Redes LAN ópticas pasivas

Durante décadas, las redes de área local (LAN) han sido la piedra angular de la infraestructura informática de las empresas. Estas sofisticadas redes, en las que los equipos se conectan en cascada a los conmutadores mediante cables de cobre, han visto ya innumerables cambios: desde el «mejor acceso posible» hasta el acceso permanente; desde la conexión de computadoras hasta la conexión de puntos de acceso Wi-Fi, cámaras y dispositivos IP; y desde los ataques de virus maliciosos hasta las amenazas de seguridad actuales, que pueden llegar al espionaje y al robo de datos. Sin embargo, la limitación de ancho de banda de los cables de cobre a menudo requiere su sustitución completa para seguir la evolución de los requisitos tecnológicos. La necesidad de evitar las limitaciones de ancho de banda de los cables de cobre llevó al desarrollo de una nueva arquitectura de fibra óptica denominada LAN óptica pasiva (POL).

Las redes POL son un derivado de las Redes Ópticas Pasivas (PON) que los proveedores de servicios de telecomunicaciones utilizan en las exitosas arquitecturas de fibra doméstica. Para adaptar las redes PON a los espacios interiores, el tamaño del dispositivo terminal óptico-eléctrico, denominado terminación de red óptica (ONT), se reduce al tamaño de una regleta de corriente alterna para facilitar la instalación. Las ONT también se adaptaron para alimentar dispositivos a través de Ethernet y para trabajar con los avanzados protocolos Ethernet que requiere la conectividad de un entorno de trabajo empresarial moderno. En todos los demás aspectos, la arquitectura las redes POL es similar a la de sus primas de las telecomunicaciones.

Las redes POL utilizan una terminación de línea óptica (OLT) común para conectar los cables de fibra óptica a las ONT en los puntos terminales de la red LAN. Para minimizar los costes de cableado, se utilizan divisores ópticos pasivos que permiten separar la fibra en múltiples rutas independientes (por ejemplo, 1x8, 1x16 o 1x32), a las que se conectan los dispositivos terminales. A su vez, las ONT se conectan a teléfonos, ordenadores, monitores de vídeo, puntos de acceso Wi-Fi, cámaras, terminales de edificios inteligentes, etc.

En la figura 1 se muestra un diagrama de bloques de una red POL típica.

Las redes POL modifican las rutas de conexión, pero no los puntos terminales de la red LAN, por lo que mantienen los mismos servicios y conexiones de red. Los equipos de sobremesa, los teléfonos, los puntos de acceso Wi-Fi y los sistemas de vigilancia de seguridad y videoconferencia no se ven afectados, pero están conectados mediante cables de fibra ultrarrápidos con un gran ancho de banda. La eliminación de las redes LAN de cables de cobre no solo permite prescindir de equipos caros y con ancho de banda limitado en la instalación de red, sino que también mejora la seguridad, al reducirse el número de puntos de vulnerables (por ejemplo, acceso a los equipos e intervención humana), reduce también los gastos generales, al minimizarse el coste y el peso de los cables, y evita tener que sustituir el cableado si cambian las necesidades de ancho de banda. Si los dispositivos terminales cambian o se requiere más ancho de banda, solo es necesario actualizar las OLT y las ONT; en otras palabras, el cableado de fibra ya no necesita renovarse.

Alimentación eléctrica: ¿un talón de Aquiles o un facilitador de despliegue?

La única dificultad de las redes POL está en cómo alimentar las numerosas ONT. El método convencional de suministrar energía localmente desde una toma de corriente alterna es caro y aparatoso. El coste de instalación de una toma de corriente alterna puede ser muy elevado, pudiendo llegar hasta 1500 dólares. Si ya hay toma de corriente, el hecho de que esté accesible puede provocar interrupciones si un usuario descuidado la desenchufa accidentalmente. Además, si se requieren baterías de reserva, se necesita un SAI voluminoso para proteger cada ONT. Esto no solo aumenta el coste de la inversión, sino que también genera un gasto operativo recurrente para mantener las baterías. Es evidente que para que las redes POL se convirtieran en la solución estándar de las arquitecturas LAN, había que mejorar el sistema de alimentación.

Los problemas de la alimentación local llevaron al desarrollo de una nueva solución conocida como línea de alimentación remota (RLP). Con las RLP, la alimentación de las ONT no se suministra desde una toma de corriente local, sino desde una fuente ubicada en un lugar central, que puede encontrarse a cientos de metros de distancia. La alimentación se suministra a través de cables de cobre convencionales conectados a la ONT de forma permanente. Los cables pueden ocultarse en la pared, solucionando así el problema de la desconexión accidental.

Las redes RLP deben satisfacer tres requisitos eléctricos esenciales. En primer lugar, deben suministrar suficiente energía para energizar las ONT. Una ONT típica de 4 puertos que suministra alimentación por Ethernet (PoE) a otros dispositivos consume aproximadamente 60-70 vatios. En segundo lugar, para alimentar por Ethernet con PoE+ los demás dispositivos, la tensión en la ONT debe ser de al menos -50Vcc. En tercer lugar, la red eléctrica debe cumplir con los requisitos de la normativa eléctrica aplicable.

En el artículo 725 del reglamento eléctrico estadounidense (NEC) se define un tipo especial de circuitos de alimentación remotos conocidos como circuitos de clase 2. Para garantizar la seguridad y la prevención de incendios, estos circuitos están limitados a una potencia máxima de 100W y una tensión máxima de 60Vcc. Además, deberían seguir limitados a 100W incluso si el circuito de protección primario dejara de funcionar correctamente. La instalación de circuitos de clase 2 presenta ventajas importantes, ya que se pueden emplear cables de cobre convencionales sin necesidad de conductos ni de la certificación de un electricista autorizado.

Cómo funciona

La fuente de alimentación de una red RLP es un rectificador de -48 Vcc con una planta de baterías. A menudo, este equipo es el mismo que se utiliza para alimentar la OLT y los equipos de red. Para maximizar el alcance, la planta de -48V se conecta a un convertidor CC-CC especial que eleva la tensión a una salida constante de -57Vcc, que a su vez se conecta al cableado.

La particularidad de estos convertidores CC-CC es la función integrada de limitación de corriente activa que limita la potencia a un máximo de 100W por circuito. La tensión de -57Vcc cumple con el requisito de tensión reglamentario, es superior al requisito de -50Vcc para la alimentación PoE+ en la ONT y es suficiente para superar la caída de tensión en los cables de cobre que llegan hasta las ONT periféricas de la red. Por ejemplo, con un cable 18AWG se pueden alimentar ONT ubicadas a 300-400 metros de la fuente de alimentación.

En la figura 2 se representa una red RLP.

La arquitectura de la red RLP puede variar dependiendo de su ubicación. Algunos de los factores que influyen en el diseño son la disposición general de la instalación, la existencia de huecos verticales de distribución, el espacio disponible en las instalaciones de distribución intermedia (IDF) y el número y la ubicación de las ONT. Existen dos tipos principales de arquitectura para la instalación de redes POL con líneas de alimentación remota. En la arquitectura de red RLP distribuida, la corriente alterna pasa por los huecos verticales de distribución hasta llegar a los equipos de alimentación que se encuentran en los diferentes pisos del edificio. En la arquitectura de red RLP centralizada, los equipos de alimentación y las baterías de -48 Vcc se instalan en una ubicación central, por lo general en la primera planta o en el sótano. La alimentación de corriente continua llega mediante cables a los convertidores CC-CC ubicados en los pisos. En ambos casos, los cables de cobre se tienden junto a la fibra hasta las ONT.

Conclusión

Las redes POL son redes LAN de fibra óptica que ofrecen una solucion de futuro para responder al aumento continuo de las necesidades de ancho de banda en edificios o en complejos de edificios. Si la demanda de ancho de banda aumenta en el futuro, por ejemplo, para pasar de velocidades de 1 gigabit a 10 gigabits, tan solo será necesario cambiar la electrónica de los puntos terminales (OLT y ONT). La infraestructura de fibra permanecerá intacta. Del mismo modo, solo es necesario invertir una vez en el cableado de cobre que utilizan las líneas de alimentación remota. La alimentación RLP reduce el coste total de la instalación, mejora la fiabilidad, porque utiliza baterías de reserva consolidadas, y garantiza el cumplimiento de la reglamentación. La combinación de fibra y cobre es la solución definitiva para el despliegue de redes LAN.