Planificación, optimización y operación de redes ópticas de acceso y Ethernet para la provisión de servicios simétricos de alta velocidad

Today more than ever before, service providers are under enormous pressure to reduce operational costs while increasing business effectiveness. This often means optimizing current infrastructure investments and implementing novel networking technologies. Customer demand is quickly evolving away from traditional one-way content consumption to a much more participative social network model that demands high capacity bidirectional information flows. Ethernet-based networking technology has become ubiquitous in both the enterprise and home broadband arenas. The combination of simplicity and rigorous specification has permitted a degree of integration and commoditization that other networking technologies could not achieve. On the other hand, optical fiber has become the technology of choice in the medium and long term in the access and metro networks, thanks to its speed, reach and future-proof. While it seems clear that fiber is the right technology to support emerging services in the access network, there are a large variety of technologies available in the industry. This thesis reviews the main technologies available today for access and metro networks, and proposes contributions about network planning and optimization. Firstly, main innovations added to Ethernet are analyzed, namely improvements related to scalability, OAM functionality and forwarding capabilities, in order to permit Ethernet to assume a much larger role in metro networks. After that, some of the Ethernet enhancements previously discussed are applied to access networks. Specifically, physical and link-layer information are combined in order to effectively set management procedures for passive optical networks (PON). We propose an Integrated Troubleshooting Box (ITB) and show its applicability in a number of realistic troubleshooting scenarios, including failure situations involving either the feeder fibre or one of its branches. Secondly, this thesis explores fiber access protocols available in the industry to support high-speed symmetrical services. It compares four Next-Generation PON protocols from a performance and economical perspective in a real scenario, and analyzes under which conditions 1 Gb/s symmetrical services can operate by selecting the right parameters of quality of service, oversubscription and split ratio. Finally, a novel access network planning method is proposed to provide 1Gb/s symmetrical services in a mixed environment of business and residential services. In this case, a converged cost-optimized access network is implemented, using Integer Linear Programming, which guarantees respective service level specifications in a real scenario.Hoy más que nunca, los operadores están bajo una fuerte presión para reducir gastos operacionales a la vez que deben incrementar sus ingresos. Esto implica optimizar la inversión en infraestructuras y emplear tecnologías de red con proyección de futuro. La demanda de clientes está evolucionando, y ya no se demanda tanta descarga fija de contenido sino un entorno más participativo y social que frecuentemente implica una capacidad bidireccional, cada vez más de alta capacidad. Ethernet se ha convertido en una tecnología cada vez más presente en redes de acceso y metro. La combinación de simplicidad y especificaciones estables ha permitido un grado de integración y presencia que no han alcanzado otras tecnologías de red. Por otro lado, la fibra óptica se ha convertido en el medio de transmisión preferente en el corto y largo plazo, gracias a su velocidad, alcance y escalabilidad en el futuro. Aunque parece claro que unir fibra óptica y Ethernet es una correcta combinación, existen una gran variedad de opciones y protocolos existentes. La presente tesis revisa las principales tecnologías disponibles hoy en redes de acceso y metro, y propone contribuciones sobre planificación, operación de red y despliegue. En primer lugar, se analizan recientes innovaciones añadidas a Ethernet, principalmente sobre escalabilidad, funcionalidad OAM y nuevas opciones de plano de control, que permiten a Ethernet asumir una mayor importancia en redes metro de operador. Posteriormente, se aplican algunas de las recientes innovaciones de Ethernet a las redes de acceso por fibra. En concreto, se combinan funciones de capa física y enlace para desarrollar mecanismos de monitorización eficientes en las redes de acceso ópticas pasivas (PON). Se propone un dispositivo denominado Integrated Troubleshooting Box (ITB) y sus aplicaciones en entornos de monitorización, incluyendo fallos en la fibra principal del árbol PON o alguna de las ramas. En segundo lugar, esta tesis explora los protocolos de acceso por fibra disponibles en la industria para soportar servicios simétricos de alta velocidad. Se comparan cuatro protocolos PON de última generación desde una perspectiva económica y de prestaciones en escenarios reales, y se analizan bajo qué condiciones se ofrecen servicios simétricos de 1 Gb/s seleccionando los parámetros adecuados de calidad de servicio, sobresuscripción y grado de split de la PON. Finalmente, se propone un método de planificación de la red de acceso para ofrecer servicios simétricos de 1 Gb/s en un entorno mixto de servicios residenciales y de empresa. En este caso, se propone una red de acceso óptica optimizada en coste, usando programación lineal de enteros (ILP), que garantiza distintos niveles de calidad de servicio en un escenario de despliegue real.Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería TelemáticaPresidente: Pedro Reviriego Vasallo.- Secretario: Manuel Urueña Pascual.- Vocal: Víctor López Álvare