RENAN FELIPE DALLO
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DO MERCADO DE PROVEDORES DE INTERNET REGIONAIS EM RELAÇÃO ÀS EVOLUÇÕES DA TECNOLOGIA
GPON
RENAN FELIPE DALLO
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DO MERCADO DE PROVEDORES DE INTERNET EM RELAÇÃO ÀS EVOLUÇÕES DA TECNOLOGIA GPON
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Eletricista.
Orientador: Prof. Fábio Ignácio da Rosa, Esp. Eng.
RENAN FELIPE DALLO
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DO MERCADO DE PROVEDORES DE INTERNET REGIONAIS EM RELAÇÃO ÀS EVOLUÇÕES DA TECNOLOGIA
GPON
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Engenheiro Eletricista e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Elétrica da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Palhoça, 17 de junho de 2021.
______________________________________________________ Professor e orientador Fábio Ignácio da Rosa, Esp. Eng.
Universidade do Sul de Santa Catarina
______________________________________________________ Gerente de produto Diego Zaniol, Esp. Eng.
Intelbras
______________________________________________________ Analista de produtos e negócios Guilherme Pasini, Esp. Eng.
AGRADECIMENTOS
RESUMO
A Internet dominou o mundo de forma mais rápida que qualquer outra tecnologia já existente e está cada vez mais presente no nosso dia-a-dia, trazendo conforto, democratizando a informação e gerando prosperidade para a sociedade. Cada vez mais vem surgindo novos serviços utilizando a infraestrutura da grande rede, aumentando o tempo que os internautas passam conectados e também a demanda por maior velocidade de conexão. No Brasil, temos um dos maiores mercados de Internet do mundo, sendo que o destaque está nos provedores regionais, que juntos nos últimos anos assumiram a posição de líder no segmento. Devido aos consumidores necessitarem de taxas de transmissão de dados cada vez mais altas, as empresas fornecedoras desse serviço estão adotando a fibra óptica como base de suas redes, pois através de suas características é possível oferecer disponibilidade e qualidade para os clientes. Atualmente o protocolo mais utilizado para o atendimento é o GPON, mas que devido a sua limitação de velocidade está começando a se tornar obsoleto e com isso as suas evoluções vão ganhando importância. Assim sendo, este trabalho aborda os conceitos a respeito dos protocolos 10G PON, bem como os impulsionadores e tendências de migração para essas tecnologias nos provedores regionais.
ABSTRACT
The Internet dominated the world faster than any other existing technology and is increasingly present in our daily lives, bringing comfort, democratizing the information and generating prosperity for society. More and more, new services are emerging using the Internet infrastructure, increasing the time users spend connected and also the demand for greater connection speed. In Brazil, which is one of the largest Internet markets in the world, the highlight being the regional providers that in recent years together assumed the position of leader in the segment. With the costumers are needing even higher transmission rates to support new applications, the companies that providing this service are adopting optical fiber as the basis of their networks, because through this technology it is possible to make quality available to customers. Currently, the most used optical protocol for attendance is the GPON, but due to its speed limitation it is beginning to become obsolete and with this the evolutions PON technologies are gaining importance. Therefore, this work approach the concepts regarding 10G PON protocols, as well as the motivators and migration trends for these technologies in brazilian regional providers.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Estrutura Internet ... 22
Figura 2 - Redes de acesso ... 23
Figura 3 - Núcleo da Internet... 24
Figura 4 - Interconexão de Internet Service Providers (ISPs) ... 25
Figura 5 - Estrutura de uma fibra óptica ... 26
Figura 6 - Propagação da luz nos dois tipos de fibra ... 27
Figura 7 - Rede Óptica passiva ... 29
Figura 8 - Tipos de redes FTTx ... 31
Figura 9 - Multiplexação TDM ... 32
Figura 10 - Multiplexação WDM ... 32
Figura 11 - Frame EPON ... 34
Figura 12 - Protocolo MPCP: Alocação de banda ... 35
Figura 13 – Processo de autodescobrimento ... 37
Figura 14 - Transmissão downstream EPON ... 38
Figura 15 - Transmissão upstream EPON ... 38
Figura 16 - Encapsulamento frame ethernet em GEM ... 40
Figura 17 - Transmissão downstream GPON ... 41
Figura 18 - Quadro downstream GPON... 41
Figura 19 - Transmissão upstream GPON ... 43
Figura 20 - Quadro upstream GPON ... 43
Figura 21 - Encapsulamento frame Ethernet em XGEM ... 46
Figura 22 - Cabeçalho XGEM ... 46
Figura 23 - Frame downstream XG-PON ... 47
Figura 24 - Frame upstream XG-PON ... 48
Figura 25 - Coexistência GPON e XG-PON ... 50
Figura 26 - Coexistência XGS-PON e GPON ... 51
Figura 27 – Caso 1 de coexistência XGS-PON e XG-PON ... 51
Figura 28 - Caso 2 de coexistência XGS-PON,e XG-PON ... 52
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Evolução do número de acessos no tempo – banda média por assinante...13
Gráfico 2 - Evolução do número de acessos no tempo – tecnologias...13
Gráfico 3 - Previsão da capacidade do GPON atender planos gigabit...61
Gráfico 4 - Previsão do gpon se tornar obsoleto em usuários de baixo consumo...62
Gráfico 5 - Previsão do XGS-PON se tornar obsoleto em usuários de alto consumo...62
Gráfico 6 - Pergunta 1 do questionário com provedores e respostas...67
Gráfico 7 - Pergunta 3 do questionário com provedores e respostas...69
Gráfico 8 - Pergunta 4 do questionário com provedores e respostas...70
Gráfico 9 - Pergunta 5 do questionário com provedores e respostas...71
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Empresas desconsideradas na análise ... 54
Tabela 2 - Respostas provedores que utilizam XG-PON ... 68
Tabela 3 - Resposta provedor que utiliza XGS-PON ... 68
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 12 1.1 JUSTIFICATIVA ... 14 1.2 OBJETIVOS... 15 1.2.1 Objetivo Geral ... 15 1.2.2 Objetivos Específicos ... 15 1.3 DELIMITAÇÕES ... 15 1.4 METODOLOGIA ... 15 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 16 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 17 2.1 INTERNET ... 17 2.1.1 História Internet... 17 2.1.2 Estrutura Internet ... 21
2.1.2.1 Redes de acesso e meios físicos ... 22
2.1.2.2 Núcleo da rede ... 23
2.1.2.3 Rede de redes ... 24
2.2 FIBRA ÓPTICA ... 25
2.2.1 Definições e princípio de funcionamento ... 25
2.2.2 Tipos de fibra ... 26
2.2.3 Vantagens em relação a outras tecnologias ... 28
2.3 REDES PON ... 28
2.3.1 Elementos rede PON ... 29
2.3.2 Protocolos ... 30 2.3.3 Arquitetura FTTx ... 30 2.3.4 Multiplexação ... 31 2.4 EPON ... 33 2.4.1 Frame EPON ... 33 2.4.2 MPCP ... 34 2.4.3 Transmissão downstream ... 37 2.4.4 Transmissão upstream ... 38 2.5 GPON ... 39
2.5.1 GPON Encapsulation Method (GEM) ... 39
2.5.3 Transmissão upstream ... 42
2.5.4 ONT Management Control Interface (OMCI) ... 44
2.6 XG-PON... 45
2.6.1 XG-PON Encapsulation Method (XGEM)... 46
2.6.2 Transmissão downstream ... 47
2.6.3 Transmissão upstream ... 48
2.6.4 ONT Management Control Interface (OMCI) ... 49
2.6.5 Coexistência com GPON ... 49
2.7 XGS-PON ... 50
3 DESENVOLVIMENTO ... 53
3.1 LEVANTAMENTO DE FABRICANTES QUE POSSUEM PRODUTOS XG-PON E XGS-PON ... 53
3.2 PROJEÇÕES E DADOS DOS FABRICANTES SOBRE AS TECNOLOGIAS ... 54
3.2.1 Huawei ... 55 3.2.2 ZTE ... 56 3.2.3 Nokia... 59 3.2.4 Calix ... 60 3.2.5 ADTRAN ... 61 3.3 MERCADO INTERNACIONAL ... 63 3.4 MERCADO NACIONAL ... 64
3.5 PESQUISA COM PROVEDORES ... 66
3.6 SITUAÇÃO DO 5G NO BRASIL ... 72
3.7 EVOLUÇÃO VELOCIDADE MÉDIA POR ASSINANTE BRASIL ... 73
3.7.1 Visão da Anatel ... 74 3.7.2 Mercados de jogos ... 74 3.7.3 Mercado de streaming ... 75 3.7.4 IoT ... 75 3.8 RESULTADOS ... 76 4 CONCLUSÃO ... 79 REFERÊNCIAS ... 81
ANEXO A – EMPRESAS QUE POSSUEM TECNOLOGIAS 10G PON EM SEU PORTFÓLIO ... 87
1 INTRODUÇÃO
A internet chega no Brasil começa a se desenvolver no final dos anos oitenta e assim como no mundo nessa época era destinada apenas para fins educacionais e de pesquisa. Iniciou pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC) que em 1987 se conectaram a outras instituições de ensino nos Estados Unidos da América. Após isso incentivaram a interligação das universidades no país, onde utilizavam o backbone da Embratel para a comunicação. No ano de 1988 a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) se tornou o segundo ponto de interligação internacional ao se conectar na Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), com isso várias universidades e centros de pesquisa conectaram seus equipamentos a uma dessas instituições. Posteriormente em 1990 o Ministério da Ciência e Tecnologia patrocina a iniciativa de uma rede nacional que foi chamada de Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), onde sua missão era disseminar o uso da Internet para fins educacionais e sociais em todo território nacional. Durante os próximos 5 anos a RNP foi sendo ampliada e melhorada e também surgiram alguns outros backbones como a da International Business Machines Corporation (IBM), Banco Rural, Embratel e Unisys. Em 1995 a Internet foi finalmente disponibilizada para o público para um número seleto de usuários através da Embratel (LINS, 2013).
Após má aceitação do mercado em relação ao receio do domínio da empresa estatal sobre a Internet o Ministério das Comunicações através da norma 4, retirou o direito único de exploração da Embratel, com isso e a privatização do setor de telecomunicações que aconteceu em 1998 permitiu que surgissem diferentes operadoras e milhares de provedores espalhados pelo Brasil (PRESCOTT, 2015).
Os Provedores de Internet passaram por diversas dificuldades para conseguir sobreviver durante esse tempo de existência da grande rede no Brasil, desde o grande impacto causado pelo IG oferecendo serviço de Internet gratuito (bancado pelas publicidades em seu portal) quanto pela chegada das grandes operadoras com a tecnologia Asymmetric Digital
Subscriber Line (ADSL), foi necessário buscar mercado em regiões menores e onde não havia
concorrência com os gigantes (PRESCOTT, 2015).
Nos últimos anos o mercado de banda larga fixa no Brasil vem aumentando consideravelmente a banda média por cliente, onde é possível verificar através do Gráfico 1, sendo impulsionado principalmente pela expansão das redes de fibra óptica, conforme é demostrado no Gráfico 2 (ANATEL, 2020).
Gráfico 1 - Evolução do número de acessos no tempo – banda média por assinante
Fonte: Anatel, 2020
Gráfico 2 - Evolução do número de acessos no tempo - tecnologias
Segundo entrevista de Marco Paulo Giannetti, coordenador técnico da Fibracem para o portal Tecmundo, os pequenos provedores de Internet são os responsáveis pela disseminação da fibra óptica. Hoje, essas empresas menores possuem mais de 50% desse mercado (TECMUNDO, 2020).
As tecnologias Passive Optical Network (PON) foram os impulsionadores para o crescimento dos Provedores de Internet regionais e do aumento da banda média, pois através dessas tecnologias é possível entregar um serviço confiável e robusto, sendo o Gigabit Passive
Optical Network (GPON) a variação que tem mais se destacado por conta da banda oferecida,
preço e gestão (CIANET, 2019).
Com o crescimento das aplicações cloud no mercado corporativo, streaming de vídeos 4K/8K e da emergência do Internet of Things (IoT), a demanda de banda por usuário tende de aumentar mais ainda nos próximos anos, dessa forma os provedores estão começando a adotar e discutir sobre as evoluções do GPON, que são o XG-PON e XGS-PON, ambas as tecnologias oferecem maior banda por usuário e melhor aproveitamento da infraestrutura (TELECOM, 2019).
Com base no exposto acima, este trabalho tem como objetivo o estudo da tendência de migração do mercado de provedores de Internet para as evoluções do GPON, considerando questões tecnológicas, mercadológicas, opinião dos provedores e características específicas do Brasil.
1.1 JUSTIFICATIVA
Devido à grande expansão dos Provedores de Internet regionais, que estão de encontro com o aumento da capilaridade das redes de fibra óptica e também do crescimento da banda média por cliente, tudo isso sendo impulsionado pelas evoluções tecnológicas dos serviços em nuvem, pelo streaming, IoT e uma vida cada vez mais conectada, fazem com que o mercado de redes GPON para ISPs seja disputado por diversos fabricantes nacionais e internacionais, entretanto não se sabe ao certo quando as evoluções tecnológicas deixaram de ser especulação para se tornar realidade, dessa maneira os investimentos ainda são tímidos em relação a essas tecnologias.
técnica, mercadológica, evolução tecnológica da informação e conectividade, considerando a opinião dos provedores e o mercado internacional.
1.2 OBJETIVOS
Visando o tema apresentado, definiu-se os seguintes objetivos:
1.2.1 Objetivo Geral
Efetuar o estudo da tendência de migração do mercado de provedores de Internet para as evoluções do GPON.
1.2.2 Objetivos Específicos
a) Estudo de fabricantes que possuam produtos com estas tecnologias.
b) Levantamento de informações sobre o mercado internacional destas tecnologias.
c) Levantamento da situação atual do mercado brasileiro em relação a estas tecnologias.
d) Estudo sobre crescimento da necessidade de banda por usuário no Brasil e) Entrevista com provedores.
f) Compilar as informações obtidas nos objetivos anteriores.
1.3 DELIMITAÇÕES
Este trabalho limita-se ao estudo da tendência de migração das tecnologias XG-PON e XGS-XG-PON.
1.4 METODOLOGIA
Esse trabalho utilizará alguns métodos de pesquisa, que vão variar de acordo com as informações à serem descobertas são eles:
Pesquisa bibliográfica para o estudo sobre as tecnologias XG-PON e XGS-PON.
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 INTERNET
A Internet é uma rede de computadores mundial de acesso de público ilimitado que utiliza uma infraestrutura de telecomunicações homogênea, hierárquica, repleta de padrões e protocolos que controlam o envio e recebimento de mensagens. Atualmente qualquer pessoa física ou jurídica pode participar da Internet. Os requisitos são possuir um computador, um software compatível com a Internet e uma conexão com um provedor de acesso.
2.1.1 História Internet
Assim como a Segunda Guerra Mundial impulsionou a criação dos computadores eletrônicos, para decifrar códigos e cálculos matemáticos, os anos de Guerra Fria marcaram pelo avanço dessas tecnologias no sentido de comunicação e controle. Após o lançamento do primeiro satélite Sputnik, os soviéticos saíram na frente da acirrada corrida espacial com os norte-americanos, reagindo a isso o Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América (EUA) criou a Advanced Research Projects Agency (ARPA), uma agência militar de pesquisas apoiada no discurso do restabelecimento da vanguarda norte-americana em ciência e tecnologia, com a missão de prevenir surpresas tecnológicas dos soviéticos e servir como pesquisa e desenvolvimento de tecnologias militares de alto risco (EDWARDS, 1996).
Em 1966 inicia o projeto de uma rede para interligar os diferentes computadores das instituições financiadas, com objetivo de otimizar os recursos e desenvolver o conhecimento das técnicas de comunicação de dados, foi assim que foi surgiu a ideia da
Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET), a rede de computadores da ARPA
(EDWARDS, 1996).
Em 1967 durante o simpósio sobre sistemas operacionais promovido pela
Association for Computing MachineryACM, a ARPA teve acesso as informações das pesquisas realizadas por outras instituições, foi a partir disso que a diretoria tomou a decisão de construir a ARPANET através da comutação de pacotes (CARVALHO, 2006).
Um dos maiores desafios de implantação da ARPANET era a grande variedade de computadores que teriam que ser interconectados, pois haviam máquinas de diversos fabricantes. Uma das estratégias que viabilizaram a construção foi a de implantação de uma arquitetura que permitisse dividir as complexas tarefas de conectividade em um conjunto de funções discretas que interagem entre si através de regras especificas, essas funções eram chamadas de camadas, que iam do nível mais concreto (manipulação de sinais elétricos) ao mais abstrato (interpretação de comandos pelo usuário) (CARVALHO, 2006).
A divisão em camadas proporcionou para a ARPA um estilo de gerenciamento de projeto, pois seus elementos poderiam ser trabalhados separadamente, dessa forma foi possível fomentar o senso de comunidade e cooperação entre os participantes de forma a integrar os elementos em coletivo. A cultura organizacional da ARPANET era notadamente descentralizada e informal. No início um pequeno grupo informal das universidades com maiores interesses em redes de computadores foi criado para discutir quais seriam os problemas do projeto e suas possíveis soluções, grupo chamado de Network Working Group (NWG). O mesmo começou a especificar o Network Control Protocol(NCP), protocolo de comunicações da ARPANET através de documentos conhecidos do “Solicitação de comentários” (Request
For Comments ou RFCs), que no princípio eram enviadas pelo correio para os participantes que
retornavam com sua análise e ideias, assim o documento com as especificações foi sendo criado (ABBATE, 2000).
A infra-estrutura básica do projeto consistia nos hosts (já estavam disponíveis nas instituições), nos Interfaces Message Processor (IMPs) (papel semelhante dos roteadores) e nas linhas telefônicas da AT&T. Em 1969 foram instalados os primeiros 4 nós da rede, interconectando os computadores das universidades de Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), Universidade da Califórnia em Santa Bárbara (UCSB), Universidade de Utrecht (UU) e Stanford Research Institute (SRI), provando que as redes de computadores eram viáveis e assim foi o início da estratégia de expansão (ABBATE, 2000).
mensagens. Também nesse ano o projeto foi apresentado na International Conference on
Computer Communications (ICCC), onde foi instalado um nó no hotel da conferência e
realizado uma demonstração, isso abriu caminho para a expansão pois até os mais céticos que eram as operadoras de telefonia ficaram interessados (CARVALHO, 2006).
A Defense Communications Agency (DCA) assumiu o controle da ARPA em 1975, com os militares efetivamente no controle, aumentou a pressão para uma maior destinação para uso militar da rede. Dessa forma foi submetido um projeto cujo objetivo era a convergência de todas as redes para um único sistema de comunicação digital, ainda através de comutação de pacotes, a ideia era unificar as redes via satélite, rádio e ARPANET. Para isso foi necessário implementar um novo protocolo para interconexão que unificaria todas as redes, onde esse posteriormente foi chamado de TCP/IP. Através dele e de gateways que interconectavam as redes, foi possível dar vida ao projeto chamado de Internet, após sucesso os militares garantiram sua expansão (CARVALHO, 2006).
Após sucesso da ARPANET algumas instituições dos EUA que não tinham acesso a essa rede, pois era exclusiva das financiadas pela ARPA, resolveram criar uma rede para conectar os pesquisadores interessados nessa área (interconectada com ARPANET). No seu início foi alavancada por iniciativas do governo, porém mais tarde começou a abrir o seu acesso para qualquer instituição acadêmica, comercial ou governamental que pudesse arcar com os custos, porém seu uso era restrito para fins de pesquisa de computação, essa rede foi chamada de Computer Science Research Network (CSNET). Essa foi a primeira rede a se conectar na ARPANET e a primeira a oferecer acesso a redes de outros países, no ano de 1984 (ABBATE, 2000).
No ano de 1985 foi iniciada a construção de uma nova rede chamada National
Science Foundation Network (NSFNET), financiada pelo governo americano para ligar seus
supercomputadores, em resposta ao anúncio do Japão que iria desenvolver o computador de quinta geração. No começo dos anos 90 a ARPANET e CSNET foram desativadas e os computadores ligados na NSFNET, que naquela época se tornou o núcleo central da Internet. Ainda em 1990 foi criado um programa de expansão dessa rede com instituições acadêmicas do resto do mundo (CARVALHO, 2006).
Ainda também nos anos 90, o governo americano através dos discursos de Albert Gore começou a incentivar o desenvolvimento de um backbone de alta velocidade e abertura dos serviços para a população em geral, programa que foi chamado de National Information
A Internet no início dos anos dos anos noventa chegou com uma grande rede de alcance internacional, principalmente pelo fortalecimento e crescimento durante o final dos anos oitenta. As aplicações disponíveis, entretanto, não acompanhavam os avanços da sua infraestrutura, correio eletrônico, transferências de arquivos (FTP) e acesso via terminal remoto (TELNET), todos surgidas nos primórdios da ARPANET, continuavam a ser as formas de uso até então mais utilizadas. Fato que desencorajava o uso amplo da Internet, pois o modo textual era contrastante com as aplicações gráficas de uso local dos computadores pessoais da época. Outro fator inibidor estava relacionado com as dificuldades em se encontrar informações disponíveis (CARVALHO, 2006).
Por outro lado, os serviços comerciais das redes privadas estavam se disseminando tão rápido como suas expansões, que ofereciam interfaces gráficas, entre outras facilidades em seus serviços. A Internet não parecia ter forças para sair do âmbito acadêmico, enquanto as redes dos provedores de serviços comerciais pareciam prontas para atender as demandas da sociedade da informação emergentes (CARVALHO, 2006).
Nessa época surgiram nas universidades algumas ferramentas para tentar facilitar o acesso e o uso de informações na Internet, como Archie, WAIS, Gopher, Veronica e JugHead, entre outras. Ainda que tenham evoluído a usabilidade na Internet, não foram suficientes para massificar o uso da rede, pois a maior parte do conteúdo era voltado para o meio acadêmico e não existia uma ferramenta padrão que servisse de interface para todos os serviços. Foi nesse contexto que surgiu a World Wide Web (WWW), ferramenta que surgiu no meio acadêmico e aos poucos foi resolvendo as dificuldades de uso e acesso de informações da rede, acabou transformando os anos noventa como a década da Internet, foi criada na Inglaterra pelo físico e engenheiro de software Timothy John Berners-Lee (BERNERS-LEE, 1999)
Ao longo de 1992, começaram a surgir os primeiros browsers com interface gráfica e foi assim que a teia mundial começava a se formar, novos servidores web surgiam quase diariamente em diversos países, assim como novos browsers (BERNERS-LEE, 1999).
acadêmico, em paralelo ao processo de privatização e comercialização da rede (CARVALHO, 2006).
2.1.2 Estrutura Internet
Podemos dizer que a estrutura da Internet é dividida em 3 partes (borda, redes de acesso/meio físico e núcleo da rede) e com diversos elementos e organizações (KUROSE, 2013).
Borda: onde ficam os usuários e servidores.
Redes de acesso/meio físico: enlaces de comunicação. Núcleo da rede: Roteadores interconectados.
Figura 1 - Estrutura Internet
Fonte: (KUROSE, 2013).
2.1.2.1 Redes de acesso e meios físicos
Figura 2 - Redes de acesso
Fonte: (KUROSE, 2013).
2.1.2.2 Núcleo da rede
Figura 3 - Núcleo da Internet
Fonte: (KUROSE, 2013).
2.1.2.3 Rede de redes
Figura 4 - Interconexão de Internet Service Providers (ISPs)
Fonte: (KUROSE, 2013).
ISP de acesso: Provedores de acesso menores com presença em locais onde os grandes provedores não estão.
ISP regional: Provedores de acesso à Internet de escala regional e nacional. ISP de nível 1: Provedores de Internet internacional.
IXP: Ponto de troca de tráfego entre os Provedores de Internet.
Provedores de conteúdo: Os provedores de conteúdo criam suas próprias redes para diminuir os custos com tráfego e melhorar seus serviços.
2.2 FIBRA ÓPTICA
A fibra óptica tem se destacado como o principal meio físico de acesso à Internet no Brasil, chegando em 98,8% dos municípios brasileiros e atendendo cerca de 32,6 milhões de acessos à banda larga (TECMUNDO, 2020).
2.2.1 Definições e princípio de funcionamento
Figura 5 - Estrutura de uma fibra óptica
Fonte: (TRONCO, 2007).
O perfil de índices da fibra óptica é a diferença entre a refração entre a casca e o núcleo. Pode se obter essa diferença usando materiais dielétricos distintos ou através de dopagens convenientes de materiais semicondutores na sílica (SiO). Pode ser feita de modo gradual ou descontínuo, dessa forma diferentes formatos de perfil de índices serão originados. (TRONCO, 2007).
O tipo de material e perfil de índices de refração implicam a existência de diferentes tipos de fibras, com diferentes características de transmissão. Por exemplo, a capacidade de transmissão depende do seu comprimento, da geometria e do perfil de índices da fibra óptica. O tipo de material dielétrico utilizado, é determinante para as frequências de operação e atenuações, além de influenciar em termos de resistência e flexibilidade. As fibras ópticas costumam ter a sua estrutura básica protegida por encapsulamentos ou revestimentos diversos. Comumente são utilizados uma segunda camada coaxial de casca, servindo de suporte, até sucessivos encapsulamentos plásticos, dando origem a cabos ópticos que podem conter uma ou mais fibras ópticas (TRONCO, 2007).
A atenuação em fibras ópticas é causada por múltiplas fontes, são elas: perdas por absorção, devido ao material que da fibra, perdas devidas ao processo de fabricação. Compostas principalmente por sílica e dopantes semicondutores, as fibras ópticas possuem regiões onde a atenuação é mínima, conhecidas como janelas de transmissão, situam-se em torno de 850nm e 1550nm (TRONCO, 2007).
2.2.2 Tipos de fibra
único modo de propagação e podem carregar vários feixes de luz em comprimentos de onda diferentes, porém próximos, devido a refrações e reflexões ela não permite um enlace muito longo (FERNANDES, 2003).
Figura 6 - Propagação da luz nos dois tipos de fibra
Fonte: (VIGNOLI, 2019).
Conforme Figura 6 as fibras multimodos possuem vários modos de propagação e, de acordo com o perfil da variação de índice de refração da casca com relação ao núcleo, classificando-se em: índice degrau e gradual. Sendo que as com índice gradual possuem bandas passantes superiores a degrau. Possui núcleo entre 3μm e 8μm e permite a passagem de apenas um raio de luz em determinada frequência, e pode transportá-los por muitos quilômetros de distância (FERNANDES, 2003).
2.2.3 Vantagens em relação a outras tecnologias
A fibra óptica possui várias vantagens em relação a outras tecnologias de transmissão, as principais são elas (CARVALHO, 2015):
Perdas de transmissão muito baixas: valores na ordem de 3 a 5 dB/Km, dessa forma possibilitando enlaces de grandes distâncias sem comprometer a qualidade do sinal.
Imunidade a interferências e ruídos: devido ao fato de ser composta por material dielétrico, não sofre por interferências eletromagnéticas.
Isolação elétrica: O material dielétrico garante isolação entre os transceptores ou estações interligadas.
Pequenas dimensões e peso: Uma fibra possui mais ou menos a dimensão de um cabelo humano e mesmo considerando os encapsulamentos de proteção, possui pesos bem menos consideráveis que os cabos elétricos.
Alta resistência a agentes químicos e variações de temperatura: As fibras por serem compostas de plástico e vidro, tem boa tolerância a temperaturas e são menos vulneráveis à ação de líquidos e gases corrosivos, favorecendo sua utilização em diversas aplicações.
2.3 REDES PON
O desenvolvimento das redes PON (Passive Optical Network) iniciou na Inglaterra através de estudos realizados nos laboratórios da British Telecom (BT) e as primeiras patentes foram divulgadas no início dos anos 90. Porém somente em 1995 com o Asynchronous Transfer
Mode PON (APON) surgiu uma tecnologia que suportava utilizando esses conceitos. Desde
então a tecnologia vem sendo aprimorada até chegar nos modelos que são comumente utilizados no EPON, GPON e entre outras tecnologias (RTIC, 2017).
através dos divisores ópticos (arquitetura ponto-multiponto) e também não utiliza nenhum ativo ao longo da distribuição, significando que os elementos não precisam de alimentação elétrica (RTIC, 2017).
2.3.1 Elementos rede PON
Abaixo na Figura 7 os elementos de uma rede PON (RTIC, 2017):
Figura 7 - Rede Óptica passiva
Fonte: (RTIC, 2017).
Optical Line Terminal (OLT): Concentrador da rede PON, localizado em pontos estratégicos, com finalidade de melhorar a viabilização da transmissão do sinal. Tem função de administrar todo tráfego da rede, fornece os serviços para os usuários finais, controlar a qualidade de serviço (QoS), gerencia as ONTs e entre outras tarefas.
Acopladores ou divisores ópticos: Dispositivos passivos, isso significa que não necessitam de alimentação elétrica, possuem múltiplas saídas e tem como função dividir o sinal oriundo da OLT (sentido downstream, TX da imagem 10) para as fibras que serão conectadas nas ONTS e capazes de recombinar o sinal no sentido upstream (RX da imagem 10).
Fibra óptica: Tem como tarefa transportar o sinal óptico entre OLT e ONTs, no caso das redes PON, utiliza o tipo monomodo.
2.3.2 Protocolos
A rede PON foi evoluindo ao longo dos anos e duas instituições, International
Telecommunication Union (ITU-T) e Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE),
são responsáveis pelas definições dos padrões que foram sendo desenvolvidos, a diferença principal entre eles está no protocolo utilizado para transmissão.
Protocolos IEEE: Ethernet Passive Optical Network (EPON) (IEEE 802.3AH) e 10G-EPON (IEEE 802.3AV). A
Protocolos ITU-T: Gigabit Passive Optical Network (GPON) (G.984),
capable Passive Optical Networks XG-PON (G.987) e 10-Gigabit-Capable Symmetric Passive Optical Networks XGS-PON (G.9807).
2.3.3 Arquitetura FTTx
Figura 8 - Tipos de redes FTTx
Fonte: (CARVALHO, 2015)
Fiber to the node (FTTN): Servindo até 500 assinantes e com distância de aproximadamente 1500m entre ONT e usuário.
Fiber to the distribution point (FTTDp): ONT localizada a menos de 250m do usuário final.
Fiber to the curb (FTTC): Atendendo até 18 assinantes, com distância entre 150 e 300 metros do cliente.
Fiber to the build (FTTB): Define a arquitetura em que a rede de fibra chega até o edifício, e internamente utiliza-se outro meio de transmissão, como por exemplo o cabo coaxial ou cabo metálico par trançado .
Fiber to the home (FTTH): Distribuição 100% fibra óptica, onde essa vai até a casa do usuário final.
2.3.4 Multiplexação
Multiplexação é uma técnica utilizada para permitir que mais de uma mensagem ocupe o mesmo meio de transporte. Nas redes PON os diferentes protocolos de transmissão podem utilizar maneiras diferentes de compartilhar o meio, abaixo as mais utilizadas pelas tecnologias EPON, GPON e suas evoluções.
Figura 9 - Multiplexação TDM
Fonte: (PUHLMANN, 2015).
Método WDM: Consiste em definir um comprimento de onda e uma determinada banda de tolerância para cada canal de comunicação, onde essa se refere a uma faixa máxima de variação da frequência em torno da central, conforme pode ser visto na Figura 10. Assim pode-se aumentar consideravelmente a capacidade de transmissão se combinar canais multiplexados em TDM para canais WDM (permite até 16 canais nas instalações) (PUHLMANN, 2015).
Figura 10 - Multiplexação WDM
Fonte: (PUHLMANN, 2015).
comprimentos de onda, podendo trafegar até mais de 128 canais. (PUHLMANN, 2015).
2.4 EPON
Em novembro de 2000, o IEEE 802.3 anunciou um grupo de estudos chamado Ethernet na primeira milha (EFM – Ethernet in the First Mile), que tinha como objetivo utilizar a Ethernet para a rede de acesso do usuário. Os resultados deste grupo de estudo foram consolidados em junho de 2004, tornando-se o padrão IEEE 802.3ah (Ethernet-PON).
O EPON como o próprio nome já deixa intrínseco, utiliza dos princípios das redes PON, taxas de 1Gbps no downstream e upstream, utilizando os comprimentos de onda 1490nm e 1310nm respectivamente, podendo conectar até 64 clientes em uma única porta e com distâncias máximas de 10km e 20km (IEEE, 2004).
Possui uma grande vantagem em relação a outras tecnologias pois nativamente é compatível com o protocolo Ethernet convencional. Utiliza o Multi-point Control Protocol MPCP para controle do meio, através de mensagens Operations Administration and
Maintenance (OAM), sendo definido na camada Media Access Control (MAC), sendo
responsável por registrar as ONTs e gerenciar alocação de banda (IEEE, 2004).
2.4.1 Frame EPON
Figura 11 - Frame EPON
Fonte: (BONILLA, 2008)
2.4.2 MPCP
O MPCP tem dois modos de operação, são eles:
Modo de alocação de banda: O protocolo fornece periodicamente permissões de transmissão para as ONTs.
Modo auto descobrimento: Periodicamente o protocolo fica consultando para verificar se novas ONTs foram adicionadas a rede.
A alocação de banda é feita através das mensagens de GATE e REPORT, essas são
frames da subcamada MAC.
A mensagem GATE é enviada pela OLT até a ONT, nela vão informações como
starTime e lenght que definem o timeslot de transmissão. Os valores de starTime e lenght são
A mensagem REPORT é o mecanismo de retroalimentação usado pela ONT para transferir a ocupação do buffer para a OLT, que usa essa informação para realizar boas decisões de alocação de banda. (IEEE, 2004).
Abaixo na figura 12 é demostrado o diagrama da interação entre OLT e ONU do protocolo MPCP no processo de alocação de banda.
Fonte: (BONILLA, 2008)
Processo de auto descobrimento utiliza 4 mensagens MPCP: GATE,
REGISTER_REQ, REGISTER e REGISTER_ACK e segue os seguintes passos (IEEE, 2004):
O agente de descobrimento inicia uma ronda, alocando uma janela de descobrimento, onde é gerada uma mensagem GATE especial denominada “Discovery GATE’’, anunciando o início do “Discovery slot’’.
Quando uma ONT não registrada recebe a mensagem de Discovery GATE, ela responde uma REGISTER_REQ, com isso a OLT aprende seu endereço MAC e o Round TRIP Time (RTT) ou tempo entre mandar a mensagem e a OLT receber).
Após receber a REGISTER_REQ a OLT envia a mensagem REGISTER, com um identificador lógico único para a ONT (LLID) e envia um GATE normal para a ONT.
Finalmente após receber as duas mensagens REGISTER e normal GATE, a ONT retorna um REGISTER_ACK para confirmar sucesso no registro.
Figura 13 – Processo de autodescobrimento
Fonte: (BONILLA, 2008) 2.4.3 Transmissão downstream
Figura 14 - Transmissão downstream EPON
Fonte: (BONILLA, 2008)
2.4.4 Transmissão upstream
Na direção upstream, os pacotes viajam exclusivamente entre ONT e OLT e não alcançam as outras ONTs. Para evitar colisões de informações é necessário o MPCP controlando a transmissão através dos timeslots (TDMA), a imagem abaixo da Figura 15 demonstra visualmente o funcionamento (BONILLA, 2008).
Figura 15 - Transmissão upstream EPON
2.5 GPON
A estrutura das redes GPON é normatizada pelo órgão ITU-T G.984, que descreve todo o seu funcionamento e contempla especificidades como camada física, protocolo de comunicação entre OLT e ONT e hardware, indo do G.984.1 ao G.984.5 (FERRAUDO, 2018). Um dos principais fatores que diferem a tecnologia GPON de outras redes passivas é sua capacidade de tráfego assimétrico, com 2,5 Gbps para downstream e 1,25 Gbps para
upstream. Outras características dessa solução são (FERRAUDO, 2018):
Alcance físico de até 60 km; 128 ONTs por porta PON;
Comportamento dos pacotes (upstream): pacotes fragmentados, o formato do frame contém células ATM;
Comprimento de onda de 1490nm para downstream, 1310nm para upstream e 1550nm para video;
Tamanho variável dos pacotes, podendo ir de 53 até 1518 bytes (padrão ATM). Confira abaixo outros aspectos técnicos desta tecnologia:
Quality of Service.
IPv6 e Dual Stacked IPv6/IPv4. Redundância PON.
Redundância de Uplink. Funcionalidades de Segurança.
Funcionalidades de Camada 3 na OLT. Forward-Error Correction (FEC). Controle ataques do tipo Storm.
2.5.1 GPON Encapsulation Method (GEM)
O quadro GEM consiste em quatro segmentos de cabeçalho e um segmento para envio de dados. Abaixo na Figura 16 é possível conferir o mapeamento entre um quadro Ethernet para um quadro GEM (ITU-T, 2003):
Figura 16 - Encapsulamento frame ethernet em GEM
Fonte: (ITU-T, 2003)
PLI (Payload Length Indicator – Tamanho Payload) indica em bytes o tamanho do payload GEM.
O Port ID traz a informação de identificação da porta e que fluxo de serviço o segmento pertence.
O PTI (Payload Type Indicator – Indicador do tipo do Payload) mostra se o quadro é o fim de informações de determinado usuário, se o fluxo de tráfego está congestionado ou se o payload GEM contém informações de operação e manutenção (OAM).
2.5.2 Transmissão downstream
Os pacotes no sentido downstream são encaminhados em broadcast (comprimento de onda de 1490nm), os dados são enviados para todas as ONTs, onde cada uma receberá somente as informações da sua GEM, conforme pode ser verificado na imagem da Figura 17. Além disso contém as informações de controle e gerenciamento da rede sendo: sincronização com relógio interno em 8 kHz, correção de erro, encriptação, operação e manutenção de alertas e alocação de N intervalos de transmissão das ONTs (ITU-T, 2003).
Figura 17 - Transmissão downstream GPON
Fonte: (NORTHFORGE, 2019).
Abaixo na Figura 18 a estrutura do quadro de pacote downstream (ITU-T, 2003):
Figura 18 - Quadro downstream GPON
Um quadro GPON de downstream tem um comprimento fixo de 125 μs, composto de dois componentes: physical control block downstream (PCBd) e
payload.
O OLT transmite PCBd a todas as ONT/ONTs. As ONT/ONT recebem o PCBd e realizam operações com base na informação recebida.
PCBd consiste no cabeçalho GTC e no mapa BWmap:
Cabeçalho GTC - usado para delimitação de quadros, sincronização e correção de erros de encaminhamento (FEC).
BWmap - Campo notifica ONT sobre alocação de largura de banda upstream. Especifica os intervalos de tempo de início e de término para os T-CONTs de cada ONT, isto garante que todas as ONT enviem dados com base nos intervalos de tempo especificados pelo OLT para prevenir o conflito de dados.
Psync (4 bytes de comprimento) - Campo de sincronização física indica o início de cada PCBd.
Ident (4 bytes de comprimento) - Usado para indicar estruturas de quadros maiores, contém o contador de superframe empregado pelo sistema de criptografia.
PLOAMd (13 bytes de comprimento) - Campo de downstream OAM da camada física (PLOAM), pense nisso como um canal de operação e gerenciamento baseado em mensagens entre o OLT e as ONT/ONT.
BIP (1 byte de comprimento) - Paridade intercalada por bit, pelo receptor para medir o número de erros no link.
Plend (4 bytes de comprimento) - Campo de downstream do comprimento do
payload.
2.5.3 Transmissão upstream
Figura 19 - Transmissão upstream GPON
Fonte: (NORTHFORGE, 2019).
Abaixo na Figura 20 a estrutura do quadro de pacote upstream (ITU-T, 2003):
Figura 20 - Quadro upstream GPON
Fonte: (ITU-T, 2003).
Cada quadro GPON de upstream tem um comprimento fixo de 125 μs.
Cada quadro de upstream contém o conteúdo transportado por um ou mais T-CONT/TCONTs.
Todas as ONT conectadas a uma porta GPON compartilham a largura de banda de upstream.
Todas as ONT enviam seus dados upstream em seus próprios intervalos de tempo com base nos requisitos do mapa de largura de banda (BWmap).
Subida da camada física (PLOu) - overhead da camada física upstream.
PLOAMu - mensagens PLOAM de dados upstream. Como se fosse um canal de operação e gestão baseado em mensagens entre o OLT e as ONT/ONT. PLSu - Sequência de nível de potência upstream.
DBRu - Relatório de largura de banda dinâmica de upstream Payload - Dados do usuário.
2.5.4 ONT Management Control Interface (OMCI)
OMCI (ONT Management Control Interface) – ITU G984.4 define um mecanismo e formato de mensagem que é usado pela OLT para configurar, gerenciar e monitorar ONTs. As mensagens do protocolo OMCI são transportadas pelo Canal de Controle e Gerenciamento ONT (OMCC) e são encapsuladas nos quadros GEM. O tráfego no canal OMCC tem a prioridade de transmissão. O OMCI é utilizado pela OLT para gerenciar as ONTs nas seguintes áreas (ITU-T, 2004):
Configuração.
Gerenciamento de falhas. Gestão de desempenho. Gerenciamento de segurança.
O OMCI também permite que a OLT:
Estabelecer e liberar conexões entre ONTs.
Gerenciar UNIs (User Network Interface) nas ONTs. Solicitar Configuração de ONTs.
Solicitar estatísticas de desempenho.
Monitore os alarmes e informe as falhas do sistema. O OMCI permite que a ONT (ITU-T, 2004):
A MIB é definida em termos de entidades gerenciadas Managed Entities (MEs). As entidades gerenciadas são representações abstratas de recursos e serviços em uma ONT (ITU-T, 2003).
Esta recomendação usa três níveis para indicar o grau de conformidade necessário para funções específicas e entidades gerenciadas associadas à especificação OMCI (ITU-T, 2004):
Obrigatórias: entidades necessárias para compatibilidade operacional;
Condicionais: entidades necessárias quando a função opcional especificada é implementada;
Opcionais: Entidades que podem ser úteis e exigidas por uma operadora, mas que não são necessárias para compatibilidade operacional.
Além das MEs normatizadas, existe um range exclusivo para os fabricantes implementarem algum recurso exclusivo em sua solução GPON (ITU-T, 2003).
2.6 XG-PON
A nova geração do GPON além de possuir todos os recursos do seu antecessor, tem capacidade de tráfego de 10 Gbps para downstream e 2,5 Gbps para upstream. Suportando até 256 ONTs por porta PON, com distância de até 100km entre OLT e ONT. Comprimento de onda de 1270nm para upstream, 1577nm dowstream e 1550nm para video. Desenvolvida pelo ITU-T e é definida pela norma G.987, indo do G.987 ao G.987.3. Veja abaixo mais detalhes sobre cada uma dessas recomendações (TECWI, 2019):
G.987: principais conceitos da XG-PON;
G.987.1: apresenta os requisitos gerais, os serviços a serem suportados, as especificações de hardware e protocolos da XG-PON, bem como a migração de rede e coexistência da XG-PON com a GPON;
G.987.2: foca na camada de PMD – physical media dependent, como comprimento da onda utilizada e as taxas de dados suportadas;
G.987.3 apresenta os detalhes da camada de convergência da XG-PON. Além dos protocolos de comunicação de dados, essa recomendação abrange o gerenciamento de QoS e a largura de banda dinâmica.
2.6.1 XG-PON Encapsulation Method (XGEM)
O XGEM é o método de encapsulamento GPON, dessa forma é possível trabalhar com diversos serviços (ex.: Ethernet, ATM).
O quadro GEM consiste em quatro segmentos de cabeçalho e um segmento para envio de dados. Abaixo na Figura 21 é possível conferir o mapeamento entre um quadro Ethernet para um quadro XGEM (ITU-T, 2014):
Figura 21 - Encapsulamento frame Ethernet em XGEM
Fonte: (ITU-T, 2014)
Abaixo na Figura 22 o cabeçalho XGEM expandido e detalhado (ITU-T, 2014):
Figura 22 - Cabeçalho XGEM
Fonte: (ITU-T, 2014)
XGEM Port ID: traz a informação de identificação da porta e que fluxo de serviço o segmento pertence.
Key index: O indicador da chave de criptografia de dados usada para criptografar o payload do XGEM.
Options: é para estudos futuros, campo é definido como 0x00000 pelo transmissor e ignorado pelo receptor.
Last Fragment (LF): Campo para indicar se o frame é o último fragmento de uma transmissão ou não.
Hybrid error correction (HRC): Campo de detecção e correção de erros do quadro XGEM.
2.6.2 Transmissão downstream
Assim como no seu antecessor o XG-PON os pacotes no sentido downstream são encaminhados em broadcast (comprimento de onda de 1577 nm), os dados são enviados para todas as ONTs, onde cada uma receberá somente as informações da sua XGEM. Conta também com as informações de controle e gerenciamento da rede sendo: sincronização com relógio interno, correção de erro, encriptação, operação e manutenção de alertas e alocação de N intervalos de transmissão das ONTs (ITU-T, 2014).
Abaixo na Figura 23 estrutura do quadro de pacote downstream (ITU-T, 2014):
Figura 23 - Frame downstream XG-PON
Estrutura HLend: controla o tamanho das partições de comprimento variável dentro do cabeçalho XGTC
BWmap lenght: indica o número de estruturas de alocação na partição do BWmap.
PLOAM count: indica o número de mensagens PLOAM na partição PLOAMd. Hybrid error correction (HEC): Campo de detecção e correção de erros do
quadro HLend.
Estrutura BWmap: Field notifica muito ONT sobre alocação de largura de banda
upstream. Especifica os intervalos de tempo de início e de término para os
T-CONTs de cada ONT, isto garante que todas as ONT enviem dados com base nos intervalos de tempo especificados pelo OLT para prevenir o conflito de dados.
Estrutura PLOAMd: Campo de downstream OAM da camada física (PLOAM), pense nisso como um canal de operação e gerenciamento baseado em mensagens entre o OLT e as ONT/ONT.
2.6.3 Transmissão upstream
Assim como no GPON a transmissão no sentido upstream do XG-PON é através da técnica TDMA (comprimento de onda 1270nm), que já foi explicada em tópicos anteriores. O quadro do nessa nova versão pode conter um ou mais intervalos de alocação de banda, abaixo na Figura 24 a estrutura (ITU-T, 2014):
Figura 24 - Frame upstream XG-PON
Fonte: (ITU-T, 2014)
ONT-ID: Contém o identificador da ONT que está transmitindo no burts. Ind: Sinalização do status da ONT.
Hybrid error correction (HEC): Campo de detecção e correção de erros do quadro XGTC.
PLOAMu: Campo OAM da camada física (PLOAM), pense nisso como um canal de operação e gerenciamento baseado em mensagens entre o OLT e as ONT/ONT.
Estrutura DRBU (ITU-T, 2014):
BufOcc: Sinaliza a ocupação do buffer da ONT.
CRC: Campo de detecção e correção de erros do quadro DRBU. Estrutura XGTC trailer (ITU-T, 2014):
Bit-interleaved even parity (BIP): Utilizado pela OLT para calcular o BER da transmissão upstream.
2.6.4 ONT Management Control Interface (OMCI)
O XG-PON possui um mecanismo muito parecido para não dizer igual ao seu antecessor para fazer a gestão das ONTs, onde é baseado em MIBs para gerir os recursos, onde as MEs também possuem 3 níveis de conformidade e é definida pela norma ITU-G988 (TECWI, 2019).
2.6.5 Coexistência com GPON
óptico que fica entre OLT e ONT (ITU-T, 2010). Abaixo na Figura 25 é possível verificar os componentes e arquitetura da coexistência entre GPON e
Figura 25 - Coexistência GPON e XG-PON
Fonte: (MAJIANGANG, 2018).
2.7 XGS-PON
A tecnologia XGS-PON é considerada uma evolução do XG-PON, porém possuindo banda simétrica de 10 Gbps de upstream e downstream, seus recursos são definidos pela norma ITU G.9807.1. Possui comprimento de onda de 1270nm para upstream, 1577nm
downstream e 1550nm para video. Suportando até 256 ONTs por porta PON, com distância de
Figura 26 - Coexistência XGS-PON e GPON
Fonte: (ITU-T 2016).
Neste cenário a coexistência entre XGS-PON e GPON é possível através do componente WDMr1 e os diferentes comprimentos de onda.
Figura 27 – Caso 1 de coexistência XGS-PON e XG-PON
Fonte: (ITU-T 2016).
Figura 28 - Caso 2 de coexistência XGS-PON,e XG-PON
Fonte: (ITU-T 2016).
A coexistência da Figura 28 é possível pois as ONTs XG-PON são compatíveis com a tecnologia XGS-PON, dessa forma são controladas pelo TDMA da OLT.
Figura 29 - Coexistência XGS-PON, XG-PON e GPON
Fonte: (ITU-T 2016).
3 DESENVOLVIMENTO
Com objetivo de entender a atual situação e rumos das evoluções do GPON no mercado brasileiro de provedores de Internet, alguns estudos foram conduzidos para elucidar as tendências para os próximos anos. Inicialmente foram consideradas a investigação da oferta e demanda no contexto global e nacional, bem como os principais impulsionadores para a popularização dessas tecnologias. Para compreender a oferta e disponibilidade de opções existentes de equipamentos XG-PON e XGS-PON foi realizada uma pesquisa de quais dos principais fornecedores mundiais possuem produtos com essas tecnologias em seu portfólio. Já para compreender a demanda nacional e internacional, foi conduzida uma análise para verificar quais dessas tecnologias estavam sendo consumidas e instaladas nos principais provedores em cada contexto geográfico. O estudo dos impulsionadores para a migração de tecnologia por parte dos ISPs regionais teve como ponto de partida a análise dos motivos e tendência para o aumento da taxa média de transferência de dados por usuário no Brasil, pois a principal diferença do GPON para as suas evoluções é a velocidade das portas PON. Essas pesquisas desencadearam alguns outros estudos, aprofundamentos e perguntas para pesquisa que foi realizada, neste capítulo serão apresentadas todas as análises e resultados.
3.1 LEVANTAMENTO DE FABRICANTES QUE POSSUEM PRODUTOS XG-PON E XGS-PON
Buscando o entendimento da oferta e disponibilidade de equipamentos dessas tecnologias no mercado de telecomunicações, foi realizado um levantamento de fabricantes que possuem produtos nas tecnologias XG-PON e XGS-PON, as empresas consideradas na análise foram as utilizadas no estudo de mercado sobre GPON e suas evoluções, feito pela empresa de pesquisa Research and Markets, sediada em Dublin na Irlanda, que possui 450 clientes do ranking das 500 maiores empresas do mundo feito pela revista Fortune, a mesma oferece a visão de mais de 800 mercados e já realizou mais de 900 mil relatórios (RESEARCH AND MARKETS, 2021).
Shenzhen C-Data, Shenzhen Gigalight, Tellabs, Tp-Link, Unizyx, Utstarcom, ZTE (GPON... 2021).
Sendo que os principais participantes do mercado incluem Huawei (China), Nokia (Finlândia), ZTE (China), FiberHome (China), DASAN Zhone (EUA), Calix (EUA),
ADTRAN (EUA) (GPON... 2021).
Abaixo a relação de empresas que foram desconsideradas no momento da análise desse trabalho e também os motivos da exclusão:
Tabela 1 - Empresas desconsideradas na análise
Empresa Motivo Referência
Allied Telesis
Não possui OLT e ONU no seu
portfólio https://www.alliedtelesis.com/en
Econet Fornecedor de chipset GPON
http://www.econet-inc.com/index.php Shenzhen
Gigalight Fabricante de módulos ópticos https://www.gigalight.com/
NCIS Group
Empresa de projetos e consultoria em
GPON https://ncisgroup.com.au/
GPONdoctor
Fabricante analisador de protocolos
GPON https://www.gpondoctor.com/
Fujikura
Não possui OLT e ONU no seu
portfólio https://www.fujikura.com/
Commverge
Empresa de projetos e consultoria em
GPON https://www.commverge.com/
Multicom Distribuidor de produtos GPON https://www.multicominc.com/
O resultado da pesquisa de quais empresas possuem XG-PON e XGS-PON no seu portfólio e os respectivos modelos das OLTs e CPEs de cada tecnologia se encontram na tabela do ANEXO A e as referências utilizadas por marca estão no ANEXO B.
3.2 PROJEÇÕES E DADOS DOS FABRICANTES SOBRE AS TECNOLOGIAS
tópico. Das empresas apresentadas como as maiores, apenas a Fiberhome e Dazan Zhone não possuem material sobre os assuntos em seus sites oficiais.
3.2.1 Huawei
Em um dos seus conteúdos falando sobre a quinta geração da rede fixa a empresa cita alguns discursos importantes que ocorreram na edição de 2019 do Broadband World Forum
& Gigaband Industry Summit, promovido pela European Telecommunications Standards Institute (ETSI), China Academy of Information and Communications Technology (CAICT),
Wi-Fi Alliance ®, a empresa de análise Ovum e várias operadoras tradicionais em todo o mundo. Durante o evento ocorreram intensas discussões sobre como aproveitar a rede fixa de quinta geração para promover o ecossistema global de gigabit (HUAWEI, 2019).
Um deles foi o discurso de abertura da cúpula feito por David Boswarthick, Diretor de Novas Tecnologias do instituto de padronização do mercado europeu de telecomunicações (ETSI):
"Olhando para trás na história do desenvolvimento das redes fixas, experimentamos a era de banda estreita de 64 kbps representada por Public Switched Telephone Network (PSTN) / Integrated Services Digital Network (ISDN), era de 2 Mbps representada por ADSL, era de 20 Mbps representado por Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line (VDSL) e era de 100 Mbps representado por GPON/EPON. Atualmente, estamos entrando na era gigabit de quinta geração (1–5 Gbps) representada por 10G PON. Com colaboração efetiva com tecnologias sem fio, como 5G. As redes de fibra gigabit estão fornecendo uma rede de conectividade flexível e de alto desempenho para a indústria de telecomunicações, bem como abrindo novas oportunidades em várias indústrias verticais” (HUAWEI, 2019).
A vice-engenheira-chefe Meimei Dang representante do CAICT, que é departamento do Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação da China que apoia tecnicamente a indústria de telecomunicações na China, disse em seu discurso:
Outro discurso relevante que ocorreu durante o evento foi o do Julie Kunstler, analista da Ovum, que proferiu as seguintes palavras:
“Mais de duzentas operadoras em todo o mundo lançaram serviços gigabit e vinte operadoras lançaram serviços 10G. O 10G PON se tornou uma tecnologia básica para redes gigabit. Nos próximos cinco anos, estima-se que a taxa composta de crescimento de portas chegará a 41%, e a de ONTs chegará a 124%” (HUAWEI, 2019).
Segundo a Huawei a rede fixa de quinta geração comparada com as anteriores oferece uma largura de banda maior, melhor experiência de navegação e condições mais propícias para se levar fibra até o usuário final. As fibras conectarão não apenas as residências, mas também as indústrias mais verticais. O gigabit simétrico e o Wi-Fi 6 irão atualizar ainda mais os recursos de rede. A latência de ponta a ponta da rede se tornará mais baixa e mais estável, as operadoras passarão da operação centrada no tráfego para a operação centrada na experiência (HUAWEI, 2019).
A respeito da transição do GPON para as novas tecnologias a Huawei está apostando na sua linha Flex-PON para apoiar as operadoras a alcançar uma evolução suave para redes XGS-PON, pois através dela é possível que na mesma placa de serviço seja suportada várias tecnologias PON, reutilizando totalmente os recursos. Essa tecnologia ajuda os seus clientes a evoluir do GPON para 10G PON simétrico, economizando cerca de 20% das despesas com investimento e operação (HUAWEI, 2018).
A respeito do XG-PON a Huawei não possui conteúdos exclusivos sobre essa tecnologia, o resultado da pesquisa direciona para páginas em que o XGS-PON é o assunto principal.
3.2.2 ZTE
volume de tráfego de Internet no mundo todo crescerá sete vezes entre 2010 e 2015, portanto, é inevitável que a fibra precise ser oferecida aos usuários finais. A China Telecom desenvolveu uma estratégia de retirar as tecnologias que utilizam os cabos de cobre para substituir por fibra óptica, pois essa última é considerada o meio de acesso mais desejável para resolver o problema de largura de banda da última milha. Porém com aumento da banda média por usuário as tecnologias como GPON e EPON vão perdendo espaço e abrindo para as tecnologias 10G PON (ZTE, 2012).
A ZTE acredita que um dos grandes impulsionadores para acelerar a migração para as tecnologias 10G PON será a tecnologia 4K, onde a resolução é quatro vezes maior que a da TV de alta definição (2K). Além disso, as imagens são mais suaves e coloridas do que as de HD. Portanto, os serviços com a tecnologia permitem que o público veja cada detalhe das imagens e desfrute de uma experiência visual incomparável. A tecnologia 4K traz grandes oportunidades para as operadoras, em primeiro lugar como um serviço básico que possui uma base massiva de usuários. O desenvolvimento de serviços impulsiona a construção da rede FTTx. Em segundo lugar, o serviço de vídeo é uma fonte importante de consumo de tráfego de rede e ajuda as operadoras a obterem um alto nível de tráfego. Finalmente, os serviços 4K permitem que as operadoras construam a marca, aumentem a receita, aumentem o apelo e fortaleçam a fidelidade do usuário. Em suma, a operadora que dominar a tecnologia vai se destacar no mercado (ZTE, 2016).
O 4K não é apenas uma oportunidade, mas também um desafio para a rede existente, estima-se que a largura de banda necessária para reprodução é de 45-100Mbps. Isso significa que o acesso de largura de banda para uma casa deve ser atualizado para mais de 100Mbps. Além disso, à medida que a tecnologia é gradualmente aplicada à gravação de vídeo, segurança e jogos online, a largura de banda do uplink será aumentada e o modelo de tráfego de upstream e downstream será alterado. Portanto, as tecnologias EPON e GPON existentes não podem atender aos requisitos de serviços de 4K (ZTE, 2016).
Para atender ao requisito de largura de banda de cenários de alto fluxo, o XGS-PON, que define taxas de dados de 10 Gbps nas direções upstream e downstream e é uma evolução das tecnologias EPON/ GPON, pode atualizar os planos para 100Mbps facilmente. Ao reutilizar ODN e implantar o comprimento de onda apropriado, 10G PON e 1G PON coexistem entre si, o que significa que as operadoras podem alcançar a evolução da rede sem problemas (ZTE, 2016).
(MBB), bem como a implantação de volume de acesso gigabit a taxa composta de crescimento anual do mercado de 10G PON excederá 30% nos próximos cinco anos e mais de 70 países em todo o mundo iniciaram ou estão planejando lançamentos do 5G. A julgar pelas iniciativas de banda larga de diferentes países, as estratégias de negócios das operadoras e o cenário competitivo, uma era de velocidades dual-gigabit baseadas em FBB e MBB chegou e as duas tecnologias de acesso coexistirão por um longo tempo. A FBB e a MBB trabalharão juntas para acelerar ainda mais a inovação técnica e a transformação da rede. (ZTE, 2020).
A diferença entre as bases de usuários do FBB e do MBB também significa que os dois modos de acesso banda larga viverão de forma coexistente e mutuamente reforçada por um bom tempo. Casas e empresas constituem a grande maioria dos usuários do FBB. Essa base de usuários amplamente fixa exige que o FBB atenda a altos padrões em termos de estabilidade, confiabilidade, segurança, largura de banda e QoS. Em contraste, o MBB representado por 5G atende principalmente a usuários individuais e alguns cenários de cobertura interna. Embora o 5G melhore muito a largura de banda, a segurança e a QoS em relação ao 4G, ele ainda fica atrás do FBB em largura de banda. Graças aos diferentes grupos de usuários que visam, FBB e MBB têm características diferentes e empregam tecnologias diferentes. Eles se promoverão e se complementarão em um futuro previsível (ZTE, 2020).
O 10G PON é uma das principais tecnologias de redes gigabit e deve ser implantado em larga escala nos próximos cinco anos. Como a tecnologia sucessora do 10G PON, o 50G PON deve ser colocado em uso por volta de 2025. Uma consideração importante para as operadoras que escolhem a tecnologia de banda larga gigabit é que o equipamento de rede deve ter boas capacidades de evolução. No lado do sistema, a ZTE oferece a primeira solução Combo PON de três taxas da indústria para redes 10G PON a serem construídas em grande escala da maneira mais econômica. Uma porta Combo PON suporta acesso GPON e XG(S)-PON, criando assim uma atualização suave da largura de banda. Diferentes unidades de rede óptica (ONUs) podem ser implantadas sob demanda no lado do usuário, onde podem fazer parte de uma rede de malha Wi-Fi para fornecer cobertura gigabit para toda a casa e aprimorar a experiência do usuário (ZTE, 2020).
3.2.3 Nokia
A Nokia acredita que a migração para as novas tecnologias PON deve ocorrer por conta de uma ascensão das tecnologias e serviços de banda ultra larga. As empresas e até mesmo muitos clientes residenciais agora consideram velocidades de banda larga downstream de centenas de megabits por segundo, com serviços gigabit e multi-gigabit sendo oferecidos em muitos mercados. Após esse foco em serviços downstream, as operadoras agora estão voltando sua atenção para as vantagens oferecidas por upstream de alta largura de banda e taxas de bits simétricas. Eles buscam desbloquear todo o potencial de suas redes, ao mesmo tempo em que aumentam as taxas de bits, aumentam as receitas, aprimoram as operações de rede e também preparam suas redes de fibra para serem usadas para backhaul do 5G (NOKIA, 2016).
Para uma operadora com uma rede GPON existente, existem três principais tecnologias PON de próxima geração à sua escolha (NOKIA, 2016):
XG-PON: fornece 10 Gb/s de downstream e 2,5 Gb/s de upstream, usando um único comprimento de onda fixo em cada direção.
XGS-PON: fornece 10 Gb/s simétrico, é compatível com ONUs XG-PON e GXG-PON.
TWDM-PON: é a mais avançada e sofisticada de todas as tecnologias. Adiciona mais comprimentos de onda na fibra (inicialmente 4 em upstream e 4 em downstream, com mais possíveis no futuro). O TWDM-PON suporta configurações flexíveis de taxa de bits (2,5/2,5G, 10/2,5G e 10/10G ) e usa lasers ajustáveis que permitem aos operadores atribuir e alterar dinamicamente o comprimento de onda no qual um cliente está conectado.
Ao avaliar as futuras tecnologias de atualização, os operadores devem encontrar o equilíbrio certo entre desempenho e custo. A indústria tem se esforçado muito para ajudar as operadoras com esses desafios e o novo padrão XGS-PON faz parte desses esforços. Agora temos a oportunidade de convergir várias tecnologias de próxima geração em uma única solução “universal”. A solução usa hardware comum (a mesma plataforma e a mesma placa de linha) onde diferentes ópticas podem ser conectadas para servir diferentes unidades de rede óptica (ONU): de GPON a XG-PON, XGS-PON a TWDM-PON. Isso torna a evolução da rede simples, flexível e eficiente (NOKIA, 2016).
