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8/3/2019 NGON_JPires

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NGON Seminar, ISCTE, Abril 2009 - Joo Pires

Joo PiresInstituto de Telecomunicaes, DEEC, Instituto Superior Tcnico,e-mail: [email protected]

Redes de Acesso pticas

Seminrio sobre Redes pticas de Nova GeraoISCTE, 14 de Abril de 2009


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2NGON Seminar, ISCTE, Abril 2009 - Joo Pires

Sumrio

Evoluo da rede e dos dbitos no acesso

Arquitecturas e tecnologias para o acesso ptico

Situao internacional e nacional da penetrao dafibra no acesso

Redes hbridas metro-acesso


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Evoluo da Rede de Acesso

A rede de acesso convencional das redes telefnicas pblicas era constitudapor uma infra-estrutura de pares de fios de cobre entrelaados (paressimtricos) que ligavam a central telefnica local ao telefone do assinante.

Comutador

RP

ASRASR

ASR

CD

CD

CD CD

CD

CD

Cabo de alimentao(centenas de pares)

Cabos de pares simtricos

Cabo de distribuio(dezenas de pares)

Central TelefnicaLocal

RP: Repartidor principalASR: Armrio de sub-repartioCD: Caixa de distribuio

Sub-rede de alimentao

ou transporte

Sub-rede dedistribuio


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Rede de Acesso com Concentrao

Na evoluo da rede alguns armrios de sub-repartio foram substitudospor unidades remotas com capacidade para realizar concentrao. Os cabosde alimentao foram substitudos por fibra ptica ou ento por ligaes viardio (fixed wireless access).

Comutador

MUX

CD CD

CD

CD

Central TelefnicaLocal

MUX: multiplexadorUR: Unidade remotaCD: Caixa de distribuio

Sub-rede de alimentaoou transporte

URUR

UR

Sub-rede dedistribuio

Fibra ptica

ASR

CD

CD

Cabo de alimentao(centenas de pares)

Cabo de distribuio(dezenas de pares)


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Sub-rede de Transporte com SDH

Na sub-rede de transporte a informao multiplexada e transmitida em formato digitalnormalmente sobre fibra ptica. Como alternativa topologia fsica em estrela da sub-rede de transporte pode-se usar uma topologia em anel fazendo uso da SDH(Synchronous Digital Hierarchy).

Outra alterao de relevo consiste em introduzir tambm fibra na rede de distribuio.Como solues em fibra tm-se : FTTCab, FTTC, FTTB, FTTH, dependendo da distnciaentre a ONU e o assinante (NT).

Central

local

Unidaderemota

URADMADM

Par de fibras defibras de servio

ADMADM

ADMADM

ADMADM

UR

ONUNT

ONU NT

Sub-rede de transporte Sub-rede de distribuio

Unidade ptica derede

Unidade determinao de rede

Utilizador

Par simtricoFibra pticaFibra pticade servio

Fibra pticade proteco

ONU: Optical Network Unit

NT: Network Termination


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Evoluo dos Dbitos no Acesso

Fonte: Heavy Reading (TheRace to the Home: FTTHTechnology Option,NetEvents Hong Kong)

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

A linha a verde extrapola a taxa de crescimento histrica: um factor crescimento de 2.29 ao ano. A linha a vermelhoadmite uma acelerao do crescimento a partir de 2004, para um factor de 3 ao ano.

100 Mb/s 1 Gb/s


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A Fibra ptica Como Soluo

Dentro de 3 a 5 anos dbitos de 100 Mb/s no acesso seralgo trivial

Se as taxas de crescimento de trfego se mantiveram serode esperar, daqui a 10 anos, dbitos no acesso de 1 Gb/s

As tecnologias x-DSL, especialmente ADSL, esto a atingiros limites: limitaes de banda e assimetria

A soluo est na generalizao da utilizao de fibraptica na rede de acesso


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Solues para o Acesso ptico

ONU

ADSL ( < 6 km )

FTTEx

ONU

ADSL2+ (


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FTTB Versus FTTH

FTTH

FTTBFTTP: Fibre-to-the-Premises(Inclui FTTH e FTTB)

Fonte: Verizon,Optical Access 08,Lightwave


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Arquitecturas de Rede

Ponto-a-ponto (P2P)Um porto OLT (converso O/E+E/O) na central local porcada cliente

Ponto-Multiponto (P2MP)Um porto OLT na central por cada N clientes, com N

tipicamente entre 8 e 64


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Arquitecturas de Rede(II)

P2P

P2MP

CentralLocal

ONU/ONT

ONU/ONT

ONU/ONT

ONU/ONT

CentralLocal

ONU/ONT

ONU/ONT

ONU/ONT

ONU/ONT

Ponto dederivao

O ponto de derivao podeser activo ou passivo

Fibra dealimentao


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Ponto-a-Ponto

Duas fibras (Ex: IEEE 802.3z 1000BASE-LX)Uma fibra por cada direco de transmisso (10 km @ 1 Gbps)

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

Fonte: Cisco SFPOptics for GigabitEthernet Applications

1. 25 Gb/s

1. 25 Gb/s

Dbito (linha)

-3 a -9

-3 a -9

Potncia pticaTx (dBm)

10149013101000 Base-BX10-U

10131014901000 Base-BX10-D

Distncia(km)Rx_lambda(nm)Tx _lambda(nm)Norma


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Ponto-Multiponto

Estrela Activa ( Ethernet Activa)

O ponto de derivao um n activo, normalmente um switchEthernet, que usado para agregar trfego proveniente dediferentes ONUs/ONTs: Ethernet comutada+ ponto-a-ponto

Estrela Passiva (PON)O ponto de derivao passivo, ou seja constitudo por umsplitter/combinador ptico passivo: Passive Optical Network

(PON)


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Tipos de PONs

Como todos os ONUs partilham a mesma fibra de alimentaoe o mesmo porto na OLT, necessrio usar tcnicas de

acesso mltiplo para evitar colises na comunicao cliente-central

TDM/PON: O acesso mltiplo opera no domnio do tempo

(TDMA: Time Division Multiple Access), ou seja no permitido aduas ONUs transmitirem no mesmo instante

WDM/PON: O acesso mltiplo opera no domnio do

comprimento de onda (WDMA: Wavelength Division MultipleAccess), ou seja no permitido a duas ONUs transmitirem nomesmo comprimento de onda


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Arquitectura TDM-PON

A ligao descendente (OLT-ONU) feita no comprimento de onda de1490 10 nm e a ascendente (ONU-OLT) no comprimento de onda de1310 50 nm.

As variantes da TDM-PON mais usadas so a GPON (Gigabit PON) eEPON (Ethernet PON). A primeira opera a um dbito de linhaagregado de 2.488/1.244 Gb/s e a segunda a 1.25 Gb/s.

Laser

Receptor

Laser

Receptor

Laser

Receptor

Laser

Receptor

Repartidor/combinador

OLTN derepartio

ONU 1

ONU N

1310/1490 nmmux/demux

1490 nm

1310 nm

ONU k

As ONUs operamao dbito delinha agregado


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GPON vs EPON

EthernetEthernet, ATM, TDMTrfego suportado

55%93%Eficincia mdia ()15/20 dB15/20/25 dBAtenuao mxima

45 Mb/s @ 1:16 (=72%)70 Mb/s @ 1:32 (=92%)Dbito mdio por ONU

10/20 km10/20 kmMximo alcance

1:32 ; 1:16 (tpica)1:64Derivao mxima

1250 Mb/s ((1 Gb/s Eth)155, 622, 1244, 2448 Mb/sDbito de linha ascendente1250 Mb/s (1 Gb/s Eth )1244, 2448 Mb/sDbito de linha descendente

IEEE 802.3ahITU-T G984Norma

EPONGPON

A eficincia da tecnologia refere-se fraco do dbito usada para transporte de dados. A menor eficinciada EPON resulta de tempos de guarda maiores e uma maior cabealho dedicada para correco de erros eoutras funes. No clculo do dbito mdio considerou-se um utilizao completa e sem bloqueio da PON.


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PONs com vdeo overlay

EDFAs

OLT

Fonte: IEEE CommunicationsMagazine, Junho 2008, p. 138, 144

As PON com suporte de vdeo overlay usam umlambda adicional (1550 nm) para difuso de vdeo em RF.


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Repartio multi-andar: Exemplo rede STA

Fonte: IEEE CommunicationsMagazine, Junho 2008, p. 140

Arquitectura da rede Triple Play da STA (Servei de Telecomunicacions dAndorra)

VoIP softswitch Broadband Remote Access Servers

Usa EPONs 1:32, comdois nveis derepartio: 1) 1:4; 2) 1:8.

Objectivo: Ter em 2011,uma penetrao FTTHde 100 % .


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PON vs P2P: Dimenso das Condutas

Exemplo: rede FTTH com 20 000 clientes (Fonte FT, Globecom 08)

Soluo GPON com 1:64: 3 cabos de alimentao, cada cabo

com 144 fibras e com um dimetro de 13.5 mm

Soluo P2P: 28 cabos, cada cabo com 720 fibras e com umdimetro de 25 mm

PON

P2P

A soluo P2P requer umaconduta com uma rea cerca de20 vezes superior PON

Sempre que o espao disponvel nas condutas seja um bem escasso asoluo a adoptar dever ser a PON. Nos outros casos a P2P dever sertida em conta no projecto.

Cabo de13.5 mm

Cabo de

25 mm


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Solues WDM-PON

Nas PON baseadas em WDM (Wavelength DivisionMultiplexing) a cada ONU atribudo um comprimento de onda(lambda)

Tal como no caso do P2P cada ONU opera ao dbito binrioindividual (e no agregado) e a privacidade da ligao estgarantida sem necessidade de encriptao

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

As solues DWDM operam na janela de 1550 nm e asprincipais variantes so: 1) broadcast & select; 2) wavelengthrouting


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Arquitectura DWDM-PON:Broadcast& Select

Na arquitectura broadcast& selecta banda de lambdas usada difundida para todas as ONUs, para posteriormente cada ONUseleccionar o seu lambda prprio usando um filtro ptico.

No sentido ascendente cada ONU emite no seu comprimento de ondaprprio, as quais so combinadas passivamente no n de repartio.

Matriz de Lasers

Matriz deReceptores

Laser

Receptor

Laser

Receptor

Laser

Receptor


OLT N derepartio

ONU 1

ONU N

ONU k

A electrnica de cadaONU opera ao dbitoindividual da ONU

1, 2, ........ ,N

N+1, N+2 .., 2N

1,

2, ........

N,

FiltroN+1

N+k

2N

1, 2, ........ N,

1, 2, ........ N,


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Arquitectura DWDM-PON:Wavelength Routing

O derivador ptico substitudo por um encaminhador ptico tipoAWG (Arrayed Waveguide Grating).

O encaminhador envia os diferentes comprimentos de onda para osdiferentes ONUs. A utilizao do AWG vai eliminar as perdas dederivao da soluo broadcast& select.

Matriz de Lasers

Matriz deReceptores

Laser

Receptor

Laser

Receptor

Laser

Receptor


OLT N derepartio

ONU 1

ONU N

ONU k

Permite suportar mais de 80 lambdas oque corresponde a mais de 40 ONUs,com dbitos individuais por ONU at 10Gb/s.

1, 2, ........ ,N

N+1, N+2 .., 2N

1

SplitterN+1

N+k

2N

N,

k

combinador

AWG


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CWDM-PON

Usa componentes de baixo custo com os lambdas espaados de 20nm. Na segunda e terceira janela (1280-1600 nm) s so suportados16 canais, ou seja 8 ONUs.

Exemplo de uma rede CWDM com 4 lambdas por cada direco e 10Gb/s por canal (Fonte: T. Shih et al., A 40 Gb/s bidirectional CWDM-PON...., OECC08)

CWDM

MUX

CWDM

MUX

WDM

15xxnm

13xx

nm

WDMCWDM

MUX

CWDM

MUX

WDM

WDM

WDM

WDM1510 nm1530 nm1550 nm1570 nm

1290 nm1310 nm1330 nm

1350 nm

WDM

WDM

WDM

WDM

1290 nm

1510 nm

1310 nm

1530 nm

1550 nm

1330 nm

1570 nm

1350 nmOLT Ponto derepartio ONU

10 km, 40 Gb/s

Mulriplexer de13xx /15XX


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WDM-PON: Prs e Contras

Suporta todos os servios (Ethernet, TDM, ATM, etc.) de modotransparente

Suporta dbitos por ONU muito elevados (at 10 Gb/s)

Requer um nmero elevado de interfaces pticas na OLT (16 no casodo CWDM-PON, e vrias dezenas no caso da DWDM-PON)

Requer interfaces pticas coloridas na ONU, j que cada ONUprocessa lambdas diferentes ( problema CAPEX/OPEX)

A variante DWDM requer lasers DFB muito estveis devido aoespaamento entre canais ser reduzido e por isso muito caros

Prs

Contras


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TDM-PON vs WDM-PON

Fonte: Alcatel-Lucent


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WDM-PON: Cenrios de Aplicao

A variante DWDM conduz a solues muito caras, nocompatveis com os requisitos de baixo custo da rede de

acesso

A variante CWDM conduz a redes de dimenses reduzidas epor isso de fraco interesse prtico

A WDM-PON no se afigura como alternativa vivel, pelomenos a curto e mdio prazo, para aplicaes de acessoptico domsticas

As redes hbridas metro-acesso so o cenrio de aplicaomais apropriado para as solues WDM


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Mercado FTTH/B por Tecnologia (previso 2011)

FTTH Market by Technology, Dec 2011

23%

50%

1%

26%

GPON

EPON

Other PON

Active

Fonte: Heavy Reading

report, FTTH WorldwideMarket & TechnologyForecast, 2006-2011, June2006

A tecnologia EPONser dominante nospases asiticos.

A tecnologia GPONser dominante nosEU e Europa.


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Estratgias de Implementao da FTTx

Fonte: Alcatel-Lucent


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Penetrao das Solues FTTH e FTTB em 2008

Fonte:Fiber-to-the-HomeCouncil, Fev. 2008


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Previso para a Penetrao da FTTH/B em 2011

Fonte: HeavyReading, FTTHWorldwide Market& TechnologyForecast, 2006-2011, June 2006

Taxa de penetrao mdia em 2011: 21 %


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Situao da Verizon (USA)

(2008)

Fonte: Verizon,Optical Access 08,Lightwave

Ultrapassa em 8m as previsesda Heavy Reading para USA

FIOS: Fiber

Optic Services


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Evoluo da FTTH nos USA: Casas Passadas

Fonte: RVA LLC,MarketResearch &Consulting

Deciso da FCC (Federal Communication Commission) de desregulamentar o acesso FTTH


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Evoluo da FTTH nos USA: Casas Ligadas

Fonte: RVA LLC,MarketResearch &Consulting


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Previso para FTTH/B em 2011 na EU

Fonte: HeavyReading, FTTH inEurope: Forecast& Prognosis, 2006-2011

Taxa de penetrao mdia em 2011: 15.5 %


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Portugal: Protocolo sobre as RNG

Este protocolo pretende antecipar a meta para 2009da ligao de uma rede de fibra ptica a 1.5 milhes

de utilizadores

1.5 milhes de casas passadas com fibra corresponde a umataxa de penetrao de cerca de 30%


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Portugal: Investimentos j Anunciados

DSTELECOM investe400 ME em redes defibra pticaLusa (2009-03-31)A DSTELECOM juntou-sehoje s empresas queassinaram o protocolo com

o Estado para odesenvolvimento de redesde nova gerao (RNG) ecomprometeu-se a investir400 milhes de euros naconstruo de redes de fibraptica abertas.O compromisso deinvestimento daDSTELECOM vai abrangermais de 50 municpios, oque corresponde a cerca de30 por cento da populaonacional, frisou hoje opresidente executivo dogrupo DST, Jos Teixeira, margem da conferncia

"Portugal em Fibra ptica",organizada pela AssociaoPortuguesa para oDesenvolvimento dasComunicaes (APDC).(Plano de investimento acinco anos)


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SUPER-PON

Usa amplificao ptica de modo aumentar o alcance e ofactor de repartio e tcnicas de acesso mltiplo TDMA

Apresenta problemas de fiabilidade

Fonte: K.-D Langer, Workshop on Optical Access Networks, MUSE, 2005


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Quatro 10G EPONs ligados atravs de um anel com duas fibras unidireccionaisde 100 km

Cada EPON suporta 32 ONUs com uma extenso de 20 km

10 Gb/s EPON de Longo Alcance

OLT

ONU

ONUONU

ONU

ONUONUONUONU

RN 3RN 4

ONUONUONU

ONUONUONU

ONU

ONU

RN 1 RN 2

PSCPSC

PSCPSC

OuterFiber

InnerFiber

P

D

P

U

S

U

S

D

S

CUFRx

Tx

Outer

Fiber

Outer

Fiber

Inner

Fiber

Inner

Fiber

M

OA

OA

C S

S C

WDM

DS US

DF

PON Structure

Inner

Fiber

Outer

Fiber

Outer

Fiber

Inner

Fiber

S

D

P

U

P

U

Fonte: J. Santoset al., OFC08,

paper OTuI2


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SUPER-PON (MUSE)

Fonte: A. Kirstdter,Passive OpticalNetworks, Siemens, 2006

MUSE: Multiservice AccessEverywhereMAP: Metro Access Point


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Concluses

Dbitos de 100 Mb/s por utilizador ser algo comum dentro de 3 a5 anos

Tanto as solues P2P como as solues GPON e EPON tm oseu campo de aplicao no momento actual

As solues WDM-PON so mais apropriadas num cenrio deconvergncia acesso-metro

Introduzindo amplificao ptica possvel aumentar o alcance eo factor de repartio das PONs

A introduo de fibra ptica no acesso a nvel internacionalprossegue a bom ritmo com previses para taxas de penetraosuperiores a 20% em 2011 para vrios pases


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Obrigado pelaAteno!

Joo [email protected]

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