Redes GPON: arquitectura, funcionamiento y despliegue FTTH

El GPON (Gigabit Passive Optical Network) es la tecnología sobre la que se apoya la práctica totalidad de los despliegues FTTH en Francia y en Europa. Normalizado por la ITU-T bajo la referencia G.984, permite que un único equipo central dé servicio a hasta 128 abonados a través de una red de fibras y divisores pasivos. Comprender su arquitectura y su funcionamiento es indispensable para todo profesional implicado en el diseño, el despliegue o el mantenimiento de redes de fibra óptica.

Definición y normas del GPON

El GPON se define por la serie de normas ITU-T G.984 (G.984.1 a G.984.6), publicadas entre 2003 y 2008. Su nombre completo — Gigabit-capable Passive Optical Network — indica dos propiedades fundamentales: velocidades del orden del Gigabit y una infraestructura de distribución íntegramente pasiva (sin alimentación eléctrica entre la central y el abonado).

Sus principales parámetros de transmisión:

• Velocidad descendente (OLT → ONU): 2,488 Gbps compartidos entre todos los abonados de un puerto PON
• Velocidad ascendente (ONU → OLT): 1,244 Gbps compartidos
• Longitudes de onda: 1490 nm descendente / 1310 nm ascendente (+ 1550 nm para la televisión analógica CATV opcional)
• Alcance máximo: 20 km entre el OLT y el ONU más lejano
• Relación de split máxima: 1:128 (típicamente 1:32 a 1:64 en los despliegues reales)

A modo de comparación, la siguiente generación — XGS-PON (G.9807.1) — multiplica por 4: 10 Gbps simétricos descendente y ascendente, sobre la misma infraestructura de fibra y los mismos splitters.

Arquitectura de una red GPON: los 3 segmentos

Una red GPON se descompone en tres segmentos sucesivos, cada uno con un papel y unos equipos específicos:

Segmento 1 — Red de transporte (Feeder)

La fibra de transporte conecta el OLT (Optical Line Terminal), situado en el NRO (Nodo de Conexión Óptica) del operador, hasta el primer nivel de splitter en la calle o en el edificio. Este segmento utiliza típicamente cables de alta densidad de fibras (de 48 a 288 fibras) tendidos en conducto subterráneo. La fibra aquí es preciosa — toda fibra de transporte da servicio a decenas de abonados aguas abajo.

Segmento 2 — Red de distribución

Este segmento parte de los splitters de primer nivel (1:4 o 1:8) hasta los splitters de segundo nivel (1:8 o 1:16) situados en el pie del edificio o en las cajas de calle (PBO). Es el corazón pasivo de la red — ningún equipo activo, únicamente fibra y divisores ópticos. El mantenimiento de este segmento es casi nulo durante 25 a 30 años.

Segmento 3 — Red de acometida (Drop)

Este último segmento conecta el PBO con la vivienda o local del abonado — típicamente una fibra individual de 50 a 200 m tendida en fachada o en subterráneo. Termina en la PTO (Toma Terminal Óptica) mural en la vivienda, donde el abonado conecta su latiguillo hacia el ONU o el router del operador.

Cómo funciona el GPON: GEM, TDMA y DBA

La particularidad técnica del GPON reside en su protocolo de transporte y en su método de acceso al medio compartido. Hay que comprender tres mecanismos:

GEM (GPON Encapsulation Method)

El GPON no utiliza Ethernet nativo para encapsular los datos (al contrario que el EPON). Utiliza su propio protocolo de transporte, GEM, que encapsula todas las tramas Ethernet, IP, VoIP e IPTV en tramas GEM de tamaño variable. Cada flujo de servicio (Internet, voz, televisión) se identifica mediante un GEM Port-ID único — lo que permite una separación limpia de los servicios sin VLAN complejas.

TDMA — Time Division Multiple Access

En sentido descendente, el OLT difunde de forma continua a todos los ONU — cada ONU lee únicamente las tramas que llevan su identificador (PLOAM). En sentido ascendente, varios ONU comparten la misma fibra hacia el OLT: para evitar colisiones, el OLT asigna a cada ONU franjas temporales precisas (al microsegundo) durante las cuales está autorizado a emitir. Es el principio del TDMA.

DBA — Dynamic Bandwidth Allocation

La asignación TDMA no es fija: el DBA ajusta dinámicamente el ancho de banda otorgado a cada ONU en función de su tráfico en tiempo real. Un abonado inactivo libera caudal para un vecino que esté descargando. Los algoritmos DBA se definen en los perfiles T-CONT (Traffic Container) — cada T-CONT corresponde a un nivel de garantía de servicio (Best Effort, Committed Information Rate, etc.).

Seguridad y cifrado en las redes GPON

Una red GPON es una red compartida: en sentido descendente, todas las tramas emitidas por el OLT son recibidas por todos los ONU del mismo puerto PON. Sin protección, un ONU malicioso podría leer el tráfico de sus vecinos.

El GPON integra dos mecanismos de seguridad:

• Cifrado AES-128 del tráfico descendente — cada ONU dispone de una clave AES única negociada con el OLT durante el registro. El tráfico de un abonado es ilegible para sus vecinos, incluso si captan físicamente la señal.
• Autenticación de ONU por número de serie — cada ONU posee un Serial Number GPON único (8 caracteres hexadecimales). El OLT solo valida los ONU cuyo SN esté en su lista blanca, impidiendo conexiones no autorizadas.

En los despliegues enterprise, a menudo se añade una capa de seguridad adicional mediante VLAN por abonado y reglas de filtrado MAC del lado del OLT — incluso si un ONU no autenticado consiguiera registrarse, solo vería su propia VLAN aislada.

GPON residencial, empresa y campus

Si bien el GPON nació para el FTTH residencial, sus cualidades — alta velocidad, infraestructura pasiva, largo alcance, multiservicio — lo han impuesto en entornos mucho más amplios:

FTTH residencial — el caso de uso originario. Un OLT en central da servicio a un edificio o un barrio completo. Cada vivienda dispone de un ONU o de un router que integra un ONT GPON. Los operadores franceses (Orange, SFR, Bouygues) explotan millones de puertos GPON.

Red de empresa y campus — el GPON sustituye con ventaja al cableado Ethernet de cobre para los grandes edificios. Un OLT en rack técnico central da servicio a ONU en open-space, salas de reuniones y plantas mediante fibras pasivas. Cero switches intermedios, cero alimentación en cuartos técnicos — el mantenimiento se reduce a una sola intervención en el OLT.

Hostelería y residencias con servicios — el GPON es ideal para hoteles y residencias gestionadas: cada habitación dispone de su ONU (Internet, telefonía, IPTV), la gestión centralizada se hace mediante el software EMS del OLT. Consulte nuestro caso de estudio Hotenet para un ejemplo concreto de instalación hotelera todo-GPON.

Zonas rurales y redes de iniciativa pública (RIP) — el alcance de 20 km del GPON permite dar servicio a aldeas alejadas desde un NRO único, sin multiplicar los equipos activos intermedios.

Planificar un despliegue GPON

El diseño de una red GPON se basa en cuatro parámetros interdependientes:

1. Número de abonados y relación de split

La relación de split total (producto de todos los niveles de splitters en el camino OLT → ONU) determina cuántos abonados comparten un puerto PON. Una relación 1:4 × 1:16 = 1:64 es la más habitual en despliegue residencial. Por debajo de 1:32, cada abonado dispone de un ancho de banda confortable incluso en horas pico.

2. Presupuesto óptico

La suma de todas las pérdidas en el trayecto (cable, conectores, splitters) debe permanecer por debajo del presupuesto óptico de la clase de equipo:

• Clase B+: presupuesto 28 dB — estándar para los despliegues urbanos hasta 20 km
• Clase C+: presupuesto 32 dB — para largas distancias o relaciones de split elevadas
• Clase C++: presupuesto 35 dB — para despliegues ultradensos o zonas rurales extensas

3. Arquitectura de splitter

Dos enfoques: split centralizado (splitter único 1:64 en NRO, fibra dedicada hasta cada abonado) o split distribuido en cascada (1:4 en NRO + 1:16 en PBO). El split centralizado simplifica el mantenimiento pero consume más fibras de transporte. El split distribuido optimiza el uso de los cables al precio de una mayor complejidad de los nodos intermedios.

4. Capacidad del OLT y escalabilidad

Un OLT de 4 puertos PON gestiona hasta 256 abonados (relación 1:64). Prevea un margen del 20 al 30 % para la ampliación futura y elija un OLT cuyas tarjetas de línea sean reemplazables para una migración GPON → XGS-PON sin sustitución del chasis.

Migración de GPON a XGS-PON 10G

El GPON estándar (2,5G/1,25G) alcanza sus límites frente a los usos intensivos en la nube y a la multiplicación de los dispositivos conectados. La migración hacia XGS-PON (10G/10G) está en curso en todos los operadores europeos.

La buena noticia: XGS-PON y GPON coexisten sobre la misma infraestructura. Las dos tecnologías utilizan longitudes de onda diferentes (1270/1577 nm para XGS-PON vs 1310/1490 nm para GPON), lo que permite hacerlas cohabitar mediante filtros WDM en los mismos cables y splitters. La migración se hace, pues, ONU por ONU — se sustituye el equipo del abonado durante una intervención sobre el terreno, sin tocar la red de distribución pasiva.

En el lado del OLT, los equipos modernos soportan tarjetas de línea GPON y XGS-PON en el mismo chasis. Un puerto PON puede incluso dar servicio simultáneamente a ONU GPON (antiguos abonados) y a ONU XGS-PON (nuevos abonados) con un OLT COMBO.

Preguntas frecuentes — redes GPON