplantado por el XG-PON de 10 Gbit/s y, más concretamente, por XGS-PON, cuya naturaleza simétrica ofrece mayor flexibilidad a los operadores de redes. El uso de técnicas...

Fibras para radio y telefonía móvil

La fibra óptica es un gran aliado para las aplicaciones de radiocomunicaciones y telefonía móvil. Algunos puntos de vista de las ramas de telecomunicaciones y radiocomunicaciones del UIT: UIT-T y UIT-R.

1. Radiocomunicaciones por fibra: G.9803

En 2018, las radiocomunicaciones por fibra (radio-over-fibre - RoF) será objeto de una publicación del UIT-T, la recomendación G.9803 titulada Radio over fibre systems.

Esta recomendación define un nuevo tipo de red de acceso óptico basada en tecnologías RoF. Define la arquitectura y los requisitos funcionales de los sistemas radioeléctricos transmitidos por fibra óptica. Además, especifica los sistemas de transmisión radioeléctrica por fibra adecuados para la red de acceso, es decir, la coexistencia con redes PON y para aplicaciones de radiolocalización.

Arquitectura típica de un sistema RoF dúplex

En 2019, la enmienda 1 añade contenido pertinente para los sistemas RoF que soportan el servicio IMT-2020 basado en la versión 15 del 3GPP. Además, se añaden informes recientes a la sección de bibliografía.

Recuerde que:

IMT-2020 - International mobile telecommunications for 2020 oTelecomunicaciones móviles internacionales para 2020 - era el nombre de un grupo de trabajo del UIT-T creado en 2015 para analizar las interacciones de las nuevas tecnologías de quinta generación (5G) y definir los requisitos para implantar sistemas 5G.
El 3GPP o Third Generation Partnership Project reúne a organismos de normalización, fabricantes y asociaciones y trabaja en soluciones técnicas en paralelo con el UIT-R (sitio web: https://www.3gpp.org).

En 2022, la enmienda 2 añade nuevas arquitecturas RoF y exigencias asociadas para soportar aplicaciones móviles de retorno en el servicio IMT-2020.

Recomendación G.9803 - Enmienda 2: https://www.itu.int/rec/T-REC-G.9803-202202-I!Amd2

2. Radiocomunicaciones por fibra: suplementos

La recomendación básica UIT-T G.9803...

Fixed Fifth Generation - F5G

1. Trampas con el nombre

El acrónimo F5G induce a error y podría dar la impresión de que se trata de un artículo dependiente de la quinta generación de telefonía móvil, 5G.

No. Se refiere a la quinta generación de redes fijas utilizadas por los operadores de redes y otros operadores. Como el despliegue de estas redes se basa en gran medida en la fibra óptica, el acrónimo F5G se convierte a veces en Fiber 5G.

De hecho, desde la creación de las redes fijas de telecomunicaciones hace más de cien años, se acepta generalmente que ha habido varias generaciones de redes fijas. Repasemos la historia.

2. Historia de F1G a F4G

a. Primera generación - F1G

Esta generación está formada por las redes de telefonía fija y abarca desde el nacimiento del teléfono hasta finales del siglo XX, es decir, más de casi un siglo. El reto ha consistido en crear una infraestructura de red global que pueda prestar servicios desde cualquier punto de la red a cualquier punto de la red.

Al principio, el principal servicio ofrecido era la telefonía simple. Luego, en los años 1975-1980, llegaron las primeras transmisiones de datos, como la transmisión de datos por conmutación de paquetes de Transpac, que permitió, entre otras cosas, el despliegue de Minitel, que ofrecía servicios precursores de los de Internet, así como la red RNIS - red digital de servicios integrados (Integrated services digital network - ISDN). Como resultado, la red puramente analógica evolucionó hacia una red digital VDI, que transmite voz, datos e imágenes.

b. Segunda generación - F2G

Entre 1990 y 2000, la red fija entró en la era de la transmisión de banda ancha (broadband) y de los primeros avances en la transmisión de alta velocidad.

El desarrollo de Internet es más rápido porque está impulsado por los ordenadores personales (personal computer - PC) y los servidores Web. Se basa en tecnologías xDSL (digital subscriber line) que ofrecen velocidades de 2 a 20 Mbit/s, según la distancia del abonado a la central del operador. Así nacieron ADSL, con A de asymmetric (asimétrico), ADSL2+, ReADSL con Re de Reach extended (alcance extendido) y SDSL con S de symmetric (simétrico). Todo ello ha revitalizado...

Redes de operadores de fibra óptica