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Redes Ópticas Passivas (PONs)

Redes Ópticas Passivas (PONs). Prof. Dr. Murilo A Romero. Estrutura da apresentação. Sumário: Redes Ópticas Passivas: Princípios básicos e fundamentação técnico-econômica Cenário Mudial Arquiteturas Básicas: GPON e EPON. Visão de Futuro: 4.1 Principais tendências evolutivas

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Presentation Transcript

  1. Redes Ópticas Passivas (PONs) Prof. Dr. Murilo A Romero

  2. Estrutura da apresentação Sumário: • Redes Ópticas Passivas: Princípios básicos e fundamentação técnico-econômica • Cenário Mudial • Arquiteturas Básicas: GPON e EPON. • Visão de Futuro: 4.1 Principais tendências evolutivas 4.2 Aspectos de WDM-PON • Conclusões e Agradecimentos Objetivo: fornecer um panorama do estado da arte em redes ópticas passivas, apontando as tendências predominantes para a sua evolução. Sempre que pertinente será contextualizada a produção científica da EESC/USP. Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  3. Evolução das redes de comunicações:Redes Ópticas Passivas para FTTH (Fiber to the Home) Public data networks PSDN NISDN BISDN Public telephone network Broadband Subscriber Network PSTN ADSL FTTC/VDSL FTTH Broadcasting networks CATV net HFC IMT-2000 Wireless access networks Wireless Net PCN/PCS Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  4. Evolução da Capacidade de Transmissão em Sistemas Ópticos em Backbone Fonte: Bell Labs Technical Journal, Março 2002 Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  5. Contraste:Tecnologias para Redes de Acesso (“Subscriber Loop”) Rede Óptica Passiva - PON 1.5-45 Mb/s Acesso Rádio – Wi-Fi, WiMax, LMDS HFC/Cable modem 56Kb/s-10 Mb/s 2.5-8 Mb/s ADSL completo 128Kb/s-1.5 Mb/s ADSL Lite 56-128 Kb/s RDSI 14.4-56 Kb/s Modem “Dial-Up” 14.4 kb/s 100 Mb/s Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  6. Requisitos típicos de largura de banda para várias aplicações Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  7. 2,0 ~ 3,4km 0,6 ~ 2km 0,6 km 4 Mbps ADSL2+ ADSL2+ ADSL2+ ADSL2+ FTTH ADSL2+ 8 Mbps VDSL2 FTTH FTTH 25 Mbps FTTH 50 Mbps FTTH FTTH FTTH FTTH FTTH 100 Mbps Esquemas de Última/Primeira Milha: Distância Coberta e Largura de Banda Disponível Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  8. Arquitetura de Redes Ópticas Passivas (PON) com Derivação VDSL As redes PON possibilitam migração suave para uma topologia FTTH (Fiber to the Home): 8 milhões de usuários no Japão, 2007, NTT e KDDI FTTC VDSL Divisor Óptico Passivo FTTB Ponto de Comutação Anel Óptico Fibra Óptica VDSL FTTB FTTC VDSL FTTB: Fiber-to-the-building FTTC: Fiber-to-the-curb PON: Passive optical network VDSL: Very-high-speed digital subscriber line FTTB Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  9. Cenário Mundial Estimativa da Empresa de Consultoria OVUM para o Final de 2006: 290 milhões de assinantes de banda larga X-DSL = 68% HFC/Cable Modem = 23% FTTH (PON + Ethernet PtP) = 7% Wireless = 3% FTTH hoje: Ásia/Pacífico (87%); Europa (10%) e América do Norte (3%) Previsão para 2010: 81 milhões de usuários Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  10. Motivadores Econômicos vs. Fatores Inibidores • A CAPEX (Capital Expendinture) para FTTH se reduziu de • US$ 4.000,00 no ano 2000 para US$ 1.000,00 em 2005. • A substituição de cobre por fibra permite uma redução no OPEX • (Operation-and-Maintenance Expense) de US$ 125,00 assinante/ano. • Fonte: IEEE/OSA JLT, Dezembro/2006 (obs: grande variabilidade em função da • densidade populacional). • Inibidor: Políticas Regulatórias de LLU (“Local-Loop Unbundling”) • Inibidor: As redes de acesso ainda não são predominantemente “video-cêntricas” Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  11. Arquitetura Básica: x-PON Home Switch node PONhead end node Curb Local exchange Cabinet UNI SDH PON ADSL NTE FTTEx SW OLT ONU VDSL NTE FTTCab SW OLT ONU VDSL FTTC/ FTTBus ONU NTE SW OLT ONUNTE FTTBus/ FTTH SW OLT Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  12. 2004 1992 1996 1998 2000 2002 2008 2006 1994 Padrões: GPON vs. EPON - Timeline GPON 2.5 Gbits/s EPON 1.25 Gbits/s 1000 BPON 622 Mbits/s VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO (Mbits) ATM-PON 155 Mbits/s 100 ATM-PON – 54 Mbits/s 1990 ANO Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  13. Padrões: GPON vs. EPON - Comparação O padrão E-PON prevalece na Ásia, enquanto as empresas Verizon, AT&T, Qwest, Bell Canada, France Telecom, DT, Telefonica e Telecom Italia estão optando pelo GPON. Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  14. Tendências de Evolução: Diminuição dos COs com redução de CAPEX e OPEX Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  15. ESQUEMA WDM-PON COM COMPRIMENTOS DE ONDA FIXOS Cada ONU/ONT recebe um comprimento de onda dedicado e permanente. A topologia lógica é ponto-à-ponto. OLT ONT W D M Tx, l33 Tx, l1 l1 Rx, l1 MUX W D M Tx, l32 l1 ...l32 Roteador AWG l33 l33 ...l64 l64 ONT Rx, l33 l32 W D M Tx, l64 DEMUX Rx, l64 Rx, l32 Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  16. ESTRATÉGIA DE MIGRAÇÃO: DO GPON PARA WDM-PON l1 CO WC1 WC2 20 km Divisor OLT TDM-PON (legada) l1 l8 l1 ONTs l2 Tx,Rx, l2 Roteador AWG l2 l17 MUX Tx,Rx, l17 l17 RN • A migração do G-PON agregando um dispositivo de 3 portas paracombinar/separar os comprimentos de onda usados em TDM-PON (legada) e WDM-PON. É também possível implementar esquemas híbridos • TDM-WDM, com o uso de filtros ópticos. Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  17. ESQUEMA WDM-PON COM COMPRIMENTOS DE ONDA FIXOS • Requer fontes ópticas multi-comprimento de onda e AWGs com estabilidade • térmica Já existem sistemas em operação na Coréia do Sul com 100 mil usuarios. • FONTE: “WDM-PON Experiences in Korea”, JON, Maio 2007 Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  18. Er: L3 DCF L band 980/1595 980/1595 nm Circulator 1 mux mux 3 1 2 SC/L SC/L mux 980 nm Pump Laser mux 2 1 in 3 Er: L2 Er: L1 980/1550 nm S/C Circulator 2 muxes bands S/C mux out 980/1550 nm S/C mux mux DP-EDFA 980 nm Pump Laser TOPOLOGIA BUS CWDM 16 CWDM channels Tx1 Tx1 Rx2 Rx2 Rx3 Rx Rx Rx n n - - 1 1 i Rx1 Rx1 Fiber Tx2 Tx2 M M Tx3 Tx3 Drop Drop n n Drop2 Drop2 Drop3 Drop i Drop1 Drop1 Rx Rx n n U U . . X X . . . . Txn Txn • Amplificador multibanda S-C-L para sistemas CWDM: • Tese de doutorado de J.B. Rosolem (Engenheiro do CPqD), EESC/USP, 2005 • “S-C-L Triple Band Double-Pass Erbium-Doped Silica Fiber Amplifier with an • Embedded DCF Module for CWDM Applications”, IEEE/OSA JLT, Outubro 2006. Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  19. Distância Máxima de Transmissão Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  20. 1.E-03 DP-EDFA + DCF 700 ps/nm + 82 km STD 1.E-04 DP-EDFA + 82 km STD 1.E-05 BKB 1.E-06 1.E-07 B E R 1.E-08 1.E-09 1.E-10 1.E-11 1.E-12 (b) 1.E-13 -21 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 Received Power (dBm) Experimento de Transmissão Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  21. Técnicas de Múltiplo Acesso “Upstream”: TDMA x WDMA • TDMA: Designa “time-slots” específicas para cada ONU operando • no sentido upstream. • São necessárias informações precisas do retardo de propagação para • cada ONU para garantir a sincronia OLT-ONU. • É fundamental o uso de “burst-mode receivers”: dificuldades para • operação 10 Gbits/s. • A capacidade do canal pode ser dividida de forma DESIGUAL entre • as ONUs: Dynamic Bandwidth Allocation (DBA). Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  22. Atraso Médio de Quadro vs. Tráfego Total: 16 ONUs e 1 a 4 ls cada l: 1 Gbps 8 ONUs não-WDM taxa garantida 120 Mbps 8 ONUsWDM, Tráfego ONU não-WDM: 10 a 120 Mbps Tráfego ONU WDM: 20 a 240 Mbps Tráfego Poissoniano: intervalo entre chegadas de quadros e duração dos quadros: distribuição exponencial Dissertação de Mestrado de C. Arbieto, EESC/USP, 2006, “Alocação Dinâmica de Largura de Banda em Redes EPON” Orientador: A.C. César. Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  23. fotodetetores fotodetetores l amplificador TZ amplificador TZ 1 R l f 2 Vg l , l , l , l 1 1 2 3 4 l fibra óptica fibra óptica 3 Vg 2 l 4 Vg 3 demultiplexador demultiplexador Vg FE1 óptico óptico 4 não não - - reconfigurável reconfigurável circuitos de circuitos de chaveamento chaveamento Receptor Óptico Sintonizável para WDMA fotodetetores l l amplificador TZ 1 1 R R l l f f 2 2 Vg Vg l l , l , l , l , l , l , l 1 1 1 1 2 2 3 3 4 4 l l fibra óptica 3 3 Vg Vg 2 2 l l 4 4 Vg Vg 3 3 demultiplexador Vg Vg FE1 óptico 4 4 não - reconfigurável circuitos de chaveamento Receptor Óptico Proposto Tese de Doutoramento de S.K. Manfrin, encerrada, colaboração com a Univ. Roma, Tor Vergata Implementação FE1 Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  24. Resposta em Frequência Canal 1, FE2: (Ch 1) saída chaveada, (Ch 2) sinal de entrada de 1 GHz e (Ch 3) sinal de controle de aproximadamente 10 MHz. Base de tempo do osciloscópio de 5 ns/div. Resultados Trabalhos apresentados na European Microwave Week de 2001 (versão 4 x 1) e 2002 (versão 16 x 1) “An Improved Electronic Selector Circuit for WDM Optical Receivers in Packet-Switched PON Networks”, Microwave and Optical Technology Letters, Setembro 2004. Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  25. CONCLUSÕES • Redes Ópticas Passivas (PONs), são a plataforma ideal para implementação de • esquemas FTTH/FTTP. • No momento, o padrão EPON (IEEE) é dominante mas o padrão GPON vêm • ganhando terreno rapidamente no eixo EUA/Europa. • Tendências para os próximos 5 anos: • upgrade de ambos os padrões para 10 Gbits/s, já em estudo. • Aumento da distância coberta e taxa de divisão óptica, com provável necessidade • da introdução de amplificadores ópticos: busca-se consolidar os equipamentos • terminais empregados, com redução de CAPEX e OPEX. • - Coexistência progressiva das redes TDM-PON legadas com esquemas WDM-PON. Murilo Araujo Romero, Ph.D.

  26. CONTATO Prof. Dr. Murilo A. Romero Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Av. Dr. Carlos Botelho 1465 São Carlos - SP - 13564-250 Endereço Eletrônico: muriloa@sel.eesc.usp.br Telefone: (16) 3373-8140 Murilo Araujo Romero, Ph.D.

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