Planeamento e Projecto de Redes. Capítulo 7. Redes de Acesso

Capítulo 7

Redes de Acesso

Planeamento e Projecto de

Redes

Estrutura Geral da Rede de Acesso (I)

• A rede local ou de acesso corresponde à componente da rede telefónica

pública que liga a central local aos equipamentos de assinante (telefones, modems, etc.).

• Do repartidor de central local saem vários cabos de pares simétricos,

sendo cada cabo constituído por centenas ou mesmo milhares de pares. Estes cabos são separados em feixes, e cada feixe vai alimentar uma determinada área de serviço.

Central Local Limite da área de serviço Interface de área de serviço Área de serviço Grupos de casas Cabo de pares

simétricos As áreas de serviço podem

ter diferentes dimensões, desde umas dezenas de

quilómetros nas áreas urbanas até algumas centenas nas áreas rurais

Estrutura Simplificada da Central Local

• Na central local pode-se identificar o repartidor principal, as

interfaces de linha de assinante (ILA), os multiplexadores, e o comutador.

• O repartidor principal funciona como terminação dos cabos de

alimentação e faz a interligação entre os pares e a ILA.

• A ILA é usada para passar de dois para quatro fios e para fazer a

conversão A/D e D/A, alimentar o telefone (-48 v), etc.

ILA ILA ILA MUX/ DMUX Cabo de pares simétricos Repartidor principal Comutador Cordão 2 fios 4 fios Interface de linha de assinante

Para desligar o telefone de um assinante basta

remover o cordão existente no repartidor principal que liga o par

simétrico à ILA

O comutador faz a comutação com base em sinais TDM (2 Mb/s). Por isso é necessário

agregar os sinais a 64 kb/s gerados pelas ILA através de

Estrutura Geral da Rede de Acesso (II)

• A rede de acesso convencional das redes telefónicas públicas era

constituída por uma infra-estrutura de pares de fios de cobre

entrelaçados (pares simétricos) que ligavam a central telefónica local ao telefone do assinante. Comutador RP SR SR SR PD PD PD PD PD PD Cabo de alimentacão (centenas de pares)

Cabos de pares simétricos

Cabo de distribuição (dezenas de pares) Central Telefónica Local RP: Repartidor principal SR: Armário de sub-repartição PD: Ponto de distribuição Sub-rede de alimentação ou primária Sub-rede de distribuição Ponto de Terminação de Rede (PTR)

Definições

• Repartidor Principal (RP): repartidor situado numa central de telecomunicações, de onde partem todos os cabos de pares simétricos que compõem a rede de acesso primária e onde terminam as ligações para todos os equipamento de agregação em cobre.

(comutador, DSLAM, etc. ).

• Armário Sub-repartidor (SR): elemento de rede que permite introduzir flexibilidade na rede, na medida em que permite sub-dividir um cabo de maior capacidade em vários

cabos de menor capacidade.

• Ponto de Distribuição (PD): elemento de rede onde se ligam os cabos

individuais dos Pontos de Terminação de Rede (acessos de cliente).

• Os pares simétricos podem ser:

– Pares Repartidor Principal (PR): conjunto de todos os pares que partem do Repartidor Principal; – Pares Úteis à Exploração (PE): são os pares ligados ao RP que terminam em Pontos de Distribuição; – Pares Úteis Distribuídos (PDU): são os pares ligados aos Pontos de Distribuição;

– Pares Úteis Sem Distribuição (PSDU): são pares que saem do RP, mas não ligam aos PDs (reserva); – PDUs Ocupados (PO): são os pares úteis distribuídos que ligam aos clientes;

EXEMPLO

Flexibilidade & Eficiência & Racionalização PR=PE+PSDU PDU=PO+PV Regra geral: PDU>PR>PE Rede Primária Rede Secundária RP SR PD PD RGE RGE RGE 500 pares 100 pares 100 pares 50 pares 50 pares 200 pares 150 pares 150 pares PE/PR PDU PR=PE=500 PDU=500 Rede Primária Rede Secundária RP SR PD PD RGE RGE RGE 300 pares 100 pares 100 pares 50 pares 50 pares 200 pares 150 pares 150 pares PE/PR PDU PR=PE=300 PDU=500

Exemplo de uma Rede de Acesso

PASSADO

Dimensões (Alt.*Larg.*Prof.) (mm): 1.400*1.100*300

Armários SR

PRESENTE

Vista Posterior BE BL (x DS L) Vista Anterior Dimensões (Alt.*Larg.*Prof.) (mm): 1.825*1.920*620

Armários SR

PA

AC RL

GR

Área Central (AC) Rede Local (RL) Grupo Redes (GR)

1.853 1.045 51

Organização Geográfica/Hierárquica da Rede Telefónica

ƒ Grupo de Redes (GR): Área geográfica e respectivas infra-estruturas de telecomunicações associadas, composta por um conjunto de Redes Locais que têm em comum uma determinada gama de numeração (indicativo).

ƒ Rede Local (RL): Área geográfica e respectivas infraestruturas de telecomunicações associadas, composta por um conjunto de Áreas de Central que têm em comum uma determinada gama de numeração.

ƒ Área de Central (AC): Unidade administrativa mínima de exploração da PT, correspondente a uma área geográfica bem definida e constituída pelas respectivas infra-estruturas de telecomunicações associadas (um ou mais comutadores/concentradores, repartidores associados e respectivas linhas de rede, …), que localiza igualmente o Ponto de Atendimento principal de uma determinada Área de Central.

Organização Geográfica/Hierárquica da Rede Telefónica (II)

Rede de Acesso com Concentração

• Na evolução da rede alguns armários de sub-repartição foram substituídos

por unidades remotas com capacidade para realizar concentração. Os cabos de alimentação foram substituídos por fibra óptica ou então por ligações via rádio (fixed wireless access).

Comutador MUX PD PD PD PD Central Telefónica Local MUX: multiplexador

UR: Unidade remota CD: Caixa de distribuição Sub-rede de alimentação ou primária UR UR UR Sub-rede de distribuição Fibra óptica SR PD PD Cabo de alimentacão (centenas de pares) Cabo de distribuição (dezenas de pares)

Sub-rede de Transporte com SDH

• Na sub-rede de transporte a informação é multiplexada e transmitida em formato

digital normalmente sobre fibra óptica. Como alternativa à topologia física em

estrela da sub-rede de transporte pode-se usar uma topologia em anel fazendo uso da SDH (Synchronous Digital Hierarchy).

• Outra alteração de relevo consiste em introduzir também ligações ópticas em partes da

rede de distribuição. Como soluções em fibra têm-se :FTTCab, FTTC, FTTB, FTTH, dependendo da distância entre a ONU e o assinante (NT).

Central local Unidade remota UR ADM ADM Par de fibras de fibras de serviço ADM ADM ADM ADM ADM ADM UR ONU _NT ONU NT

Sub-rede de transporte _{Sub-rede de distribuição}

Unidade óptica de rede Unidade de terminação de rede Utilizador Par simétrico Fibra óptica Fibra óptica de serviço Fibra óptica de protecção

ONU: Optical Network Unit NT: Network Termination

Funcionamento das Unidades Remotas

• As unidades remotas podem funcionar em modo concentrado ou não

concentrado. Mux/ Demux Comutador 1 2 N 1 2 3 N Trama tempo Central Local Unidade remota Comutador 1 2 N 1 2 3 K Trama tempo Central Local Unidade remota Conc en tra dor

Modo não concentrado

Modo concentrado

Neste modo se se considerar como exemplo

N=30, o número de time-slots disponíveis na trama

TDM também é igual a 30.

N/K

Factor de concentração

K<N

Como exemplo podem-se considerar 240 assinantes e

30 time-slots. Tem-se um factor de concentração de 8.

Vai introduzir bloqueio

Os time-slots são atribuídos de acordo com as necessidades

Acesso à Internet

• O acesso pode ser directo (utilizadores empresariais), ou indirecto

(utilizadores domésticos). O acesso indirecto usa a rede telefónica para aceder ao ISP (Internet Service Provider).

POP#n POP Modem na banda de voz Rede telefónica (Comutação de circuitos) Rede de banda larga (ATM) ISP#1 ISP#2 ISP#n Canal virtual permanente Central local

O acesso indirecto pode ser de banda estreita ou de banda larga. O acesso de banda estreita é feito através de modems que operam na banda da voz. O acesso de

banda larga pode ser feito usando ADSL, ou outras soluções (ex: PON).

Par simétrico

O utilizador liga-se ao POP (point of presence) da rede telefónica. Este por sua vez liga-se aos POP dos ISPs através de circuitos alugados, ou canais virtuais

permanentes estabelecidos por uma rede ATM.

Acesso à Internet

Acesso de Banda Larga

• O acesso de banda larga baseado no ADSL faz uso da infra-estrutura

de pares simétricos existente entre o assinante e a central. A ligação aos ISPs é feita normalmente usando o ATM, estando-se a evoluir para a Ethernet. Comutador local DSLAM Rede de circuitos Acesso à rede IP através da rede ATM

Modem ADSL

Filtro _Filtro

Par simétrico

Estação local Instalações do cliente

No acesso de banda larga a rede de acesso inclui para além do modem ADSL , os multiplexadores de acesso DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), situados

no mesmo edifício onde se encontra a central local.

Cada DSLAM interliga várias centenas de modems ADSL à rede IP através de uma rede de banda larga ATM

Para ser possível continuar a usar o par simétrico para serviços de banda estreita, usa-se um filtro para separar a banda entre os 0- 4 kHz do resto da banda.

Desagregação do Lacete Local

• A desagregação do lacete local descreve a obrigação do operador

histórico de alugar a sua infra-estrutura de acesso a operadores alternativos. A desagregação pode ser completa ou parcial.

DSLAM Modem xDSL Filtro Filtro Par simétrico Estação do operador histórico Instalações do cliente R P DSLAM Modem xDSL Comutador local Operador histórico Operador alternativo Repartidor principal

Na desagregação completa o operador alternativo tem acesso completo ao par simétrico do operador histórico. Na desagregação parcial o operador alternativo têm só acesso à banda base, ou a um sinal com a banda base filtrada.

Desagregação completa Par simétrico O operador alternativo instala no edíficio do operador histórico o seu comutador local e a sua DLSAM

Vantagens/Desvantagens da Desagregação

• O conceito de desagregação do lacete local foi criado dos Estados

Unidos em meados da década de 90, de modo a aumentar a concorrência no sector das telecomunicações.

• A política de desagregação do lacete local pode dissuadir os

operadores alternativos de investirem em novas tecnologias para a rede local, e também desmotiva o operador histórico de fazer grandes investimentos.

1) Qualquer infra-estrutura de acesso baseada na FTTH criada de raiz não fica sujeita à obrigação de desagregação.

2) Em qualquer estrutura de acesso FTTH que resulte da substituição da infra-estrutura de cobre existente, somente a banda base destinada ao tráfego da voz terá de ser partilhada.

Nova política definida pela FFC (Federal

Communications Commission) nos Estados

Unidos no último trimestre de 2004.

Evolução da FTTH nos Estados Unidos

Fonte: RVA LLC, MarketResearch & Consulting

Técnicas de Duplexagem

•

Duplexagem por divisão na frequência (FDD)

As direcções de transmissão são separada no domínio da frequência.

•

Duplexagem por divisão no comprimento de onda (WDD)

As direcções de transmissão são separadas no domínio do comprimento de onda.

•

Duplexagem por divisão no tempo (TDD)

As direcções de transmissão são separadas no domínio do tempo. Esta técnica também se designa por TCM (Time Compressed

Multiplexing)

•

Cancelamento de eco (EC)

Separa os dois sentidos de transmissão usando um híbrido associado a um cancelador de ecos.

FDD e WDD

• Na duplexagem por divisão na frequência ou FDD (Frequency Divison

Duplexing) A comunicação nos dois sentidos é feita em bandas

diferentes

.

• Na duplexagem por divisão no comprimento de onda ou WDD

(Wavelength Division Duplexing) a comunicação bidireccional sobre fibra óptica é garantida usando comprimentos de onda diferentes nos dois sentidos. Frequência f2 f₁ Comunicação no sentido descendente Comunicação no sentido ascende Banda de guarda M U X D E M U X Sentido descendente Sentido ascendente λ₁ λ₂ Fibra óptica

Usa-se nas aplicações de fibra óptiva no acesso, quer nas ligações ponto-a-ponto, quer nas ligações ponto-multiponto.

Duplexagem por Divisão no Tempo

A→B B→A A→B B→A Δt Δτ N/D_b0 τ_g A→B Tempo Central Local (A)

Assinante (B) ΔL Tempo de guarda Bloco de N bits Switch T/R Transmissor Receptor Switch T/R Transmissor Receptor Lacete de assinante (2 fios)

Assinante Débito de transmissão Central Local no lacete D_bo >2D_b D_b Débito da sequência binária Δt=N/D_b

Duração do bloco de N bits

Tempo de propagação na linha

Δτ= ΔL /v_g

Δt=2N/D_b0+2Δτ+2τ_g

Durante Δt é necessário garantir uma comunicação

Duplexagem EC

• Na duplexagem por cancelamento de eco (EC) a comunicação é feita

nos dois sentidos usando o mesmo meio de transmissão (usualmente par simétrico).

• A separação dos dois sentidos é feita no receptor usando um híbrido

e um cancelador de ecos.

• O híbrido é um dispositivo que converte ligações de 2 fios em quatro

fios. Como este dispositivo não é ideal vai originar ecos, que vão interferir com o sinal recebido. O par também pode originar ecos.

Híbrido Cancelador de ecos ∑ Emissor Receptor y(t) r(t) ) ( ˆ t r

-+ _x(t) ecos Lacete de assinante (2 fios)

O cancelador de ecos é filtro adaptativo cujo objectivo é gerar uma réplica do eco ř(t), a qual vai ser subtraída do sinal z(t)= x(t)+r(t) . No caso ideal em que a réplica é perfeita tem-se um

Tecnologias x-DSL

• O x-DSL é uma designação genérica para um conjunto de tecnologias de

acesso de banda larga que operam sobre o par simétrico (cobre) e são derivadas do lacete digital do assinante ou DSL (Digital Subscriber Line).

IDSL DSL para aplicações em redes ISDN (RDIS). Suporta o acesso básico (2B+D) a _{160 kbit/s e o acesso primário (30B+D) a 2.048 Mbit/s.} ADSL

ADSL2+

DSL assimétrico (Asymmetric DSL): Canal até 8 Mbit/s no sentido de cliente ou descendente (downstream) e até 800 kbit/s no sentido da rede ou ascendente (upstream).

SHDSL

DSL assimétrico 2+(Asymmetric DSL 2+): Canal até 24 Mbit/s no sentido de descendente e até 1.5 Mbit/s no sentido ascendente. A largura de banda usada duplica em comparação com o ADSL, passando de 1.1 MHz, para 2.2 MHz.

Symmetrical High Bit Rate DSL: Suporta débitos (simétricos) desde 192 kbit/s

até 2.12 Mbits/s sobre 1 par simétrico, e desde 384 kbit/s até 4.62 Mbit/s sobre 2 pares. Não pode coexistir com o serviço telefónico.

VDSL2 Very High Bit Rate DSL 2: Canal até 100 Mbit/s no sentido descendente e até 50

Mbit/s no sentido ascendente. Usa uma largura de banda até 30 MHz. DSL

ADSL (Asymmetrical DSL)

• O ADSL é uma tecnologia que permite uma transmissão assimétrica.

A duplexagem pode ser por divisão na frequência ou por cancelador de eco. 0 4 25 138 150 1104 Frequência (kHz) Espectro Transmissão descendente Transmissão ascendente Voz (telefonia)

FDD

_{640 kbit/s: ascendente}6 Mb/s :descendente

Espectro Transmissão _descendente

Transmissão ascendente Voz (telefonia

0 4 25 138 150 1104 Frequência (kHz)

EC

800 kbit/s: ascendente8 Mb/s :descendente

• Um sistema ADSL consiste em modems ADSL colocados em ambas

as extremidades do par simétrico. A técnica de modulação mais

Acesso em ADSL

• A separação dos sinais telefónicos e ADSL é feita usando um filtro tanto nas

instalações de assinante como na central local.

• O tráfego proveniente de vários utilizadores é agregado através de um DSLAM

(Digital Subscriber Line Access Multiplexer) o qual é usado para multiplexar os sinais provenientes de várias linhas DSL, num sinal de débito elevado.

• A rede de agregação corresponde a um novo nível de agregação.

Tradicionalmente era baseada em comutadores ATM e em DSLAMs ATM (saídas STM-N). Está-se a evoluir para uma rede IP suportada em Ethernet. Neste caso usam-se DSLAMs IP com portos de saída em GbE ou 10 GbE.

DSLAM Comutador telefónico Multiplexador de Acesso ADSL Rede telefónica

Acesso à rede IP, em ATM ou Ethernet Splitter+filtro Modem ADSL Splitter+filtro Par simétrico Instalação de assinante (ATU-R) Central local (ATU-C)

PC Modem Rede de agregação Rede de agregação

ATR-C (ADSL transceiver unit, central office ATR-R (ADSL transceiver unit, remote terminal

Agregação ATM

• Nas soluções baseadas no ATM podem-se ter arquitecturas com circuitos

virtuais (VC, virtual circuits) extremo-a-extremo, ou arquitecturas baseadas na agregação de VC.

PVC: Permanent virtual circuits

Na solução extremo-a-extremo faz-se uso de um PVC (ATM) para interligar um utilizador a um ISP. Este PVC é comutado por vários comutadores ATM antes de atingir o ISP. Na solução agregada vários PVC são agregados num dispositivo agregador em vez de serem simplesmente comutados. Reduz-se assim o numero de PVC que são terminados no ISP.

S. Mervana, C. Le, “Design and Implementation of DSL-based Access Solutions,”Cisco Press DSLAM Switch Agregador Switch ATM VC extremo-a-extremo Agregação de VC

Rede ADSL

Fonte: José S. Brás, A Oferta de serviços de 3Play nas Redes Fixas, PT Comunicações, IST, Maio 2008

Very High-speed

DSL (VDSL)

•

O VDSL1 pode ser simétrico ou assimétrico.

1.5 km 1.6 Mb/s 13 Mb/s 0.3 km 6.4 Mb/s 54 Mb/s 1 km 3.2 Mb/s 26 Mb/s Alcance Débito (Ascendente) Débito (Descendente) 1.5 km 6.5 Mb/s 6.5 Mb/s 0.3 km 25 Mb/s 25 Mb/s 1 km 13 Mb/s 13 Mb/s Alcance Débito (Ascendente) Débito (Descendente) 0 .12 0.3 0.7 1 12 30 Sentido ascendente Voz (telefonia) Sentido descendente f f2 RDIS Espectro Frequência (Hz) Assimétrico Simétrico

Plano de frequências para o VDSL com duplexagem DDF

O VDSL1 usa no percurso descendente uma banda que vai até 12 MHz. Por sua vez o VDSL2 usa uma banda com uma frequência máxima de 30 MHz, permitindo 100 Mb/s. O VDSL2 também

x-DSL ( Largura de banda/distância)

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Dist (m) Déb (kbps) VDSL2 ADSL2+ ADSL

Note-se que o ADSL só permite débitos de 8 Mb/s até distâncias da ordem dos 3 km e o ADSL 2+ só permite 24 Mb/s para distâncias inferiores a 0-8-0.9 km. Para distâncias superiores a 1.6 km, o ADSL2+ conduz a melhores resultados do que o VDSL2.

Fonte: José S. Brás, A Oferta de serviços de 3Play nas Redes Fixas, PT Comunicações, IST, Maio 2008

Diagrama dos Segmentos Funcionais

Fonte: Alexandre Ribeiro, “Redes de Acesso” Siemens, 2007

CPE (Customer Premises Equipment): equipamento requerido nas instalações do utilizador. Ex: modem ADSL (ATU-R), router, etc. Uma das funções do SPE consiste em encapsular o tráfego IP para ser transportada através da rede ADSL. A maior parte das soluções de encapsulamento usa ATM.

NSP (Network Serviçe Provider): responsável por oferecer serviços aos utilizadores domésticos e empresariais. Ex: Internet, VPN, VoD, IPTV, VoIP.

NAP (Network access provider): deve garantir que o CPE permite aceder aos serviços que o NSP tem para oferecer. Inclui: DLAM, componente de agregação e rede de núcleo

Elemento de rede de agregação

Funções e Tipos de DSLAM

• Os DSLAMs são responsáveis por ligar os utilizadores à NAP,

incluem modems xDSL e realizam comutação de circuitos virtuais.

• Tradicionalmente a interligação dos DSLAMs à rede core era feita

usando ATM, a qual por sua vez era baseada em switches ATM.

• Nos IP-DSLAM os circuitos virtuais são terminados , o tráfego IP é

extraído, sendo este entregue a uma rede IP/MPLS.

• Os IP-DSLAM têm a vantagem de poderem fazer agregação de

tráfego, eliminando a necessidade de se usarem elementos de rede de agregação.

• Os IP-DSLAM têm ainda a vantagem de poderem fazer multicast e

Agregação ATM

• Nas soluções baseadas no ATM podem-se ter arquitecturas com circuitos

virtuais (VC, virtual circuits) extremo-a-extremo, ou arquitecturas baseadas na agregação de VC.

PVC: Permanent virtual circuits

Na solução extremo-a-extremo faz-se uso de um PVC (ATM) para interligar um utilizador a um ISP. Este PVC é comutado por vários comutadores ATM antes de atingir o ISP. Na solução agregada vários PVC são agregados num dispositivo agregador em vez de serem simplesmente comutados. Reduz-se assim o numero de PVC que são terminados no ISP.

S. Mervana, C. Le, “Design and Implementation of DSL-based Access Solutions,”Cisco Press DSLAM Switch Agregador Switch ATM VC extremo-a-extremo Agregação de VC

Arquitectura Centralizada

Arquitectura Distribuída

Fonte: Alexandre Ribeiro, “Redes de Acesso” Siemens/IST, 2007 IP-DSLAM: acumula as funcionalidades do

Agregação ATM versus IP

Fonte: José S. Brás, A Oferta de serviços de 3Play nas Redes Fixas, PT Comunicações, IST, Maio 2008

– Interfaces para o antigo e para o novo “mundo”

– Migração ao ritmo desejado pelo SP (Service Provider)

– Garantia (pelo menos) da manutenção de serviços & receitas

– Consolidação de plataformas de Rede/Redução de OPEX

Access Gateway Access Services and Technologies Metro/Aggregation/Edge and Core Networks „ POTS „ ISDN „ TDM „ ADSL/2/2+ „ SHDSL „ VDSL/2 „ Ethernet „ WiMAX „ GPON „ etc. „ SDH „ PDH „ TDM „ ATM „ Ethernet „ IP „ WDM „ etc.

Convergência no Acesso

IP DSLAM Multiserviço

IP-DSLAM Surpass hix5625

Carta ADSL2+ Carta VDSL2 GbE (conector óptico) 100/1000 Base T (RJ45)

Esta carta poderá ser duplicada se se usar protecção de carta

Interface óptica

Capacidade do equipamento

15 cartas ADSL2+ (72 portos) 15×72=1080

15 cartas SHDL (48 portos) 15 ×48=720

15 cartas VDSL2 (24 portos) 15 ×24= 360

Uplinks

4 portos GbE ou 4 portos 100/1000 Base T

Cenário de Rede (I)

Fonte: Nokia Siemens Networks

Cenário de Rede (II)

Fonte: Alexandre Ribeiro, “Redes de Acesso”

Equipamento NSN (I)

Equipamento NSN (II)

Fonte: Alexandre Ribeiro, “Redes de Acesso” Siemens /IST, 2007

Evolução dos Débitos no Acesso

Fonte: Heavy Reading (“The Race to the Home: FTTH Technology Option”, NetEvents Hong Kong)

A linha a azul representa a evolução do débitos do acessos sobre cobre usando: 1) modems, com débitos entre 1.2 kb/s (1990) e 56 kb/s (1996); 2) x-DSL, que permitiu evoluir os débitos até cerca de 2 Mb/s (2005).

A linha a verde extrapola a taxa de crescimento histórica: um factor crescimento de 2.29 ao ano. A linha a vermelho admite uma aceleração do crescimento a partir de 2004, para um factor de 3 ao ano.

Fibra Óptica: A Solução

•

Dentro de 3 a 5 anos débitos de 100 Mb/s no acesso será

algo trivial.

•

Se as taxas de crescimento de tráfego se mantiveram serão

de esperar, daqui a 10 anos, débitos no acesso de 1 Gb/s.

•

As tecnologias x-DSL, especialmente ADSL, estão a atingir

os limites: limitações de banda e assimetria.

•

A solução está na generalização da utilização de fibra

Arquitecturas de Rede

•

Ponto-a-ponto (P2P

)

Um porto OLT (conversão O/E+E/O) na central local por

cada cliente.

•

Ponto-Multiponto (P2MP)

Um porto OLT na central por cada N clientes, com N

tipicamente entre 8 e 64.

Arquitecturas de Rede(II)

•

P2P

•

P2MP

Central Local (OLT) ONU/ONT ONU/ONT ONU/ONT ONU/ONT Central Local (OLT) ONU/ONT ONU/ONT ONU/ONT ONU/ONT Ponto de derivação

O ponto de derivação pode ser activo ou passivo Fibra de

alimentação

ONU: Optical Network Unit (designação IEEE) ONT: Optical Network Terminal (designação ITU-T )

AOLT (Optical Line Terminal) proporciona uma interface entre a componente óptica da rede e a rede do operador. Pode incluir interfaces 1GbE, 10 GbE, STM-N (SDH).

A ONU/ONT é um dispositivo que termina a componente óptica do lado do cliente. As ligações ao equipamento deste é feita usando Ethernet sobre par simétrico, x-DSL, ou cabo coaxial.

Ponto-a-Ponto

•

Duas fibras (Ex: IEEE 802.3z 1000BASE-LX

)

Uma fibra por cada direcção de transmissão (10 km @ 1 Gbps)

•

Uma fibra

(IEEE 802.3ah, 1000BASE-BX10-D e BX10-U)

Fonte: Cisco SFP Optics forGigabit Ethernet Applications 1. 25 Gbps 1. 25 Gbps Débito (linha) -3 a -9 -3 a -9 Potência Óptica Tx (dBm) 10 1490 1310 1000 Base-BX10-U 10 1310 1490 1000 Base-BX10-D Distância (km) Rx_lambda (nm) Tx _lambda (nm) Norma

Ponto-Multiponto

•

Estrela Activa (

Ethernet Activa

)

O ponto de derivação é um nó activo, normalmente um switch Ethernet , que é usado para agregar tráfego proveniente de diferentes ONUs/ONTs: Ethernet comutada+ ponto-a-ponto.

•

Estrela Passiva (

PON

)

O ponto de derivação é passivo, ou seja é constituído por um

splitter/combinador óptico passivo: Passive Optical Network

Soluções em Fibra (FTT-x)

• Na arquitectura FTTH (fibre to the home) a fibra óptica vai até às

intalações do assinante, e deste modo a ONU realiza as funções da NT( Network Termination).

• Na arquitectura FTTC (Fibre To The Curb) ou FTTB (Fibre to the

Building) cada ONU serve entre 10 a 100 casas, ou edifício ( <300 m

do assinante). Neste caso há uma rede de distribuição adicional entre a ONU e a NT, em cobre (par simétrico, ou par coaxial) ou via rádio.

• A solução FTTCab ( Fibre To The Cabinet) a ONU está mais afastada

do assinante (<1.5 km), requerendo também uma rede de distribuição adicional.

• Outra arquitectura alternativa, designada rede óptica passiva ou PON

(Passive Optical Network), usa um repartidor óptico passivo para dividir o sinal proveniente da OLT por várias ONUs.

Redes Ópticas Passivas para FTT-x

ONU ADSL ( < 6 km ) FTTEx ONU ADSL2+ ( <1.5 km ) FTTCab/N ONU VDSL1 ( < 300 m ) FTTC ONT FTTH/B NT NT NT Concentrador (UR) OLT Central Local Fibra óptica Cobre

OLT: Optical Line Termination ONT: Optical Network Termination FTTEx: Fibre-to-the-Exchange

FTTCab/N: Fibre-to-the-Cabinet /Node FTTC: Fibre-to-the-Curb FTTB: Fibre-to-the-Building FTTH: Fibre-to-the-Home 8 Mbit/s@3 km 24 Mbit/s@0.9 km 55 Mbit/s@0.3 km 100 Mbit/s@0.2 km VDSL2

Tipos de PONs

•

Como todos os ONUs partilham a mesma fibra de alimentação

e o mesmo porto na OLT, é necessário usar

técnicas de

acesso múltiplo

para evitar colisões na comunicação

cliente-central.

•

TDM/PON

: O acesso múltiplo opera no domínio do tempo

(

TDMA: Time Division Multiple Access

), ou seja não é permitido a

duas ONUs transmitirem no mesmo instante.

•

WDM/PON

: O acesso múltiplo opera no domínio do

comprimento de onda (

WDMA: Wavelength Division Multiple

Access)

,

ou seja não é permitido a duas ONUs transmitirem no

PON vs P2P: dimensão das condutas

•

Exemplo: rede FTTH com 20 000 clientes (

Fonte FT, Globecom 08

)

•

Solução GPON com 1:64: 3 cabos de alimentação, cada cabo

com 144 fibras e com um diâmetro de 13.5 mm.

•

Solução P2P: 28 cabos, cada cabo com 720 fibras e com um

diâmetro de 25 mm.

PON

P2P

A solução P2P requer uma conduta com uma área cerca de 20 vezes superior à PON

Sempre que o espaço disponível nas condutas seja um bem escasso a solução a adoptar deverá ser a PON. Nos outros casos a P2P deverá ser tida em conta no projecto.

Cabo de 13.5 mm

Cabo de 25 mm

Detalhes da instalação FTTH

•

Redes de fibra num prédio

Cabo vária dezenas de fibras

Caixa de distribuição do prédio

Caixa de distribuição do andar Caixa de terminação

Fonte: Corning _{Caixa multi-operador}

Fibra insensível a curvas

Arquitectura TDM-PON

• A ligação descendente (OLT-ONU) é feita no comprimento de onda de

1490± 10 nm e a ascendente (ONU-OLT) no comprimento de onda de 1310 ±20 nm.

• As variantes da TDM-PON mais usadas são a GPON (Gigabit PON) e

EPON (Ethernet PON). A primeira opera a um débito de linha agregado de 2.488/1.244 Gbps e a segunda a 1.25 /1.25 Gbaud.

Laser Receptor Laser Receptor Laser Receptor Laser Receptor Repartidor/ combinador OLT Nó de repartição ONU 1 ONU N 1310/1490 nm duplexor WDM 1490 nm 1310 nm ONU k As ONUs operam ao débito de linha agregado

O comprimento de onda de 1.55 μm, também é usado para soluções de vídeo “overlay”, como seja por exemplo televisão em RF.

Max de 10 ou 20 km

A componente de rede entre a OLT e ONU designa-se ODN (Optical

Distribution Network)

Duplexor WDM

Dimensionamento Físico da PON

•

Estrutura de uma PON

•

Balanço de potências

1:N OLT Repartidor óptico passivo ONU ONU La Ld ONU Conectores λa=1310 nm λd=1490 nm x i r d a s r mim s P M L L A P D L A P ≥ + +α( + max)+ +Δ ( _λ )+ Valor mínimo da

potência média emitida

r

P sensibilidade do receptor, M_smargem de funcionamento, A_xperdas extra (conectores, duplexores, etc.),

A_r perdas de derivação, perdas devidas à dispersão, AΔP_i(D_λL) _dperdas de inserção dos acopladores

(dB) log ) ( log 10 ₁₀ N A ₂N A_r = + _d x r a sc sc s P M L A A Pmax≤ − +α + + Valor máximo da potência média emitida

sc

P potência de sobrecarga, M_scmargem de funcionamento para a potência máxima

Na ONU e na OLT terão de se usar duplexores de

comprimento de onda para agregar/separar os

diferentes comprimentos de onda.

Sub-camada PMD (EPON)

• O débito de linha é igual a 1. 25 Gbaud (8B10B) ao que corresponde um débito

de informação de 1 Gbit/s.

• Factor de repartição máximo é igual a 32 (típico 16).

• A atenuação máxima permitida no ODN é igual a 20 ou 24 dB, respectivamente

para um comprimento de 10 ou 20 km para a ligação ascendente. Para a descendente esses valores reduzem-se para 19.5 e 23.5 dB.

• Para 20 km a largura de linha do laser é 0.3 nm para downstream (1490 nm) e

2.5 nm para upstream (1310 nm). -27/4 -24/4 -24/7 -24 /2 2 a 7 -3 a 2 -1 a 4 -1 a 4 20 km 10 km 20 km 10 km 20 km 10 km 20 km 10 km Descendente Ascendente Descendente Ascendente

Sensibilidade do receptor/sobrecarga(dBm) (mínimos) (*) Limites da potência óptica (dBm)

Sub-camada PMD (GPON) (ITU-T G.984.2)

• Os débitos binários típicos são 2.48832 Gb/s (descendente) e 1.24416 Gb/s

(ascendente).

• Factor de repartição máximo é igual a 64.

• A atenuação máxima permitida no ODN é igual a 20 dB para a Classe A, 25 dB

para a Classe B (29 dB Classe B+_{) e 30 dB para a classe C. A diferença máxima}

de atenuação entre ONUs é igual a 15 dB.

• A distância máxima é igual a 20 km usando um laser DFB na ligação

ascendente, ou 10 km se se usar um laser Fabry-Perot.

-28/-8 -21/-1 -21/-1 -29/-8 -28/-7 -24/-3 5 a 9 3 a 7 0 a 4 2 a 7 -2 a 3 -3 a 2 Classe C Classe B Classe A Classe C Classe B Classe A Classe C Classe B Classe A Class e C Classe B Classe A Descendente (2.5 Gbit/s) Ascendente (1.2 Gbit/s) Descendente (2.5 Gbit/s) Ascendente (1.2 Gb/s)

Sensibilidade do receptor/sobrecarga(dBm) (mínimos) (*) Limites da potência óptica (dBm)

Orçamento de Potência

2.5 dB -1.0dB Conectores ( 4 × 0. 25 dB) 3.5 dB - 5.0 dB Perdas na fibra (0.25 dB/km × 20 km) 8.5 dB -16.5 dB Perdas no splitter (1:32) 25.0 dB - 3.0 dB

Perdas nos duplexores WDM (2 × 1.5 dB)

28.0 dB Atenuação máxima permitida

- 21 dBm ONT (sensibilidade do receptor)

+7.0 dBm OLT (saída do laser)

Margem de potência (dB) Saída/sensibilidade

/perdas Perdas dos componentes

Orçamento de potência para a GPON (descendente, 1490 nm) considerando componentes de Classes B

Notas:

1) Para o orçamento ascendente é necessário adicionar a penalidade associada ao facto do receptor operar em “burst mode” (tipicamente 1 dB).

2) Se se usasse um splitter 1: 64 a atenuação por ele introduzida seria igual a 19. 9 dB (log₁₀ 64 + 0.3 log₂ 64 ). A margem do sistema anterior não seria suficiente para compensar a atenuação adicional ( 3.4 dB). Para suportar este factor de derivação seria então necessário usar óptica de classe C.

Margem do sistema

Aspectos da camada física da XG-PON

• A XG-PON espera-se que opere com um débito descendente de 10

Gb/s e ascendente de 2.5 Gbit/s.

• A implementação do canal descendente, que como está em estudo irá

operar na banda (1575 -1580 nm) impõe alguns desafios.

A 10 Gb/s o efeito da dispersão da fibra óptica não pode ser ignorado. Assim, o laser da OLT não pode usar modulação directa, requerendo por isso modulação externa. Como na saída de um modulador externo a potência é reduzida requer-se a utilização de um amplificador óptico.

O facto de o débito aumentar quatro vezes quando se evolui da GPON para XG-PON faz com que a

sensibilidade do receptor se degrade 6 dB. Em vez da sensibilidade de -21 dBm referida anteriormente ter-se-ia por isso -15 dBm (para um fotodetector PIN). Esta redução de sensibilidade pode ser parcialmente compensada usando um FEC (Forward Error Correction) que permite um ganho de 4 dB.

Tx Rx Duplexor WDM Amplificador óptico

Se se considerar que na saída do amplificador se tem uma potência de 10 dBm, um receptor com uma sensibilidade de -15 dBm e que se usa um FEC que introduz um ganho de 4 dB, então o orçamemto de potência suporta 29 dB (Classe B+_).

Arquitectura da EPON (P2MP)

A sub-camada PCS é responsável pela codificação 8B10B, como no caso da GbE. Isto implica que embora à EPON corresponda um fluxo de informação bidireccional a 1 Gbit/s, a transmissão é feita no meio óptico a um débito de símbolo de 1.25 Gbaud/s. Como opção, esta sub-camada também pode implementar um código do blocos RS(255,239).

A sub-camada PMA é responsável por converter um fluxo de bits paralelo proveniente da sub-camada PCS num fluxo série.

A sub-camada PMD é responsável por definir as características ópticas do transceptor e pela ligação à fibra através do MDI.

A principal diferença entre a EPON e a Ethernet P2P é a presença da sub-camada MPMC. Esta sub-camada é responsável por executar um protocolo de acesso múltiplo que regula o acesso das diferentes ONUs ao canal ascendente.

Formato da Trama (IEEE 802.3)

• A estrutura da trama EPON é idêntica à da Ethernet (IEEE 802.3),com

excepção do campos preâmbulo/SFD

.

• A trama começa com o SLD (Start LLID delimiter), que é delimitado de

ambos os lados por 2 bytes com um padrão fixo. Segue-se o LLID e um campo CRC para proteger os campos SLD e LLID.

FCS Dados+ Enchimento (Pad) Compri mento / Tipo Endereço de fonte Endereço de destino S F D Preâmbulo 7 1 6 6 2 46-1500 4 octetos 0x5555 2 bytes SLD 1 byte 0x5555 2 bytes LLID 2 bytes CRC 1 byte 8 bytes Modo 1 bit ID 15 bits

O primeiro bit do campo LLID (Logical Link

Identifier) é um bit que indica o modo como

o tráfego é enviado: difusão (1) ou unicast (0). No processo de difusão a mesma trama é enviada para todas as ONUs. Os 15 bits restantes são capazes de suportar 32 768 diferentes ONUs lógicas.

Protocolo MPCP

• O protocolo MPCP (Multipoint Control Protocol) é usado pela EPON

para regular o fluxo de tráfego e foi desenvolvido pelo grupo IEEE802.3ah. Usa dois tipos de mensagens REPORT/GATE.

• O MPCP é responsável por funções tais como auto-descoberta,

registo de ONUs, alinhamento para as novas ONUs adicionadas à rede.

• O MPCP proporciona ainda um plano de controlo para coordenar a

transmissão ascendente, o qual fiscaliza a ocupação das filas de espera nas ONUs e atribui largura de banda para transmissão ascendente a cada ONU em função dessa ocupação.

• A atribuição da banda é feita usando um algoritmo DBA (Dynamic

Bandwidth Assigmnent), o qual usa as mensagens GATE (GRANT) e

Funções da OLT e ONU/ONT na EPON

• Como acontece na generalidade das PONs a OLT funciona como o

controlador de rede.

• Todas a comunicações têm lugar entre a OLT e as ONUs, ou seja não há

interacção directa entre as ONUs. Cada ONU é identificada pelo seu LLID

(Logical Link Identifier).

• Funções da OLT:

Processo de descoberta: Verifica se uma nova ONU se juntou ou abandonou a rede.

Controlo de registo: Controla o registo das novas ONUs adicionadas à rede.

Gestão de banda: Atribui a cada ONU uma banda apropriada no canal ascendente.

Processo de alinhamento (ranging) e sincronismo: Calcula o atraso temporal entre

a OLT e cada ONU; gera mensagens de sincronismo (time-stamped) de modo a garantir que as ONUs e a OLT tenham uma referência temporal comum.

Operação da EPON (descendente)

• No sentido descendente as tramas Ethernet transmitidas pelo OLT

passam através de um repartidor (splitter) 1:N e chegam a cada ONU.

• Todas as tramas são difundidas pela OLT para todas as ONUs, as

quais extraiem as tramas que lhe são destinadas com base na

etiqueta LLID. Note-se que a LLID só está presente dentro de EPON. Antes de enviar as tramas para o cliente a LLID é eliminada pela ONU.

Laser OLT 3 2 1 2 3 2 1 2 _{ONU 2} ONU 3 3 2 1 2 ONU 1 3 2 1 2 Trama Ethernet 1 2 3 2

Cada ONU extrai a trama que lhe é destinada usando a etiqueta LLID , e rejeita todas as outras tramas recebidas. Repartidor (Splitter) Óptico 0& LLID=1 0& LLID=3

Operação da EPON (Ascendente)

• No sentido ascendente há o problema da contenção. Duas tramas

que cheguem simultaneamente ao OLT colidem. Para ultrapassar esse problema usa-se o protocolo MPCP.

• Para sincronizar as diferentes ONUs o protocolo MPCP baseia-se

num esquema TDMA (Time Division Multiple Access) . Assim, a cada ONU é alocado um time-slot, com capacidade para transportar várias tramas Ethernet. Laser OLT _{ONU 2} ONU 3 ONU 1 Trama Ethernet 1 2 3 2 Combinador 3 3 3 3 3 2 2 1 1 2 2 3 3 3 Time-slot

Cada ONU armazena em memória as tramas recebidas dos

utilizadores até que o seu time-slot chegue. Nesta altura envia todas as tramas armazenadas em rajada, à velocidada máxima do canal. Se não houver tramas em número suficiente para encher um time-slot são enviados caracteres de 10 bit sem informação. Os esquemas de alocação de time-slots podem ser

estáticos ou dinâmicos. Neste último caso a dimensão do time-slot é ajustada em função da fila de espera na ONU.

0& LLID=1

Todas as tramas enviadas por uma ONU devem ser etiquetadas com o seu próprio LLID.

Algoritmo DBA

• O conjunto dos N time-slots correspondentes aos N ONUs designa-se por

ciclo. A duração de um ciclo é denominada por T. A duração de cada

time-slot (janela de transmissão) é variável, sendo atribuída pelo DBA em função

da ocupação das filas de espera da ONU.

• A cada ONU é atribuída uma janela de transmissão máxima de W_{i, max} (em

bytes). O tempo de ciclo máximo, correspondente a N ONUs, é dado por

∑

= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ × + = N i i g D W T 1 max , max 8

τ τg: intervalo de guarda (segundos),

D: Débito binário na linha

Os time-slots estão organizados sequencialmente, com um intervalo de guarda de modo a evitar colisões na OLT devido a flutuações no RTT (round-trip time). Este é dado por 2d/v, onde d é a distância entre a OLT e a ONU e v é a velocidade de propagação na fibra. Este tempo é calculado pela OLT através das mensagens Report/Grant (Gate).

Na figura uma OLT atribui permissão Gate a uma ONU logo após a recepção do seu Report. No ciclo seguinte essa ONU já vai transmitir na janela de transmissão atribuída pela OLT.

Fonte: João Santos,

Serviços e Arquitectura da GPON

• A OLT serve como interface entre a PON e a rede do operador e suporta

diferentes tipos de tráfego, tais como: – IP sobre Fast, Gibabit, ou 10 Gbit Ethernet: – TDM sobre interfaces SDH;

– ATM UNI entre 155-622 Mb/s.

• Por sua vez a ONT termina a PON e apresenta diferentes interfaces para o

utilizador que suportam voz (POTS), VoIP, Ethernet, etc.

• A arquitectura da GPON é a seguinte:

Transmission convergence (TC) adaptation sub-layer GPON TC framing sub-layer

GPON physical media dependent (PMD) layer

Transmission convergence (TC) layer

Cliente ATM Cliente TDM Cliente GEM

Qualquer tipo de tráfego dos clientes que não seja ATM ou TDM ( ex: Ethernet, IP, etc) é encapsulado em tramas GEM (GPON encapsulation method). Estas tramas têm comprimento variável e permitem transportar no máximo 1500 bytes de carga. Se houver necessidade de transportar pacotes de maior dimensão é necessário recorrer a fragmentação.

Multiplexagem na GPON

Tráfego ATM

Tráfego GEM

Estrutura do segmento GEM

PLI

12 bits Port ID _{12 bits} 3 bitsPTI

CRC

13 bits Campo de informação

Payload length indicator

Payload type indicator

(As ligações são identificadas pelo porto o qual é identificado pelo Port ID)

O tráfego upstream é transportado nos T-Conts (Transmission Containers). Estes são identificados pelos Alloc-ID.

Fonte: João Santos, NSN

GPON vs EPON

Ethernet Ethernet, ATM, TDM Tráfego suportado ≈ 65-70% ≈ 93% Eficiência média (ε) 20/24 dB (10, 20 km) 20/25/30 dB (Classe A, B, C) Atenuação máxima ≈ 45 Mb/s @ 1:16 (ε=72%) ≈ 70 Mb/s @ 1:32 (ε=92%)

Débito médio por ONU

10/20 km 10/20 km Máximo alcance 1:32 ; 1:16 (típica) 1:64 Derivação máxima 1250 Mbaud (1 Gb/s Eth) 155, 622, 1244, 2448 Mb/s

Débito de linha ascendente

1250 Mbaud (1 Gb/s Eth ) 1244, 2448 Mb/s

Débito de linha descendente

IEEE 802.3ah ITU-T G984

Norma

EPON GPON

A eficiência refere-se à fracção do débito usada para transporte de dados. A menor eficiência da EPON resulta de tempos de guarda maiores e um maior cabeçalho dedicada para correcção de erros e outras funções (8B/10B). No cálculo do débito médio considerou-se um utilização completa e sem bloqueio da PON.

Soluções de G-PON de Nova Geração

Fonte:http://cms.comsoc.org/SiteGen/Uploads /Public/Docs_Globecom_2009/EffenbergerXG PON1review.pdf

Notas sobre XG-PON (10G-PON)

• Espera-se que a norma esteja pronta no fim de 2010.

• O débito descendente é cerca de 10 Gb/s, enquanto o débito

ascendente é de 2.5 Gb/s para a XG-PON1 (ou 10 Gb/s futuramente:

XG-PON2).

• Deve haver compatibilidade com a G-PON e E-PON. Para garantir

essa compatibilidade pode-se ter o seguinte plano de lambdas:

• A atenuação máxima suportada estará situada entre 28.5 e 31 dB,

para BER=10-12 _. 1260 1280 1290 1310 1330 1480 1500 1530 1540 1570 1580 Lambda (nm) G-PON G-PON

Coexistência entre a GPON e a XG-PON1

Soluções WDM-PON

•

Nas PON baseadas em WDM (Wavelength Division

Multiplexing

) a cada ONU é atribuído um comprimento de onda

(lambda).

•

Tal como no caso do P2P cada ONU opera ao débito binário

individual (e não agregado) e a privacidade da ligação está

garantida sem necessidade de encriptação, como acontece na

TDM-PON.

•

As redes WDM-PON baseiam-se quer no DWDM (Dense-WDM),

quer no CWDM (Coarse-WDM).

•

As soluções DWDM operam na janela de 1550 nm e as

principais variantes são: 1) broadcast & select; 2) wavelength

Arquitectura DWDM-PON:broadcast & select

• Na arquitectura broadcast & select a banda de lambdas usada é

difundida para todas as ONTs, para posteriormente cada ONT seleccionar o seu lambda próprio usando um filtro óptico.

• No sentido ascendente cada ONT emite no seu comprimento de onda

próprio, as quais são combinadas passivamente no nó de repartição.

Matriz de Lasers Matriz de Receptores Laser Receptor Laser Receptor Laser Receptor Repartidor/ combinador OLT Nó de repartição ONT 1 ONT N ONT k A electrónica de cada ONU opera ao débito individual da ONU λ₁, λ₂, ... ,λ_N λ_N+1, λ _N+2 ..,λ _2N λ₁, λ₂, ... λ_N, Filtro λ_N+1 λ_N+k λ _2N λ₁, λ₂, ... λ_N, λ₁, λ₂, ... λ_N,

Arquitectura DWDM-PON:wavelength routing

• O derivador óptico é substituído por um encaminhador óptico tipo

AWG (Arrayed Waveguide Grating).

• O encaminhador envia os diferentes comprimentos de onda para os

diferentes ONTs. A utilização do AWG vai eliminar as perdas de derivação da solução broadcast & select.

Matriz de Lasers Matriz de Receptores Laser Receptor Laser Receptor Laser Receptor Repartidor/ combinador OLT Nó de repartição ONT 1 ONT N ONT k

Permite suportar mais de 80 lambdas o que corresponde a mais de 40 ONUs, com débitos individuais por ONU até 10 Gb/s λ₁, λ₂, ... ,λ_N λ_N+1, λ _N+2 ..,λ _2N λ₁ Splitter λ_N+1 λ_N+k λ _2N λ_N, λ_k combinador AWG Todas as ONTs operam com comprimentos de onda diferentes: ONTs coloridas

Solução para ONTs não Coloridas

• Um possível solução para ultrapassar o problema das ONTs coloridas

proposta pela NORTEL, usa nos ONTs lasers cujo comprimento de onda de emissão é determinado por um sinal de referência usando a técnica de

“injection locking”.

• Os sinais de referência são gerados por uma fonte de luz de banda muito

larga. Essa fonte de luz é um EDFA que gera ruído ASE (amplified

spontaneous emission). Essa fonte está na OLT e o sinal óptico de banda

muito larga vai ser filtrado pelo AWG e dividido em N fatias que são enviadas para os N ONTs.

A técnica de “injection locking” baseia-se na injecção do sinal de um laser (normalmente de baixa potência) (laser mestre) na entrada de um outro laser (laser escravo). Se o comprimento de onda de emissão do laser mestre estiver suficientemente próximo do comprimento de onda do laser escravo, a injecção faz com este último passe a oscilar exactamente no comprimento de onda do laser mestre.

CWDM-PON

• Usa componentes de baixo custo com os lambdas espaçados de 20

nm. Na segunda e terceira janela (1280-1600 nm) só são suportados 16 canais, ou seja 8 ONUs

• Exemplo de uma rede CWDM (Coarse-WDM) com 4 lambdas por cada

direcção e 10 Gb/s por canal

(

Fonte: T. Shih et al., “A 40 Gb/s bidirectional CWDM-PON....”, OECC08) CWDM MUX CWDM MUX WDM 15x x nm 13xx nm WDM CWDM MUX CWDM MUX WDM WDM WDM WDM 1510 nm 1530 nm 1550 nm 1570 nm 1290 nm 1310 nm 1330 nm 1350 nm WDM WDM WDM WDM 1290 nm 1510 nm 1310 nm 1530 nm 1550 nm 1330 nm 1570 nm 1350 nm OLT Ponto de repartição _ONU 10 km, 40 Gb/s Mulriplexer de 13xx /15XX

WDM-PON: Prós e Contras

• Suporta todos os serviços (Ethernet, TDM, ATM, etc.) de modo

transparente.

• Suporta débitos por ONT muito elevados (até 10 Gb/s) numa

topologia lógica ponto-a-ponto.

• Requer um número elevado de interfaces ópticas na OLT (16 no caso

do CWDM-PON, e várias dezenas no caso da DWDM-PON).

• Requer interfaces ópticas coloridas na ONT, já que cada ONT

processa lambdas diferentes ( problema CAPEX/OPEX), ou o desenvolvimento de ONTs colourless complexas.

• A variante DWDM requer lasers DFB muito estáveis devido ao

espaçamento entre canais ser reduzido e por isso muito caros.

Prós

WDM-PON: Cenários de Aplicação

•

A variante DWDM conduz a soluções muito caras, não

compatíveis com os requisitos de baixo custo da rede de

acesso.

•

A variante CWDM conduz a redes de dimensões reduzidas e

por isso de fraco interesse prático.

•

A WDM-PON não se afigura como alternativa viável, pelo

menos a curto prazo, para aplicações de acesso óptico

domésticas.

•

As redes híbridas metro-acesso são talvez o cenário de

Redes Híbridas Metro- Acesso

•

O objectivo destas redes consiste em integrar a componente

de acesso de de metro numa única rede

•

Permitem reduzir o número de OLTs, aumentar o alcance e o

factor de derivação e reduzir o CAPEX e OPEX

Nó Metro Central Local OLT OADM OADM OADM OADM OADM OADM OADM OADM OLT

Rede Metropolitana _{Rede de Acesso}

Ponto de repartição Fibra óptica de serviço Fibra óptica de protecção

OADM: Optical Add&Drop Multiplexer

ONT ONT ONT Rede de Núcleo Lambda DWDM

Protecção de PONs (ITU-T G983.1)

Os elementos mais críticos são a OLT fibra de alimentação e splitter

Esquemas de Protecção de PONs (II)

• Esquema a):Só introduz redundância de fibra entre a OLT e o splitter. Qualquer

falha na OLT, impede a rede de funcionar. Qualquer falha numa fibra entre o splitter e a ONU/OLT, ou entre numa ONU/OLT só afecta um utilizador.

• Esquema b): Introduz redundância a nível de toda a PON. Este esquema de

protecção, protege contra todo o tipo de falhas simples (OLT, fibra, splitter e ONU), e torna possível a existência de comutação de protecção sem afectar o tráfego. No entanto vai duplicar o custo da PON, fazendo com que tenha pouco interessa

económico.

• Esquema c): Introduz redundância a nível a OLT e da fibra de alimentação. Qual

falha nestas entidades conduz à comutação de toda árvore afectada, permitindo recuperar todo o tráfego. As ONUs/ONTs não estão protegidas. Não é possível comutação de protecção sem afectar o tráfego. O principal senão deste esquema reside no facto da OLT em stand-by (redundante) não poder ser usada.

• Esquema d) É o esquema que permite um maior nível de sobrevivência na medida

em que permite suportar múltiplas falhas na rede de fibra. No entanto utiliza

demasiado equipamento redundante e a gestão das interfaces não é fácil. Por isso esta solução também não é atractiva.

Mercado FTTH/B por Tecnologia (previsão 2011)

FTTH Market by Technology, Dec 2011

23% 50% 1% 26% GPON EPON Other PON Active

Fonte: Heavy Reading report, FTTH Worldwide Market & Technology Forecast, 2006-2011, June 2006

A tecnologia EPON será dominante nos países asiáticos.

A tecnologia GPON será dominante nos EU e Europa.

Penetração das Soluções FTTH e FTTB em

2009

Fonte:Fiber-to-the-Home Council, Fev. 2009

Previsão para a Penetração da FTTH/B em 2011

Fonte: Heavy Reading, “FTTH Worldwide Market & Technology Forecast, 2006-2011,” June 2006

Previsão para FTTH/B em 2011 na EU

Fonte: Heavy Reading, “FTTH in Europe: Forecast & Prognosis, 2006-2011”

Banda Larga em Portugal

Evolução da banda larga em Portugal

circuitos alugados, fibra óptica, FWA

Fonte: ANACOM, 2010

Tráfego médio mensal por cliente de Internet em banda larga Número de clientes de banda larga

• 54 mil clientes de fibra óptica no 1T10

• Cada cliente de banda larga fixa gerou, em

média, 22.4 GB de tráfego mensal no 1T10

• Cada cliente de banda larga móvel gerou, em

média, 1.0 GB de tráfego mensal no 1T10

• Em média, um cliente de banda larga fixa

gerou 22.4 vezes mais tráfego que um

cliente de banda larga móvel