Desarrollo y Prospectiva de PON

¿Qué es PON?

PON es una red típica de fibra óptica pasiva, lo que significa que la red de distribución óptica no contiene ningún dispositivo electrónico ni fuente de alimentación electrónica. La ODN está compuesta en su totalidad por dispositivos pasivos como divisores ópticos y no requiere costosos equipos electrónicos activos. Una red óptica pasiva incluye una terminal de línea óptica (OLT) instalada en la estación central de control y un conjunto de unidades de red óptica (ONUs) correspondientes instaladas en las instalaciones del usuario. La industria siempre ha considerado que la red óptica pasiva (PON) es la dirección futura del desarrollo de la red de acceso. Por un lado, porque el ancho de banda que proporciona puede satisfacer las necesidades de diversos servicios de banda ancha actuales y futuros, se muestra generalmente optimista para resolver el problema del acceso de banda ancha; por otro lado, sus costos, tanto en lo que respecta al equipo como a la gestión de operación y mantenimiento, son relativamente bajos. Un análisis económico y técnico integral muestra que PON es la tecnología principal para FTTB/FTTH.

El desarrollo de la PON

PON (Red Óptica Pasiva) es una tecnología de acceso óptico pasivo punto a multipunto que se originó en la década de 1990. Desde el desarrollo de la PON de banda estrecha hasta las diversas tecnologías PON de banda ancha, el desarrollo de la tecnología PON ha pasado por varias etapas.

La tecnología PON de banda estrecha es la primera propuesta de tecnología PON, que solo puede proporcionar servicios de banda estrecha como POTS o ISDN con velocidades de acceso inferiores a 2 Mbit/s. Sin embargo, debido a las especificaciones inconsistentes de varios fabricantes y la imposibilidad de llegar a un acuerdo en ese momento, todavía no existe un estándar unificado y completo para la tecnología PON de banda estrecha. En la era del continuo desarrollo de Internet, la PON de banda estrecha hace tiempo que desapareció del escenario histórico, y luego apareció la tecnología APON a mediados de la década de 1990. APON utilizó el protocolo ATM, que en ese momento se consideraba capaz de proporcionar varios tipos de comunicaciones, como protocolo portador, y la velocidad de transmisión mejoró considerablemente. Más tarde, con el rápido desarrollo de la tecnología Ethernet, APON básicamente dejó de ser aplicable, por lo que surgió el concepto de red óptica pasiva de banda ancha BPON. BPON es una mejora del estándar APON, también basado en el protocolo ATM, y las velocidades de subida y bajada se han mejorado enormemente. ITU-T G.983.1, el primer estándar internacional para sistemas PON publicado en 1998, se conoce generalmente como el estándar BPON.

Desde el inicio del siglo XXI, con el declive de la tecnología ATM y el rápido auge de la tecnología IP de Internet, el despliegue de alto costo de la tecnología BPON parece un tanto obsoleto. En ese momento, la industria espera desarrollar un nuevo sistema PON para reemplazar la obsoleta tecnología BPON. En este contexto, IEEE e ITU-T iniciaron sucesivamente la estandarización de EPON y GPON en 2000 y 2001, y publicaron los estándares completos en 2004, sentando las bases para la gran cantidad de aplicaciones de EPON y GPON en la red actual. El estándar EPON fue completado por el grupo de trabajo EFM (Ethernet en la Primera Milla) del IEEE y fue aprobado por el IEEE como el estándar IEEE 802.3ah en septiembre de 2004. El estándar GPON está estandarizado por el Grupo de Estudio 15 del ITU-T. Los estándares relacionados con GPON incluyen seis estándares G.984.1 a G.984.6, que cubren la arquitectura del sistema GPON, las capas relacionadas con los medios físicos, la capa de convergencia de transmisión, los protocolos de gestión de control de ONU y las regulaciones para el uso mejorado de longitudes de onda y la extensión de distancia. En comparación con el sistema BPON, las velocidades de subida y bajada de EPON y GPON han mejorado enormemente. El ancho de banda de subida y bajada de EPON es de 1.25 Gbit/s, mientras que el ancho de banda de bajada de GPON es de 2.5 Gbit/s y el de subida de 1.25 Gbit/s.

Con el rápido desarrollo del volumen de negocio IP y el continuo aumento en el número de usuarios, también han surgido 10G-EPON y XG-PON, que admiten una mayor relación de división y mayor ancho de banda. A partir de 2005, IEEE e ITU han llevado a cabo sucesivamente estudios de estandarización sobre el sistema PON de próxima generación. IEEE estableció un proyecto en 2006 y comenzó a formular el estándar IEEE 802.3av para sistemas EPON con una velocidad de 10 Gbit/s. En este estándar, 10G EPON se divide en 2 tipos. Uno es el método asimétrico, es decir, la velocidad de bajada es de 10 Gbit/s, pero la velocidad de subida es la misma que en EPON y sigue siendo de 1 Gbit/s. El segundo es el enfoque simétrico, donde las velocidades de subida y bajada son ambas de 10 Gbit/s. Como la primera tecnología PON de próxima generación madura, la tecnología 10G-EPON está en línea con las tendencias de desarrollo de la red. Tiene las ventajas de gran ancho de banda, alta relación de división óptica, compatibilidad con EPON, gestión de red unificada y actualización sin problemas. ITU comenzó el estudio del estándar GPON de próxima generación en 2008 y lo confirmó en 2010. Actualmente se denomina estándar XG-PON. La serie de estándares XG-PON ITU-T G.987 se han publicado uno tras otro. La velocidad de capa física actualmente especificada por XG-PON es asimétrica, es decir, la velocidad de bajada es de 10 Gbit/s y la velocidad de subida es de 2.5 Gbit/s. En 2015, la solución simétrica XGPON que se había cancelado en 2013 se reinició nuevamente y adoptó el nuevo nombre XGSPON. A diferencia de XGPON, las velocidades de subida y bajada de XGSPON son ambas de 10 Gbit/s, y la ITU aprobó oficialmente el estándar internacional G.9807 en 2017. En los últimos años, aplicaciones de Internet como video y juegos se han desarrollado rápidamente, y los usuarios tienen una fuerte demanda de banda ancha, lo que ha estimulado aún más la madurez de la cadena industrial de 10GPON. El despliegue comercial de 10G PON ha comenzado en algunas ciudades de China.

Tras el establecimiento del estándar XGPON, FSAN inició el estudio de NG-PON2. Sus requisitos clave son principalmente 40G de bajada y 40G/10G de subida, logrando una distancia de transmisión de 20 km y una división de 1:64. En ese momento, las principales soluciones técnicas alternativas para NG-PON2 incluían TDMA-PON de alta velocidad, TWDM PON, OFDM-PON y WDM-PON. Después del análisis y la comparación, en abril de 2012, FSAN decidió adoptar la tecnología TWDM PON como plan de implementación de NG-PON2 y comenzó a formular la serie de estándares G.989.x, que finalmente se completó en 2015. El IEEE inició la investigación de NG-EPON en 2013 y comenzó la formulación del estándar 100G-EPON en julio de 2015, denominado IEEE802.3ca, con planes de publicarlo este año.

El futuro de la PON

No es difícil imaginar que en el futuro necesitaremos una tecnología PON con mayor ancho de banda, más usuarios y mayor eficiencia. 25G/50G/100G PON ya está en la agenda de los organismos de estandarización. En febrero de 2018, la industria china de redes de acceso óptico promovió con éxito el establecimiento del estándar 50G TDM-PON, marcando un paso clave dado por la ITU-T en el campo de la investigación de estándares PON de próxima generación. Aunque IEEE no aceptó el establecimiento de un proyecto PON 50G de onda única, al menos aclaró la ruta de evolución tecnológica futura de PON. Para la futura tecnología 100G PON, los fabricantes de equipos de comunicación chinos están investigando activamente la tecnología 100G PON para promover conjuntamente la formulación de estándares y la madurez de la cadena industrial. La aplicación de 100G PON es solo cuestión de tiempo.

Con el desarrollo de los tiempos y el avance continuo de la ciencia y la tecnología, las tecnologías PON de 200G/500G/1000G e incluso superiores se irán implementando lentamente. Sin embargo, además de estudiar las tecnologías PON de próxima generación, la industria sigue prestando mucha atención a un tema muy importante: la convergencia de las dos escuelas técnicas de ITU-T e IEEE. La coexistencia prolongada de EPON y GPON es, en realidad, muy desfavorable para la industria. Por un lado, genera dificultades en las decisiones técnicas de los operadores y equipos; por otro lado, también aumenta el costo de la cadena industrial, ya que las empresas de la cadena industrial necesitan invertir en dos líneas. Especialmente para un mercado de redes de acceso óptico tan grande como China, la influencia de la diferenciación de las facciones tecnológicas de PON es aún mayor y supone un mayor desperdicio de recursos. En los últimos años, bajo la promoción activa de las industrias nacionales e internacionales, ITU-T e IEEE también han hecho algunos «gestos» positivos, como emitir declaraciones conjuntas, formar grupos de trabajo y establecer mecanismos de cartas de enlace. Pero por ahora, pasará mucho tiempo hasta que se logre realmente la integración definitiva.