Medida de la Eficiencia Espectral de una arquitectura de red heterogénea de tipo NG-PON para un régimen de propagación cuasilineal

Abstract

La evolución de las tecnologías multimedia ha provocado el desarrollo continuo de muchos tipos de servicio de banda ancha. Por ejemplo, en la banda ancha móvil, el número de abonados está en constante crecimiento con tasas de penetración que han pasado de 4 abonados por cada 100 habitantes en 2007 a 69,3 en 2018, y para banda ancha fija una velocidad mínima de descarga de 2 Mbps. Por lo anterior, resulta importante implementar redes de acceso, que soporten altas velocidades de transmisión de datos y un gran ancho de banda para el transporte de información; siendo la Fibra Óptica, OF (Fiber Optical), el medio de transmisión más idóneo para cumplir con estos requerimientos a nivel de núcleo de red. Por otra parte, las Redes Ópticas Pasivas, PON (Passive Optical Network) se han popularizado como una solución de red de acceso de OF; debido a que soportan el ancho de banda requerido para la transmisión de servicios triple-play, convirtiéndose en una solución para el problema de los cuellos de botella presentes en las redes de acceso, adicionalmente, PON utiliza componentes pasivos de baja potencia que eliminan la necesidad de alimentación de energía en la red de distribución de fibra. En el artículo “Adaptación de la Teoría de la Información para el Régimen de Propagación Lineal de una Red Óptica DWDM de Próxima Generación” publicado el 5 de junio de 2019 por la revista Lámpsakos, desarrollado por los ingenieros Gustavo Gómez y Giovanny López se propone una ecuación que expresa la eficiencia espectral en términos de la capacidad que se podría brindar para el transporte de una red, esta ecuación es una adaptación de la Teoría de la Información presentada por Shannon, sin embargo, es importante destacar que, dicha ecuación sólo realizó un análisis de diferentes arquitecturas de red para enlaces homogéneos, por lo que, con respecto a las redes de tipo heterogéneas no se ha realizado ningún análisis. El principal aporte de investigación es conocer el comportamiento de la ecuación adaptada de Shannon mencionada anteriormente, para la medida de la eficiencia espectral en una red heterogénea, siendo estas el futuro de las redes ópticas. Fundamentado en lo expuesto anteriormente, se requiere investigar cómo se afecta la medida de la Eficiencia Espectral para la ecuación adaptada de la Teoría de Shannon en un régimen de propagación Cuasi-Lineal de una arquitectura de red heterogénea de tipo NG-PON. A continuación, se describe el contenido de este trabajo, distribuido en cuatro capítulos, de acuerdo con la información obtenida en el desarrollo de la investigación. Capítulo 1: Arquitecturas de red FSAN, régimen de propagación y eficiencia espectral. Para la realización de este capítulo, se toman como referencia algunas investigaciones sobre redes PON y eficiencia espectral, las cuales sugieren las generalidades de las arquitecturas de Red de Acceso al servicio Completo, FSAN (Full Service Access Network), más específicamente, a NG-PON y a arquitecturas de red ópticas heterogéneas, régimen de propagación óptico y eficiencia espectral. Capítulo 2: Metodologías, escenarios de simulación y casos de estudio. En este capítulo se definen la metodología y herramienta de simulación, las cuales permitirán desarrollar y evaluar mediante escenarios de simulación la medida de la eficienciaespectral de una arquitectura de red heterogénea de tipo NG-PON para un régimen de propagación cuasilineal. Capítulo 3: Evaluación de la eficiencia espectral. En este capítulo se va a analizar la medida de la eficiencia espectral para la ecuación adaptada de la Teoría de Shannon en un régimen de propagación cuasilineal de una arquitectura de red heterogénea de tipo NG-PON propuesta en capítulos anteriores, con el fin de identificar los parámetros que intervienen en un buen uso del espectro óptico para sacar el máximo provecho del ancho de banda sin afectar el throughput de la red. Capítulo 4: Conclusiones, recomendaciones y trabajos futuros. En este capítulo, se presentan conclusiones, recomendaciones y trabajos futuros relacionados con los aspectos más importantes que aportaron en la realización de los objetivos propuestos.

The evolution of multimedia technologies has led to the continuous development of many types of broadband service. For example, in mobile broadband, the number of subscribers is constantly growing with penetration rates that have increased from 4 subscribers per 100 inhabitants in 2007 to 69.3 in 2018, and for fixed broadband a minimum download speed of 2 Mbps. Therefore, it is important to implement access networks that support high data transmission speeds and high bandwidth for the transport of information; being Fiber Optic (OF), the most suitable transmission medium to meet these requirements at the network core level. On the other hand, Passive Optical Networks, PON, have become popular as an OF access network solution; because they support the bandwidth required for the transmission of triple-play services, becoming a solution to the problem of bottlenecks present in access networks, additionally, PON uses low-power passive components that eliminate the need for power supply in the fiber distribution network. In the article “Adaptación de la Teoría de la Información para el Régimen de Propagación Lineal de una Red Óptica DWDM de Próxima Generación” published on June 5, 2019 by Lámpsakos magazine, developed by engineers Gustavo Gómez and Giovanny López an equation is proposed that expresses the spectral efficiency in terms of the capacity that could be provided for the transport of a network, This equation is an adaptation of the Information Theory presented by Shannon, however, it is important to note that this equation only performed an analysis of different network architectures for homogeneous links, therefore, no analysis has been performed with respect to heterogeneous networks. The main research contribution is to know the behavior of the adapted Shannon equation mentioned above, for the measurement of spectral efficiency in a heterogeneous network, being these the future of optical networks. Based on the above, it is required to investigate how the Spectral Efficiency measurement is affected by the adapted Shannon’s Theory equation in a Quasi-Linear propagation regime of a heterogeneous network architecture of NG-PON type. Chapter 1: FSAN network architectures, propagation regime and spectral efficiency. For the realization of this chapter, some researches on PON networks and spectral efficiency are taken as reference, which suggest the generalities of Full Service Access Network architectures, FSAN, more specifically, to NG-PON and heterogeneous optical network architectures, optical propagation regime and spectral efficiency. Chapter 2: Methodologies, simulation scenarios and case studies. This chapter defines the methodology and simulation tool, which will allow to develop and evaluate through simulation scenarios the spectral efficiency measurement of a heterogeneous network architecture of NG-PON type for a quasi-linear propagation regime. Chapter 3: Evaluation of spectral efficiency. In this chapter we will analyze the spectral efficiency measurement for the adapted Shannon Theory equation in a quasilinear propagation regime of a heterogeneous NG-PON network architecture proposed in previous chapters, in order to identify the parameters involved in a good use of the optical spectrum to get the most out of the bandwidth without affecting the throughput of the network. Chapter 4: Conclusions, recommendations and future works. This chapter presents conclusions, recommendations and future work related to the most important aspects that contributed to the achievement of the proposed objectives.