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Evoluções das Técnicas de Acesso Múltiplo para as RedesÓpticas Passivas - PON

Autores: - José Valdemir dos Reis Junior1, 2, - Guilherme Enéas Vaz Silva3,

- Heitor Bruno Oliveira Galvão3, - Anderson Leonardo Sanches1,

- Thiago Roberto Raddo1.

1Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo (EESC/USP) 13566-590 – São Carlos – SP – Brasil 2 Colégio Técnico de Teresina – Universidade Federal do Piauí (CTT/UFPI), Campus Universitário Ministro Petrônio Portella - Bairro Ininga. 64049-550 – Teresina – PI – Brasil.3 Universidade Estadual do Piauí – Campus Torquato Neto, Centro de Tecnologia e Urbanismo (CTU/UESPI) – Teresina – PI – Brasil.

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Roteiro

1.Introdução

1.1 Cenário Atual da Infraestrutura das operadoras

1.2 Componentes das Redes Ópticas de Acesso

2.Redes Ópticas Passivas

2.1 TDMA-PON

2.2 WDMA-PON

2.3 OCDMA-PON

2.4 Interferência de acesso múltiplo (MAI)

3.Redes Hibridas

3.1 Migração OCDMA-WDMA-TDMA

4.Conclusão

5.Trabalhos Futuros

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1. Introdução

Evolução rápida do mercado de telecomunicações

Novos serviços oferecidos para os usuários finais, dentre eles destaca-se o serviço triple-play

Essa evolução natural vem exigindo que as estruturas de rede ofereçam largura de banda adequada

Contempla tecnologias que incluem a XDSL: termo genérico utilizado para representar todas as tecnologias de Linha Digital de Assinante (DSL), e o WIMAX.

Contudo, nenhuma destas estruturas proporciona a largura de banda e qualidade de serviço proporcionados pelas redes de fibras ópticas

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1.1 Cenário atual da infraestrutura das operadoras

No caso de acesso provido por redes de fibras ópticas, uma das possibilidades apresentadas é a solução FTTx.

Esta solução apresenta derivações estruturais: FTTB, FTTC, FTTH(onde o atendimento é realizado via fibra óptica instalada diretamente na residência do cliente).

A escolha de uma determinada estrutura está diretamente relacionada aos custos operacionais (OPEX) e ao capital disponível para sua implantação (CAPEX).

A opção com melhor desempenho em termos de maior largura de banda disponibilizada é a utilização da FTTH,

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1.2. Componentes das Redes Ópticas de Acesso

► Terminal de Rede Óptica (OLT)

- Responsável pelo gerenciamento da rede

- Localizado entre a interface dos nós de serviço, pertencente ao

núcleo da rede, e a PON ► A unidade de Rede Óptica - ONU

- Interliga à OLT e a interface de rede do usuário

► Distribuidor de Rede Óptica – ODN

- Fornece os meios ópticos de transmissão ( fibras, Splitter, Multiplexador, Demultiplexador, AWG )

Esquema de Rede Óptica de Acesso

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2. Redes Ópticas Passivas

Trafego: o sentido downstream parte da OLT para as ONUs, no sentido upstream, por sua vez, é direcionado das ONUs para as OLTs

Para evitar problemas como perda de informações e degradação do desempenho e gerenciamento da rede diversas técnicas de acesso múltiplo têm sido investigadas tais como:

- acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA),

- acesso múltiplo por divisão de comprimento de onda (WDMA),

- acesso múltiplo por divisão de códigos (OCDMA).

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2.1 TDMA-PON

Pacotes de upstream são intervalados no tempo, exigindo bastante sincronismo dos pacotes no instante das transmissões nas ONU’s

A OLT orienta as ONU’s quando enviar os seus respectivos pacotes.

OLT com receptor em modalidade de rajada, permite sincronizar rapidamente pacotes vindo de diferentes ONU’s e podem também ajudar os diferentes níveis de amplitude dos pacotes devido às possíveis perdas no caminho

Cada assinante pode utilizar a largura de banda total para upstream na duração do seu slot de tempo predefinido.

Esquema de TDMA-PON

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2.2 WDMA-PON

♦ Toda ONU usa um canal com diferente comprimento de onda para enviar seus pacotes as OLT

♦ Exige alta capacidade para isolar os comprimentos de onda no demultiplexador a fim de evitar Crosstalk

♦ Utiliza multiplexador/demultiplexador ao invés de separador de potências, apresentado no esquema TDMA-PON

♦ Apresenta para cada assinante um canal ponto a ponto dedicado para a OLT, embora eles compartilhem uma arquitetura física ponto multiponto

Esquema de WDMA-PON

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2.3 OCDMA-PON

♦ Cada ONU usa uma seqüência de assinatura (código) diferente de pulso óptico

♦ Na OLT o sinal recebido e correlacionado com uma seqüência de assinatura já conhecida

♦ Utiliza multiplexador/demultiplexador na rede de distribuição

♦ Transmissão assíncrona, segura, capacidade flexível sob demanda

Esquema de OCDMA-PON

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2.3 OCDMA-PON

♦ Nos sistemas OCDMA-PON cada bit é dividido em intervalos de tempo denominados chips.

♦ Uma seqüência especifica de chips permite a formação de uma assinatura (código OCDMA), distinta para cada usuário da rede.

♦ Assim os bits “1” a serem transmitidos são codificados no formato da assinatura dos usuários. Para os bits “0”, ou não se transmite nada ou transmite-se o complemento da assinatura.

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2.3 OCDMA-PON

Há diversas técnicas disponíveis para efetuar a codificação e decodificação de dados dos usuários nos sistemas OCDMA.

As primeiras a serem utilizadas são conhecidas como técnicas de codificação temporal, que manipulam somente o domínio do tempo para codificar o bit de informação do usuário.

O período de bit Tb é subdividido em L períodos menores, conhecidos como períodos de chip Tc. A quantidade dos chips iluminados durante a transmissão de um bit “1” é definida pela ponderação do código.

Codificador OCDMA 1-D

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2.3 OCDMA-PON

A limitação de atender o maior numero de usuarios sem perder a ortogonalidade nas redes 1-D pode ser elegantemente contornada pela adição de uma outra dimensão ao código, por exemplo, pela adição de comprimentos de onda.

Códigos como esses são denominados de códigos bi-dimensionais (2-D).

Códigos 2-D são definidos em termos de uma matriz onde as linhas representam os diversos comprimentos de ondas adotados e as colunas os deslocamentos de tempo.

Codificador OCDMA 2-D

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2.4 Interferência de acesso múltiplo (MAI).

Principal fator de limitação de desempenho dos sistemas OCDMA-PON

Ocorre quando usuários coexistem simultaneamente no canal, de modo que sinais codificados de usuários não desejados geram ruídos, ou seja, causam interferência no código do usuário de interesse.

Uma das técnicas utilizadas para compensar a degradação na taxa de erro de bit do sistema ocasionado pela MAI é a utilização de técnicas de correção de erro posterior (FEC)

Nestas técnicas, bits de paridade são acrescidos aos bits de informação dos usuários.

Em uma etapa posterior à decodificação, esses bits de paridade são manipulados a fim de se localizar e corrigir determinadas quantidades de erros.

Este processo é determinado de acordo com o algoritmo e a quantidade de bits de paridade inseridos.

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3. Redes Hibridas

Esta configuração de rede é conhecida na literatura como HPON (Hybrid PON)

Nos sistemas OCDMA, pode ser destacado o fato de todos os usuários poderem transmitir dados simultaneamente

Outro atrativo importante deste sistema está no alto nível de segurança quando comparado ao TDMA, WDMA (já que estes necessitam de encriptação no domínio elétrico).

Utilização da combinação das diversas técnicas(OCDMA, WDMA, TDMA) a fim de obter um melhor desempenho para as redes de acesso.

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3.1 MIGRAÇÃO OCDMA-WDMA-TDMA

♦ ONU’s equipadas como receptores e transmissores OCDMA alem dos existentes para TDMA e WDMA

♦ Verifica-se na figura ao lado que a ONU-1 e ONU-2 utilizam um mesmo comprimento de onda para TDMA, as ONU-3 e ONU-4 utilizam múltiplos comprimentos de onda para prover o WDMA, as ONU-5 e ONU-6 utilizam o mesmo comprimento de onda porem provendo acesso via CDMA, através da utilização dos códigos

Cenário – Com as 3 Técnicas de Acesso

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Substituto aos splitter-combiner para prover serviços a uma rede híbrida TDMA - WDMA - CDMA-PON

♦ O splitter-combiner deve ser substituído por vários multiplexadores WDM e seletores de comprimento de onda (WS)

♦ Os seletores de comprimento de onda (WS) são dispositivos multiplexadores WDM passivo que geralmente são utilizados para separar comprimentos de onda dos sinais e de dados

3.1 MIGRAÇÃO OCDMA-WDMA-TDMA

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4. Conclusão

♦ Verificou-se que os sistemas ópticos baseados nas tecnologias TDMA e WDMA possuem alocações de canais fixas, caracterizando-os como sistemas determinísticos.

♦ WDMA apresenta, por sua vez, a vantagem de poder apresentar uma topologia virtual ponto a ponto, possibilidade de roteamento óptico dinâmico baseado nos comprimento de onda, e realocação da capacidade do tráfego. Como desvantagem, esta rede necessita ajuste fino dos comprimentos de onda, possibilidade de crosstalk entre comprimentos de onda distintos, e um maior custo dos dispositivos.

♦ As redes OCDMA apresentam como diferencial o fato de serem totalmente assíncronas, além de oferecerem um elevado grau de segurança em virtude da codificação das informações dos usuários.

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5. Trabalhos futuros

♦ Técnicas de redução da taxa de erro de bit (BER); ♦ Técnicas de correção avançada de erro (FEC); ♦ Modelagem estatística da rede; ♦ Modelagem da segurança da informação (eavesdropping).

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Contato:heitorbrunogalvao@gmail.com