GPON A Rede Óptica Pasiva com Capacidade de Gigabit (GPON ou Gigabit-capable Passive Optical Network em inglês) foi aprovada em 2003-2004 por ITU-T nas recomendações G.984.1, G.984.2, G.984.3, G.984.4 e G.984.5. Todos os fabricantes de equipas devem a cumprir para garantir a interoperabilidad. Trata-se das estandardizações das redes PÕE a velocidades superiores a 1 Gbps. Ficheiro:Gpon.png Esquema Básico de uma Rede GPON com seus elementos
Índice [ocultar] • 1 Objectivos • 2 Características e Técnicas o 2.1 Multiplexación da Informação
2.2 Potência e Alcance o 2.3 Sentido Descendente – TDM o 2.4 Sentido Ascendente – TDMA o 2.5 Identificação de Utentes o 2.6 Configuração Remota das ONT’S o 2.7 Protocolos de Transporte o 2.8 Implementação Multicast Elementos o 3.1 OLT (Optical Line Termination) o 3.2 ONT (Optical Network Termination) o 3.3 MDU (Multi Dwelling Unit) Aplicações Serviços que oferece Resumem principais parámetros Conclusões e Perspectivas Futuras Enlaces externos o
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Objectivos Este novo regular surgiu com o fim de estabelecer novas exigências à rede: Suporte de todos os serviços: voz (TDM, tanto SONET como SDH), Ethernet (10/100 BaseT), ATM,… •
Alcance máximo de 20 km, ainda que o regular preparou-se para que possa chegar até os 60 km • Suporte de vários bitrate com o mesmo protocolo, incluindo velocidades simétricas de 622 Mb/s, 1.25 Gb/s, e asimétricas de 2.5 Gb/s no enlace descendente e 1.25 Gb/s no ascendente. • OAM&P extremo a extremo. • Segurança do nível de protocolo para o enlace descendente devido à natureza multicast de PÕE. • O número máximo de utentes que podem pendurar de uma mesma fibra é 64 (o sistema está preparado para dar até 128). •
Características e Técnicas Multiplexación da Informação Tanto o sentido descendente como o ascendente viajam na mesma fibra óptica. Para isso se utiliza uma multiplexación WDM (Wavelength Division Multiplexing).
Potência e Alcance O alcance de uma equipa vem dado pela atenuación máxima que é capaz de suportar sem perder o serviço. A atenuación máxima suportada por um sistema virá dada pela potência máxima garantida pela OLT (Optical Line Terminal) menos a potência mínima que é capaz de perceber a ONT (Optical Network Units). O regular GPON define diferentes tipos de lasers (medidos em dBm): OLT: TIPO --------> Pot. Média Mín. A -------------------> - 4 B+ -----------------> +1 C -------------------> +5 ONT: TIPO ---------> Sensibilidade Mínima do Receptor A -----------------------> -25
B+ ---------------------.> -27 C ------------------------> -26 Os fabricantes têm-se decantado pelos lasers B+ pelo que a atenuación máxima que se pode assegurar para que funcione o serviço é 28 dB. A atenuación de um nível de splitting mais os conectores é de 20 dB. Ficariam 8 dB para a atenuación da fibra. A cada km são uns 0.4 dB, pelo que o alcance máximo seria de 20 km.
Sentido Descendente – TDM Utiliza-se tecnologia TDM (Time Division Multiplexing). Todos os dados se transmitem a todas as ONTs (o splitter é um elemento pasivo que simplesmente replica os dados). A cada ONT filtra os dados recebidos (só fica com aqueles que vão dirigidos para ele). Tem o problema de que o operador/utente pode querer confidencialidad dos dados. Devido a esta confidencialidad pode-se utilizar cifrado dos dados.
Sentido Ascendente – TDMA Utiliza-se tecnologia TDMA (Time Division Multiple Access). A OLT controla o canal ascendente, atribuindo janelas às ONT. Requer-se um controle de acesso ao médio para evitar colisões e para distribuir o largo de banda entre os utentes. Ao ser o splitter um elemento pasivo, é necessária a perfeita sincronización dos pacotes ascendentes que lhe cheguem, para que seja capaz de formar a trama GPON. É por isso necessário que a OLT conheça a distância à que estão as ONTs para ter em conta o retardo.
Identificação de Utentes Todos os elementos situados entre OLT e ONT (fibra óptica, splitters, repartidores e conectores) são elementos pasivos (não requerem alimentação eléctrica). Isto implica que a OLT precisa um mecanismo que lhe permita identificar à cada um dos utentes que tem ligados a uma mesma fibra. Para isso se criou um elemento denominado número de série de ONT, que deve estar configurado tanto na OLT como na
ONT. A OLT deve ter um registo dos números de série de ONT de todos os utentes e a que porto pertencem (de que fibra penduram). O número de série este composto por 8 bytes (64 bits). Os primeiros 4 bytes identificam ao fabricante e os 4 seguintes à ONT propriamente dita. Para que seja mais manejable, se costuma converter o número a ASCII (8 caracteres ASCII) ou a hexadecimal (16 caracteres hexadecimales).
Configuração Remota das ONT’S Um dos principais problemas que se tentou resolver na tecnologia GPON tem sido o conseguir gestão remota do equipamento de utente, já que a cada visita a casa do cliente supõe um elevado custo económico. Isto permite reduzir os custos derivados do OPEX. Para isso, dentro da norma GPON se desenvolveu um protocolo denominado OMCI (ONT Management and Controle Interface). Este protocolo permite a configuração remota das ONTs. Para a cada ONT estabelece-se um canal de gestão entre OLT e ONT. Inclui gestão, rendimento, monitorización de alarmes, falhas e prestações. O protocolo OMCI é um dos aspectos fundamentais para garantir a interoperabilidad entre fabricantes. Há diversos mecanismos de transmissão da informação OMCI.
Protocolos de Transporte A norma GPON contempla duas possibilidades referentes aos protocolos de transporte que se podem utilizar: ATM: é o utilizado por APON e BPON, pelo que é uma solução continuista. • GEM (GPON Encapsulation Method): trata-se de um novo protocolo definido pelo G.984s para utilizar-se em GPON. •
Apesar de existir as duas possibilidades, os fabricantes têm-se decantado por implementar somente a solução GEM. A pilha de protocolos ficaria da seguinte maneira: Ethernet sobre GEM, e este sobre TDM/TDMA
Implementação Multicast
Multicast é o protocolo utilizado para a difusión de televisão. Não confundir com o serviço de video baixo demanda. Este protocolo, integrado na ONT, OLT e descodificador, permite ao utente seleccionar o canal de televisão que recebe na cada momento. GPON é uma tecnologia ponto a multipunto, no que todos os utentes recebem a mesma informação, mas só que combinam com a que está dirigida a eles. Se dois utentes pedem o mesmo canal, pára que o vou enviar duas vezes se os utentes recebem toda a informação? O regular GPON desenhou-se para que uma parte da trama GPON esteja dedicada ao tráfico multicast, de tal maneira que seja accesible por todos os utentes. Esta é a maneira de conseguir enviar uma sozinha cópia da cada canal independentemente dos utentes que a estejam a solicitar.
Elementos OLT (Optical Line Termination) Ficheiro:Gpon olt.jpg Exemplo de OLT É o elemento activo situado na central telefónica. Dele partem as fibras ópticas para os utentes (a cada OLT costuma ter capacidade para dar serviço a vários milhares de utentes). Agrega o tráfico proveniente dos clientes e encaminha-o para a rede de agregación. Realiza funções de router para poder oferecer todos os serviços demandados pelos utentes.
ONT (Optical Network Termination) É o elemento situado em casa do utente que termina a fibra óptica e oferece as interfaces de utente. Actualmente não existe interoperabilidad entre elementos, pelo que deve ser do mesmo fabricante que a OLT. Se esta trabalhando para conseguir a interoperabilidad entre fabricantes, o que permitiria abrir o mercado e abaratar preços (situação actualmente conseguida pelas tecnologias XDSL) Ficheiro:Gpon ont.jpg
Exemplo de ONT No caso das ONTs de exterior, devem estar preparadas para suportar as inclemencias meteorológicas e costumam estar equipadas com baterías. Existe uma grande variedad de ONTs, em função dos serviços que se queiram oferecer e as interfaces que ofereçam ao utente: Interfaces fast ethernet, que podem atingir velocidades de até 100 Mbps. Costumam-se utilizar em utentes residenciais para oferecer serviços de televisão ou Internet. • Interfaces gigabit ethernet, que podem atingir velocidades de até 1 Gbps. Utilizam-se para dar serviços a empresas. • Interfaces RJ11, que se utilizam para ligar telefones analógicos e oferecer serviços de voz. • Interfaces E1 ou STM-1, para dar serviços específicos de empresa. •
É fundamental para o desenvolvimento do mercado atingir a interoperabilidad OLT-ONT entre diferentes fabricantes.
MDU (Multi Dwelling Unit) Permite oferecer serviço a múltiplos utentes, em frente às ONTs que dão serviço a um único cliente. Existem vários modelos de MDU entre os que destacam estes dois: MDU XDSL: Termina a fibra óptica que chega da central telefónica. Utiliza tecnologia XDSL para oferecer serviços aos utentes. Vão integrados dentro de um armário, que se localiza em uma zona comum do edifício, com fácil acesso aos pares de cobre que chegam aos andares. •
A vantagem fundamental que oferecem com respeito às ONTs é que permitem aproveitar as atiradas de cobre que existem nos edifícios. A desventaja é que têm todas as limitações das tecnologias XDSL. MDU com interfaces fase ethernet: Estão equipadas com uma grande quantidade de interfaces ethernet e permitem dar serviço a um edifício que esteja instalado com RJ45 ou a uma empresa. •
Aplicações • • •
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Fibra até X (FTTX) Regulado por FSAN Alcance : 20 km • Ethernet em theFirstMile (EFM) (conexão de rede entre as instalações do cliente e o escritório central). :::*Regulado por IEEE 802.03ah Alcance: 750 m –2,7 km Distribuição de tv digital
Serviços que oferece GPON é um regular muito potente mas ao mesmo tempo muito complexo de implementar que oferece: Suporte global multiservicio: incluindo voz (TDM, SONET, SDH), Ethernet 10/100 Baseie T, ATM, Frame Relay e muitas mais • Alcance físico de 20 km • Suporte para várias taxas de transferência, incluindo tráfico simétrico de 622Mbps, tráfico simétrico de 1.25Gbps e asimétrico de 2.5Gbps em sentido descendente e 1.25 em sentido ascendente. • Importantes facilidades de gestão, operação e manutenção, desde a cabeceira OLT ao equipamento de utente ONT. • Segurança a nível de protocolo (cifrado) devido à natureza multicast do protocolo. •
Resumem principais parámetros Fluxo Fluxo de de Protoco Arquitectu Splitt Organis baixad subid lo ra er mo a de a de Regular bico bico 2.5 2.5 ATM GPON 1x64 ITU-T Gbps Gbps G.984
Conclusões e Perspectivas Futuras A maioria dos grandes operadores actuais têmse decantado pela tecnologia GPON. Em 2007 muitas operadoras têm realizado “provas piloto”
com poucos utentes. O objectivo destas provas é começar a vislumbrar as dificuldades de trabalhar a fibra óptica. Ao longo de 2008 espera-se o lançamento “em massa” de serviços sobre GPON. A modo de exemplo, Verizon espera ter 6 milhões de lares ligados em 2008 (18 milhões para 2010) e France Telecom ligará a 200.000 utentes em 2008.
WDM-PON: A rede de tecnologia de acesso do futuro O
último
passo
na
evolução
...?
O aparecimento do xDSL foi um passo importante na escala da evolução de kilobit para megabit no acesso residencial e empresarial. O ADSL tem sido o protagonista da mudança, juntamente com a nova geração ADSL2 + e VDSL2 que nos trazem mais perto do 100 Megabits nos pontos de acesso sobre par de cobre. O próximo passo na evolução é, sem dúvida, a fibra óptica, tanto no modo ponto a ponto como em todas as suas alternativas PON (Passive Optical Network): EPON, GEPON, GPON. Hoje em dia existem muitos operadores e serviços disponíveis, tanto no modo dedicado como GPON, oferecendo velocidades acima da escada do Gigabit, mas . . . qual o próximo passo na evolução ?
O GPON tem a desvantagem de multiplexar dados de vários utilizadores, o que reduz a capacidade real da fibra, uma vez que os utilizadores têm de partilhar a largura de banda disponível, quando não dispõem de uma ligação ponto a ponto. Outro aspecto importante, prende-se com o modo como o GPON origina a partilha de tráfego entre todos os clientes, ainda que com o recurso à utilização de mecanismos de encriptação. A Teldat na sua busca contínua de melhoria, e em conjunto com empresas líderes neste sector, investigou e desenvolveu o que poderia ser chamado a próxima etapa na evolução das tecnologias de acesso. A ideia é melhorar os sistemas PON, para que, sem exigir um grande investimento em infraestruturas aos operadores, se possa oferecer de forma massiva um serviço onde cada utilizador possa desfrutar de toda a largura de banda permitida pela fibra e com uma verdadeira segregação do tráfego dos utilizadores finais.
A solução é inovadora e revolucionária. Embora a tecnologia se baseie na multiplexagem por comprimento de onda, tem a particularidade de utilizar "colour-less optics”, onde os dispositivos laser dos equipamentos ligados à fibra de cada cliente sintonizam automaticamente o seu comprimento de onda, utilizando o mesmo hardware em todos os clientes. (ao contrário da tecnologia WDM e DWDM actual, que exige distintos lasers, mais onerosos, para cada comprimento de onda). A aplicação de tecnologias WDM às arquitecturas PON (o nome deste novo paradigma de comunicação é "WDM-PON") desenha um novo cenário que multiplica a velocidade do acesso para os utilizadores de forma nunca antes vista. A Teldat trabalha nesta tecnologia desde o início de 2009 numa parceria com a LG-Nortel, inventora desta tecnologia, e criadora dos módulos de laser sintonizáveis "colourless-less" que os ATLAS –x60 incorporam. A solução está disponível tanto nos equipamentos centrais, fabricados pela LG-Nortel, como nos equipamentos de cliente Atlas-x60 com cartas WDMPON, tal como demonstrado na feira Broadband World Forum 2009, em Paris. Visita Wikilingue.com
Rede óptica pasiva
Rede óptica pasiva (Redireccionado de PÕE)
Uma rede óptica pasiva (do inglês Passive Optical Network, conhecida como PÕE) permite eliminar todos os componentes activos existentes entre o servidor e o cliente introduzindo em seu lugar componentes ópticos pasivos (divisores ópticos pasivos) para guiar o tráfico pela rede, cujo elemento principal é o dispositivo divisor óptico (conhecido como splitter). A utilização destes sistemas pasivos reduz consideravelmente os custos e são utilizados nas redes FTTH.
Índice [ocultar] • 1 Motivos do aparecimento das redes de fibra óptica]] • 2 Estrutura e funcionamento de uma rede PÕE o 2.1 Canal descendente
2.2 Canal ascendente o 2.3 Aspectos a contemplar Vantagens das redes ópticas pasivas (PÕE) Estándares o 4.1 ITU-T G.983 o 4.2 ITU-T G.984 o 4.3 IEEE 802.3ah Veja-se também Enlaces externos o
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Motivos do aparecimento das redes de fibra óptica]] Na actualidade seguimos trabalhando com tecnologias que explodem o bucle de abonado de cobre (como por exemplo o ADSL); mas, mesmo assim, é necessário cobrir a contínua demanda dos utentes de um largo de banda maior. É neste ponto onde se acha o inconveniente das tecnologias baseadas em cobre: só podem oferecer no máximo um largo de banda em canal descendente de 8 Mbps e em ascendente até os 4 Mbps. Ademais, a isto é necessário lhe somar o facto que estes valores diminuem rapidamente à medida que a distância entre o utente e a central aumenta.
As redes de fibra óptica]] surgem como a grande solução ao problema devido a dois aspectos em concreto: Um largo de banda bem mais grande. • O descenso contínuo dos preços dos lasers. •
Estrutura e funcionamento de uma rede PÕE Uma rede óptica pasiva está formada basicamente por: Um modulo OLT (Optical Line Terminal - Unidade Óptica Terminal de Linha) que se encontra no nodo central. • Um divisor óptico (splitter). • Várias ONUs (Optical Network Unit - Unidade Óptica de Utente) que estão localizadas no domicílio do utente. •
A transmissão realiza-se então entre a OLT e a ONU que se comunicam através do divisor, cuja função depende de se o canal é ascendente ou descendente. Em definitiva, PÕE trabalha em modo de radiodifusión utilizando splitters (divisores) ópticos ou autocarros.
Canal descendente Em canal descendente, uma rede PÕE é uma rede ponto-multipunto onde a OLT envia uma série de conteúdos que recebe o divisor e que se encarrega de repartir a todas as unidades ONU, cujo objectivo é o de filtrar e só enviar ao utente aqueles conteúdos que vão dirigidos a ele. Neste procedimento utiliza-se a multiplexación no tempo (TDM) para enviar a informação em diferentes instantes de tempo.
Canal ascendente Em canal ascendente uma PÕE é uma rede ponto a ponto onde as diferentes ONUs transmitem contidos à OLT. Por este motivo também é necessário o uso de TDMA para que a cada ONU envie a informação em diferentes instantes de tempo, controlados pela unidade OLT. Ao mesmo tempo, todos os utentes se sincronizan através de um processo conhecido como "Ranging".
Aspectos a contemplar Para que não se produzam interferencias entre os conteúdos em canal descendente e ascendente se utilizam duas longitudes de onda diferentes superpuestas utilizando técnicas WDM (Wavelength Division
Multiplexing). Ao utilizar longitudes diferentes é necessário, portanto, o uso de filtros ópticos para separá-las depois. Finalmente, as redes ópticas pasivas contemplam o problema da distância entre utente e central; de tal maneira, que um utente próximo à central precisará uma potência menor da ráfaga de conteúdos para não saturar sua fotodiodo, enquanto um utente longínquo precisará uma potência maior. Esta condição está contemplada dentro da nova óptica.
Vantagens das redes ópticas pasivas (PÕE) Aumento da cobertura até os 20 Km. (desde a central). Com tecnologias DSL como máximo se cobre até os 5,5 Km. • Oferecem maior largo de banda para o utente. • Melhora na qualidade do serviço e simplificação da rede devido à inmunidad que apresentam aos ruídos electromagnéticos. • Minimización do despliegue de fibra óptica]] graças a seu topología. • Redução do consumo graças à simplificação do equipamento. • Mais baratas que o ponto a ponto. •
Estándares ITU-T G.983 APON (ATM ((Asynchronous Transfer Mode) Passive Optical Network): Foi a primeira rede que definiu a FSAN, um grupo formado por 7 operadores de telecomunicações com o objectivo de unificar as especificaciones para o acesso de banda larga]] às moradias. •
APON baseia sua transmissão em canal descendente em ráfagas de celas ATM (Modo de transferência asíncrona) com uma taxa máxima de 155 Mbps que se reparte entre o número de ONUs que estejam ligadas. Em canal descendente, à trama de celas ATM, introduzem-se duas celas PLOAM para indicar o destinatário da cada cela e outra mais para informação de manutenção. Seu inconveniente inicial era a limitação dos 155 Mbps que mais adiante se aumentou até os 622 Mbps. BPON (Broadband PÕE Rede Óptica Pasiva de Banda Larga): Baseiam-se nas redes APON mas com a diferença que podem dar suporte a outros estándares de banda larga]]. •
Originalmente estava definida com uma taxa de 155 Mbps fixos tanto em canal ascendente como descendente; mas, mais adiante, modificou-se para admitir: 1.Tráfico asimétrico: canal descendente -> 622 Mbps // Canal ascendente -> 155 Mbps. 2.Tráfico simétrico: canal descendente e ascendente -> 622 Mbps. Não obstante apresentavam um custo elevado e limitações técnicas.
ITU-T G.984 GPON(Gigabit-capable PÕE): Está baseada em BPON quanto a arquitectura mas, ademais oferece: •
1.Suporte global multiservicio: voz, Ethernet 10/100, ATM,... 2. Cobertura até 20 Km. 3. Segurança a nível de protocolo. 4. Suporte de taxas de transferência: • Simétrico: 622 Mbps e 1.25 Gbps. • Asimétrico: descendente-> 2.5 Gbps // ascendente -> 1.25 Gbps
IEEE 802.3ah EPON(Ethernet PÕE): Especificación realizada pelo grupo de trabalho EFM (Ethernet in the First Mile •
Ethernet na última milha) constituído pela IEEE] para aproveitar as características da tecnologia de fibra óptica]] e aplicá-las a Ethernet. A arquitectura de uma rede EPON baseia-se no transporte de tráfico Ethernet mantendo as características da especificación 802.3. As vantagens que apresenta respecto os anteriores estándares são: 1. Trabalha directamente a velocidades de gigabit (que se tem que dividir entre o número de utentes). 2. A interconexión de ilhas EPON é mais simples. 3.A redução dos custos devido a que não utilizam elementos ATM e SDH.
Futura GEPON: A IEEE ainda está a trabalhar na revisão da especificación anterior para obter um largo de banda 10 vezes maior que recolherá o novo regular GEPON. •
Redes ópticas pasivas As redes ópticas pasivas PÕE correspondem a uma classificação topológica mediante a qual pude configurarse a rede de distribuição dos sistemas de acesso de fibra óptica. O médio de transmissão se ramifica sucessivamente mediante acopladores ópticos pasivos, desde as terminações de linhas ópticas até as unidades de rede óptica. Está topología está a empregar-se maioritariamente para a introdução de fibra óptica no bucle de abonado, já que resulta uma solução de significativos resultados económicos. Para a adopção da configuração de rede óptica pasiva em redes de banda larga, utilizaram-se diferentes esquemas de acesso ao médio compartilhado como o de divisão no tempo (TDMA), o controle de acesso ao médio MAC, o acesso múltiplo de subportadoras eléctricas SCMA e o acesso múltiplo por divisão em longitude de onda WDMA. Todas os anteriores têm sido alternativas às limitações que apresenta está topología quanto a um número de estações de unidade de rede óptica e à distância máxima alcanzable nos nodos de rede, restringida consideravelmente pelo número de acopladores ópticos. Em alguma época foi descartada a opção WDMA devido ao custo da tecnologia que envolvia, no entanto com o transcurso do tempo e da optimização dos meios em massa de fabricação, é possível obter unidades de rede óptica com fontes que operam baixo os princípios desta técnica.
Índice [ocultar] • 1 Abreviaturas • 2 Redes PÕE WDM • 3 Veja-se também • 4 Enlaces de interesse
Abreviaturas
ADM: Add-Drop Multiplexer. FITL: Fiber Into The Loop (Fibra no bucle de abonado). ODN: Optical Distribution Network (Rede de distribuição óptica). OLT: Optical Line Termination (Terminação de linha Óptica). ONT: Optical Network Termination (Terminação de rede óptica). ONU: Optical Network Unit (Unidade de rede óptica). PÕE: Passive Optical Network (Rede óptica pasiva). SDH: Synchronous Digital Hierachy (Hierarquia digital Sincrona). WDM: Multiplexación por divisão em longitude de onda. WDMA: Acesso múltiplo por divisão em longitude de onda.
Redes PÕE WDM As redes opticas baseiam-se em uma topología física de difusión, na que todas a ONU recebem o sinal completo (a superposición das longitudes dos canais de informação). A separação entre os sinais que vão dirigidas à cada um dos abonados se realiza na ONU, dependendo do mecanismo de multiplexación empregado. O desenho de redes ópticas pasivas baixo o esquema de acesso múltiplo por divisão em longitude de onda (WDMA-PÕE), supõe a inserção de componentes tais como amplificadores e multiplexores, em cujo caso o objectivo será o cálculo de um mínimo número de amplificadores.
