Para proteger o enlace todo entre a OLT e a ONT é necessário utilizar uma ONT com duas interfaces ópticas no cliente [22], aumentando o custo do terminal e criando a necessidade
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de construir dois acessos. Uma alternativa à proteção total do enlace é a proteção parcial, onde uma ONT convencional é utilizada no ambiente do cliente e a disponibilidade esperada da rede é atingida a partir do correto dimensionamento da porção linear da rede. Por este motivo a proteção parcial foi adotada na arquitetura de rede óptica proposta.
Esta seção apresenta a metodologia para avaliação da proteção da rede óptica que será utilizada para determinar a relação entre a disponibilidade e a porção de rede protegida em uma rede de acesso com proteção parcial.
Genericamente, a disponibilidade de uma rede é definida como a probabilidade da rede operar corretamente durante um intervalo de tempo de maneira que os serviços suportados por ela não sejam afetados além do acordado com o cliente. A disponibilidade é usualmente expressada por um valor numérico que representa a porcentagem do tempo, durante um período, no qual a rede funciona de acordo com o esperado em condições normais de operação.
O cálculo da disponibilidade da rede óptica neste modelo inclui a camada física da rede, composta pelos equipamentos da estação (OLT) e cliente (ONT) e a planta óptica. Não estão incluídas as variáveis relacionadas, por exemplo, com as características do tráfego gerado pelos clientes ou bloqueio em caso de congestionamento.
A disponibilidade dos componentes da rede é calculada a partir do tempo médio entre as falhas (MTBF – Mean Time Between Fail) e do tempo médio de recuperação (MTTR – Mean
Time To Repair) do componente [22,23]. Matematicamente:
(3.13)
onde:
MTBF: Tempo médio entre falhas (Mean Time Between Fail) MTTR: Tempo médio para reparo (Mean Time To Repair)
Para encontrar a disponibilidade de uma rede é necessário modelar esta rede em um diagrama de blocos, incluindo todos os componentes ativos e passivos que interferem na disponibilidade do sistema. Neste modelo, cada bloco representa um componente da rede e possui
MTTRi
MTBFi
MTBFi
idade
Disponibil
+
=
[%]
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uma disponibilidade calculada a partir do seu MTTR e MTBF, sendo colocado em série ou paralelo com os demais componentes da rede.
Um componente está em série quando uma falha nele resulta na indisponibilidade da rede. A ONT, a OLT, os splitters ópticos, o cabo drop e o trecho linear da rede óptica são os componentes em série na arquitetura proposta. Uma falha em qualquer um destes componentes resulta na indisponibilidade da rede. Por outro lado, se houver um componente de proteção que permite manter a rede operando normalmente no caso de falha do componente principal estes elementos estão em paralelo. Na arquitetura proposta, parte da rede óptica é protegida, de maneira que nesta porção da rede existe uma rota redundante capaz de manter a rede em operação no caso de falha da rota principal.
O diagrama de blocos da arquitetura proposta para modelagem da rede é apresentado na Figura 3.4. OLT DOLT WDM1r DWDM1r WDM1r DWDM1r Rota Redundancia DRR Rota Principal DRP Rota Linear DL Splitter DSP1 Splitter DSP2 ONT DONT
Figura 3-4 – Modelagem do sistema PON para cálculo de disponibilidade
A disponibilidade da arquitetura proposta é expressa por duas parcelas, sendo uma fixa relacionada com os equipamentos ativos e passivos do sistema e outra variável que está associada com a rede óptica, porque depende do comprimento da rede. Ambas são dependentes do MTTR e MTBF e/ou taxa de falhas.
A parcela fixa da disponibilidade é dada por:
DFixo [%] = DOLT [%] x (1 – (1 – DWDM1r [%]) x (1 – DWDM1r [%])) x DSP1[%] (3.14)
42 E a parcela variável:
DVar(km) [%] = (1 – (1 – DRP [%]) x (1 – DRR [%])) x DL [%] (3.15)
O primeiro termo da Equação (3.15) que define DVar(km) representa a associação em paralelo da disponibilidade das rota principal e redundante. Tipicamente, independente da taxa de falhas e MTTR da rede esta associação resulta em uma disponibilidade muito maior do que o segundo termo da equação DL. Desta forma, o primeiro termo da equação, embora dependente da distância, pode ser agregado à parcela fixa, pois sua influência no cálculo da disponibilidade no sistema em relação ao segundo termo é pequena. Assim:
DFixo [%] = DOLT [%] x (1 – (1 – DWDM1r [%] ) x (1 – DWDM1r [%] )) x (3.16) DSP1 [%] x DSP2 [%] x DONT [%] x(1 – (1 – DRP [%]) x (1 – DRR[%])) E: DVar(km) [%] = (1 – (1 – DRP [%]) x (1 – DRR [%])) (3.17) Pois: DL [%] > > (1 – (1 – DRP [%]) x (1 – DRR [%])) (3.18)
Sendo Dx a disponibilidade de cada um dos elementos da rede, calculada a partir da definição de disponibilidade e utilizando como variáveis de entrada os valores de MTBR e MTTR dos componentes. A disponibilidade da rede é resultado do produto destas duas parcelas, sendo igual à:
DRede = DFixo x DVar(km) (3.19) A disponibilidade fixa é calculada para cada componente. Em seguida, é aplicada a definição de DFixo segundo o modelo proposto. A disponibilidade de cada componente e DFixo são
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representada em um diagrama de blocos semelhante ao da Figura 3.4. Neste cálculo, será omitida a disponibilidade da parcela variável.
A parcela variável da disponibilidade está relacionada apenas com a Rota Linear e é representada a partir de uma curva que relaciona a disponibilidade com a distância, em km. Em seguida, estes resultados são combinados para encontrar a disponibilidade total do sistema em função do comprimento da Rota Linear, demonstrando que resultados satisfatórios podem ser obtidos mesmo com topologias baseadas em proteção parcial da ODN.
A ONT, OLT e os splitters ópticos apresentam um alto valor de MTBF, o que resulta em uma alta disponibilidade quando considerados individualmente. Por outro lado, a rede óptica é o elemento com maior número de falhas em um sistema GPON/XG-PON e por este motivo é importante que seja considerado algum tipo de proteção na planta óptica.
Uma definição equivalente da disponibilidade pode ser deduzida da Equação 3.1 a partir da Taxa de Falhas e Taxa de Recuperação de um componente:
onde:
Taxa de Falhas = 1/MTBF Taxa de Reparos = 1/MTTR
Para cálculo da disponibilidade da rede óptica (DRP, DRR, DL e DDROP) é mais conveniente utilizar a Taxa de Falhas, definida como a quantidade de falhas observadas na planta óptica com extensão conhecida durante um determinado período de tempo. Este é um parâmetro mais fácil de obter a partir de informações de uma rede real, pois a quantidade de falhas observadas em um mês ou um ano e a extensão total da rede monitorada são parâmetros conhecidos pelo Operador da rede [24]. De posse destes parâmetros é possível encontrar o número de falhas observadas por quilometro da rede e relacionar a disponibilidade de um enlace óptico com sua distância.
No modelo proposto, é utilizado o valor de MTBF dos equipamentos da rede óptica – OLT, ONT, splitters e filtros WDM1r apresentados em [22]. São considerados no modelo 4x105 horas para a OLT, 3,9x106 horas para a ONU e 5x105 horas para os splitters e filtros. Em relação
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à rede óptica, é considerada a taxa de falhas, dada pelo número de falhas que ocorreram em 1.000km de rede durante o período de 1 ano. A taxa de falhas da rede óptica é uma das variáveis de entrada do modelo proposto. Inicialmente, é considerada a taxa de falhas de uma rede como sendo 8 falhas/1.000km/ano [24]. Também são obtidos os resultados para 20 falhas/1.000km/ano com o objetivo de avaliar a influencia deste parâmetro na disponibilidade da rede. O MTTR é de 8 horas para a rede óptica e para os equipamentos.
Na sequencia, o MTTR da rede óptica e dos equipamentos é alterado para 6 horas, mantendo-se as demais variáveis fixas. São apresentados os resultados para ambas as taxas de falha da rede óptica propostas anteriormente.