PASSIVE OPTICAL NETWORK - PON

● É uma solução para a rede de acesso, busca eliminar o “gargalo” das atuais conexões entre as redes dos usuários e as redes MAN e WAN.

● A solução PON não inclui equipamentos ativos na rede externa, diminuindo o custo de instalação, operação e manutenção.

● Atende as demandas de serviços de voz, dados, Internet, vídeo conferencia, vídeo sob-demanda e TV por assinatura.

● Corresponde ao padrão G.983 do ITU-T, o qual é baseado em uma solução utilizando ATM.

● A força tarefa Ethernet para a Primeira Milha (EFM) do IEEE, apoia a solução utilizando Ethernet. Além de solução com fibra a EFM desenvolve soluções com cobre ( par trançado e cabo coaxial).

Soluções para rede de acesso utilizando fibra óptica FTTx

OLT

OLT

OLT

Curb

Build/Business

ONU

ONU

ONU

UNISNI

fibra

fibra

fibra

cobre

cobre

FTTC

FTTB

FTTH

OLT – Optical Line Terminal – terminal da linha no nó da redeONU – Optical Network Unit – terminal da linha no residência do usuárioSNI – System Network Interface – interface entre a rede de acesso e a núcleo da redeUNI – Unit Network Interface – interface entre a rede de acesso e a rede do usuárioFTTC – Fibre To The Curb – fibra até o armário.FTTB – Fibre To The Build/Business – fibra até a construção ou empresaFTTH – Fibre To The Home – fibra até a residencia (casa ou empresa)

Possíveis vantagens da rede EPON sobre a rede PON:

a) Menor número de protocolos.

● As redes locais geralmente são Ethernet e muitas redes MAN e WAN também utilizam esse protocolo.

● As redes com ATM necessitam do SDH, portanto além da conversão IP para ATM, há necessidade de encapsular o ATM em E1, E3 ou STMs.

● As células ATM necessitam de 5 bytes de cabeçalho. Como cada célula tem 53 bytes, um boa parcela da taxa de transmissão é perdida nesses cabeçalhos.

b) Menor custo de Instalação, Operação e Manutenção

Os equipamentos Ethernet historicamente diminuem rapidamente o seu custo. Além disso a existência de um único protocolo, o qual é muito conhecido, diminui o custo de operação e manutenção da rede.

c) flexibilidade na alocação de taxas de transmissão para os usuários

O padrão Ethernet permite a configuração de taxas de transmissão entre 1 e 1000 Mbps, sem troca de equipamentos. O ATM necessita da inclusão de novos equipamentos quanto atinge um dos níveis do SDH.

Tecnologias PON referentes aos Padrões do ITU-T

APON – ATM PON – 1 Gbps downstream

BPON – Broadband Pon - 2.4 Gbit/s downstream e 1.2 Gbit/s upstream, 128 usuários

GPON – 2,5 Gbps de downstream e 1,25 Gbps de upstream divididos no máximo por 128 usuários.

XG-PON – 10 Gbps de downstream e 2,5 Gbps de upstream divididos no máximo para 128 usuários

NG-PON2 (previsão 2015) – 40 Gbps de dowstream e 10Gbps de upstream com previsões mínima de 64 usuários e máxima de 256 usuários com uso de uma quantidade maior de

Tecnologias PON referentes aos Padrões do ITU-T

Comprimentos máximos dos enlaces entre OLT e ONU

GPON – 20 Km com 28dB de atenuação e 128 assinantes.

XG-PON – 20 Km com 29 dB de atenuação e 128 assinantes

NG-PON2 – 20Km com 64 assinantes

Tecnologias PON referentes aos padrões IEEE

EPON – 1 Gbps ou 2 Gbps simétrico

10G-EPON – 10 Gbps simétrico.

GPON – 2,5 Gbps de downstream e 1,25 Gbps de upstream divididos no máximo por 128 usuários.

XG-PON – 10 Gbps de downstream e 2,5 Gbps de upstream divididos no máximo para 128 usuários

NG-PON2 (previsão 2015) – 40 Gbps de dowstream e 10Gbps de upstream com previsões mínima de 64 usuários e máxima de 256 usuários com uso de uma quantidade maior de

NG-PON2 (previsão 2015)

40 Gbps de dowstream e 10 Gbps utilizando 4 s

80 Gbps de dowstream e 20 Gbps de upstream com 8s.

Serviço empresarial com taxas simétricas de 40 ou 80 Gbps.

EPONS com dois comprimentos de onda

● Suportam trafego de voz, dados e TV-IP.

● Utilizam o comprimento de 1510 nm para o downstream e o de 1310 para o upstream.

● EPONs com três comprimentos de onda suportam além desses serviços, serviços de rádio freqüência, CATV e DWDM.

● Usando uma taxa de 1,25 Gbps, comunicação bidirecional, a atenuação permite cobrir 20 Km, com 32 emendas de fibra.

● Suportam trafego de voz, dados, TV-IP, serviços de rádio freqüência, CATV e DWDM.

● Os comprimentos de 1510 e 1310 são utilizados de mesma forma que na EPON com dois comprimentos de onda.

● O comprimento de onda de 1550 é utilizado para transmissão de vídeo, no downstream. O vídeo é codificado em MPG2 (Moving Pictures Experts Group – Layer 2) e utiliza modulação em quadratura para transmissão (QAM).

● Nesta configuração é possível cobrir 18 Km com 32 emendas de fibra.

EPONS com Três comprimentos de onda

EPONS com Três comprimentos de onda

● Redes EPON com três comprimentos de onda podem ser projetadas para suportar sistemas DWDM.

● A janela de 1550 (1535 – 1560) é reservada para a transmissão DWDM.

● Nessa configuração os equipamentos OLT e ONU precisam dar suporte ao DWDM.

Ethernet Ponto a Ponto

Ethernet Ponto a Ponto

Arquitetura da PON

● Gateway de voz – transporta o trafego localmente comutado para a PSTN.

● Roteador IP - direciona o tráfego de dados para o núcleo da rede de dados.

● Equipamento de rede de vídeo – transporta os dados de vídeo para o núcleo da rede de vídeo.

● DCSs – Digital Cross-Conects - transporta o trafégo TDM não comutado para a PSTN telefônica. (E1,E3, STM)

● EMS - elemento de gerenciamento do sistema. Gerencia a interface núcleo/ rede de acesso

● Atende até 16.384 assinantes.

A OLT faz a interface entre a rede de acesso e o núcleo. Componentes comuns desse equipamento são:

Arquitetura da PON

● Interface de multi-serviço para a rede WAN.

● Interface gigabit ethernet para a PON.

● Roteamento e comutação da camada 2 e 3.

● Provedor de qualidade de serviço (QoS) e contrato de nível de serviço (SLA)

● Agregação de tráfego.

As funções chaves e características principais desse equipamento são:

Arquitetura da PON

● interfaces do cliente para PSTN, ethernet 10/100/1000, E1, SDH, IP multi-tarefa e serviços com dedicado.

● Capacidade de comutação e roteamento de camada 2 e 3.

● Suportar dezenas de usuários simultâneos.

A ONU apresenta as seguintes funções e características principais:

Arquitetura da PON

● Entre a OLT e as ONU existem apenas fibras ópticas monomodo e um acoplador/derivador.

● O fluxo que saí da OLT é distribuido para todas as ONU.

● O fluxo que chega na OLT é resultado do acoplamento dos fluxos individuais de cada ONU.

● Uma OLT atende até 64 usuários, diminuindo o custo de implementação do sistema, o espaço necessário nas instalações da operadora e o número de fontes ópticas.

Transmissão da OLT para as ONUs - downstream

● Formado por pacotes de diferentes tamanhos (seguindo os padrões IEEE 802.3)

● Transmitido por difusão para todas as ONU. Cada pacote possui um cabeçalho que indica o endereço da ONU destinatária.

● Permite broadcast e multicast.

● No divisor/acoplador, o fluxo de dados é enviado para todas as portas de saída.

● Cada ONU receberá todos os pacotes do Downstream, porém somente enviará para o usuário final os pacotes cujo o endereço coincida com o seu.

Transmissão da OLT para as ONUs - downstream

● O trafego é segmentado em quadros fixos (slots), os quais são preenchidos com múltiplos pacotes de tamanhos variáveis.

● A informação de relógio, na forma de uma marca de sincronismo, é incluída no início e no final de cada quadro.

● O sincronismo é um código do tamanho e um byte, que é transmitido a cada 2ms para sincronizar as ONUs com a OLT.

● A taxa de transmissão é de 1 Gbps.

Transmissão das ONUs para a OLT - Upstream

● O trafego de pacotes é gerenciado pela técnica TDM.

● Cada ONU possui um slot para transmitir a informação.

Transmissão das ONUs para a OLT - Upstream

● O trafego upstream é segmentado em quadros (time-slots), intervalos de 2ms. Há um cabeçalho no início de cada quadro

● Cada quadro é segmentado em time-slots para cada uma das ONU. Os time-slots são preparados para a transmissão de pacotes de tamanhos variados.

● Cada pacote tem um cabeçalho, o qual contem uma banda de guarda, indicadores de temporização e indicação da potência do sinal.

● Quando não existe trafego a partir da ONU, o time slot pode ser preenchido com um enchimento.

Qualidade de serviço, segurança e confiabilidade nas EPONs

● A qualidade de serviço e a segurança são garantindas com soluções DiffServ e TOS Field.

● Uma arquitetura alternativa com duplo anel entre o acoplador e a central fornece total redundância e caminho de proteção.

● Segurança multi-camada, semelhante a VLAN de grupos fechados e suporte para VPN, IPsec e tunelamento.

Referências

International Engineering Consortium - www.iec.org/online/tutorials/epon/topic05.html

ITU-T Recommendation G.983.1