Red GPON experimental virtualizada (NFV) mediante gestión definida por software (SDN)

Abstract

Las redes ópticas pasivas con capacidad de gigabit (GPON) se han consolidado como la tecnología predominante para el despliegue de redes de fibra hasta el hogar (FTTH), gracias a su eficiencia y capacidad para ofrecer servicios de banda ancha. Sin embargo, su arquitectura tradicional presenta limitaciones en cuanto a flexibilidad, agilidad en la provisión de servicios y costes operativos derivados de una gestión dependiente del hardware y de configuraciones manuales. Para superar estos desafíos, paradigmas emergentes como la Virtualización de Funciones de Red (NFV) y las Redes Definidas por Software (SDN) ofrecen un enfoque innovador. El presente Trabajo de Fin de Grado aborda el diseño y la implementación de una maqueta experimental que integra estas tecnologías, desarrollando una arquitectura de red GPON virtualizada y gestionada de forma centralizada mediante un controlador SDN. Los objetivos principales incluyen la implementación virtualizada de servicios de red sobre la infraestructura GPON, la posterior integración de gestión SDN centralizada, y demostrar la viabilidad de desacoplar el plano de control del plano de datos en un entorno de acceso óptico, logrando así una red más programable, automatizada y escalable. Para lograrlo, se desarrolla un prototipo experimental que combina componentes físicos de una red GPON (Terminal de Línea Óptica, cableado de fibra óptica y Unidades de Red Óptica) con servicios virtualizados implementados en máquinas virtuales. Sobre esta infraestructura híbrida, se despliega el controlador SDN ONOS (Open Network Operating System) como cerebro de la red. La gestión y el control de los elementos de red se abstraen y centralizan en ONOS, permitiendo la configuración de la conectividad y las políticas de red a través de su interfaz de alto nivel. El proyecto explora en detalle el funcionamiento de las redes GPON, así como las capacidades de gestión que ofrece el controlador, utilizando su API REST para la manipulación de políticas de conectividad, la imposición de reglas de calidad de servicio y la administración de flujos de datos en los dispositivos de red. Este enfoque definido por software no solo simplifica la operación de la red, sino que también abre la puerta a la automatización de la provisión de servicios y a una gestión del tráfico más dinámica y eficiente, sentando las bases para futuras redes de acceso más inteligentes y adaptables.

Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON) have become the predominant technology for Fiber-to-the-Home (FTTH) network deployment, thanks to their efficiency and capacity to deliver broadband services. However, their traditional architecture presents limitations in terms of flexibility, service provisioning agility, and operational costs derived from hardware-dependent management and manual configurations. To overcome these challenges, emerging paradigms such as Network Function Virtualization (NFV) and Software-Defined Networking (SDN) offer an innovative approach. This Bachelor's Thesis addresses the design and implementation of an experimental platform that integrates these technologies, developing a virtualized GPON network architecture managed centrally through an SDN controller. The main objectives include the virtualized implementation of network services over the GPON infrastructure, the subsequent integration of centralized SDN management, and demonstrating the feasibility of decoupling the control plane from the data plane in an optical access environment, achieving a more programmable, automated, and scalable network. To accomplish this, an experimental prototype is developed that combines physical components of a GPON network (Optical Line Terminal, fiber optic cabling, and Optical Network Units) with virtualized services implemented in virtual machines. On top of this hybrid infrastructure, the SDN controller ONOS (Open Network Operating System) is deployed as the network's brain. The management and control of network elements are abstracted and centralized in ONOS, enabling connectivity configuration and network policy management through its high-level interface. The project explores in detail the operation of GPON networks, as well as the management capabilities offered by the controller, using its REST API for connectivity policy manipulation, quality of service rule enforcement, and data flow administration in network devices. This software-defined approach not only simplifies network operation but also opens the door to service provisioning automation and more dynamic and efficient traffic management, laying the foundation for future more intelligent and adaptable access networks.