Aula15 Acesso Ultima Milha

Acesso “Ultima milha” Sistema cabeado provido pelas Operadoras de Telecomunicacoes

Universidade Federal do Rio Grande do NorteCentro de Tecnologia

DCA0113 - Redes de computadoresAcesso “Ultima milha”

Keylly Eyglys

Departamento de Engenharia de Computacao e Automacao

Redes de Computadores - Acesso “Ultima milha” Keylly Eyglys

Sumario

1 Acesso “Ultima milha”Introducao

2 Sistema cabeado provido pelas Operadoras de TelecomunicacoesIntroducaoxDSL

Introducao

• A “Ultima milha” e a distancia final de todo o sistema decabeamento ate chegar ao usuario final.

• Muitas empresas provedoras de servico nao possuıam umaforma de chegar ao usuario, mesmo possuindo toda umainfraestrutura de cabeamento interligando cidades e ate paıses.

• Este cabeamento que interligava os usuarios aos provedores deservico receberam o nome de Acesso de Ultima Milha.

• Este cabeamento na maioria das vezes estaria limitado ao queestaria disponıvel (pares telefonicos, cabos de TV, ondas deradio, etc).

• As solucoes deveriam se adequar a este cabeamento.

Introducao

• Novas aplicacoes requerem conexoes de alta velocidade paraatender as demandas em termos de banda.

• Estas exigencias ja atingem o usuario domestico.

• Modems para conexao discada sao faceis de usar (muitos javem instalados no computador), mas desempenho e limitado ese depende do estabelecimento de uma conexao telefonica.

• Banda garantida pela RDSI-Faixa Estreita nao atende asexigencias.

• Novas tecnologias com servicos de dados, multimıdia etelevisao demandam velocidades de acesso muito maiores eatrasos baixos.

• Aplicacoes como telefonia IP exigem que o usuario estejacontinuamente conectado a internet.

Introducao

• Solucoes atuais para prover conexoes de dados a altavelocidade a residencias e predios, incluem sistemas cabeadose sistemas sem fios.

Introducao

Sistemas cabeados

Os principais sistemas cabeados disponıveis hoje em dia paraacesso banda-larga de “ultima milha” pertencem a:

• Operadoras de Telecomunicacoes (sistemas xDSL e FTTH):• Linha Digital de Assinante (xDSL): Explora tecnicas

alternativas de codificacao, que permitem o uso de frequenciasmaiores do que as usualmente empregadas nas conversacoestelefonicas, para enviar dados a velocidades maiores atravesdas linhas telefonicas metalicas da rede convencional.

• Novo cabeamento optico, Fiber-to-the-Home (FTTH) e suasvariantes: preconiza a instalacao de novo cabeamento de fibraoptica para mais proximo da casa do assinante.

Introducao

Sistemas cabeados

• Operadoras de servicos de distribuicao de TV paga (sistemasHFC e HFR):

• Redes Hıbridas Fibra-Coaxial (HFC) e Fibra-Radio (HFR):utiliza a infra-estrutura instalada de TV a cabo, que vemadotando um backbone em fibra optica em adicao ao cabocoaxial/radio que chega a ponta do assinante.

Introducao

Sistemas cabeados

• Cabeamento proprietario nesse tipo de acesso nao efrequente, pois demanda a obtencao de licenca de passagemde dutos e/ou cabos junto a entidades governamentais oujunto a operadoras de servicos que ja detem esse direito epoderiam repassar a concessao.

Introducao

Sistemas sem fio

• Os principais sistemas sem fio empregados na atualidade paraacesso banda-larga de “ultima milha” incluem solucoesproprietarias e solucoes comercializadas por operadoras deservicos:

• Solucoes proprietarias sem fio: os equipamentos queimplementam o enlace de comunicacao sao de propriedade dousuario. Sistemas terrestres de radio e sistemas decomunicacao via laser.

• Enlaces terrestres de radio: equipamentos de radioimplementam enlaces terrestres de comunicacao emvelocidades de 64 kbps a 155 Mbps.

• Comunicacao terrestre via laser (FSO): equipamentosbaseados em laser usados com visada direta para transmitirem altas velocidades.

Introducao

Sistemas sem fio

• Solucoes sem fio providas por operadoras: em geral, oenlace de comunicacao se faz entre uma estacao base, depropriedade da operadora, e uma estacao do assinante, quepode ou nao ser de sua propriedade.

Introducao

Sistemas sem fio

• Sistemas de satelite para dados: satelites em orbita secomunicando diretamente com os assinantes, atraves depequenas antenas para prover servicos Internet.

• LMDS (Local Multipoint Distribution Services): usaondas de radio para transmitir dados entre torres dedistribuicao e antenas receptoras nas residencias (analogo arede de telefonia celular).

• MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Services):servico de radiodifusao analogo as redes de TV a cabo,permite acesso banda larga a Internet.

• FWIP (Fixed Wireless IP): sistema baseado em tecnologiade LAN por radio (RLAN), adaptado ao uso externo, dedicadoa servicos IP.

Introducao

Sistemas sem fio

• WiMAX: tecnologia sem fio emergente e de muitapotencialidade em termos de uso. Padrao IEEE 802.16 paraacesso a redes metropolitanas sem fio.

• Hiperaccess: contrapartida europeia a solucao WiMax,tambem define padrao de interoperabilidade para acesso semfio de banda larga.

• HSPA (High Speed Packet Access): tecnologia movel detransmissao de dados ligada a operadoras de telefonia celularcom redes WCDMA.

• LTE (Long Term Evolution): tecnologia movel detransmissao de dados, baseada em IP, que busca atenderdiferentes redes de operadoras de telefonia celular, comoWCDMA, GSM, CDMA.

Introducao

• Nao existe uma metrica unica e simples para comparar essastecnologias banda-larga.

• A escolha de uma alternativa deve levar em conta umconjunto de parametros que incluem: velocidade de operacaodesejada, distancias envolvidas na implementacao dos enlacesde comunicacao, custos de instalacao e manutencao desseenlace, disponibilidade da tecnologia e outros.

• Dependendo de sua implementacao, essas solucoes demercado sao capazes de operar sobre uma grande faixa develocidades e a precos variaveis.

• Investimentos por parte das operadoras podem ser altos edependendo da opcao escolhida o desempenho e tambemvariavel.

Introducao

Tecnologia Velocidade: downs-tream / upstream

Avaliacao

Linha discada 56 kbps/ 33,6 kbps Vantagem: requer apenas uma linha te-lefonica e modem, Desvantagem: lento

RDSI 128 kbps Vantagem: mais rapido que anterior,Desvantagens: custo por minuto caro /servico nem sempre disponıvel

Satelite 400 kbps/ 33,6 kbps Vantagem: rapida velocidade, Desvan-tagem: instalacao upstream por linhadiscada (cara e complexa).

Cable modem(3.0)

400 Mbps/ 100Mbps Vantagem: conexao de alta velocidade,Desvantagem: linha nao e dedicada

ADSL 500k-8Mbps/ 640k-1,5Mbps

Vantagem: sempre disponıvel, servicode linha dedicada, Desvantagem: limi-tado pelas condicoes da rede, necessitadisponibilidade de local loop, alcance li-mitado

VDSL2 200 MbpsFrame relay 1,5 - 45 Mbps Vantagem: confiavel, Desvantagem:

caraLMDS (wire-less)

50 Mbps Vantagem: independe de local loop,Desvantagem: requer linha de visada.

Sumario

Introducao

• E usual considerar um alcance maximo de 6 km para a redede acesso das operadoras de servicos de telefonia fixa. Essarede e estruturada em nıveis distintos de distribuicao docabeamento.

Introducao

• Primaria: da Central de comutacao aos armarios dedistribuicao (cabos com centenas de pares, geralmente de 100a 1800 pares).

Introducao

• Secundaria: do armario aos pontos de distribuicao (cabos demenor capacidade, em geral de 10 a 300 pares).

Introducao

• De distribuicao: da caixa de distribuicao ao ponto determinacao da rede no assinante (de dois a cinco pares).

Introducao

• Pode-se encontrar outra terminologia.• Armario de distribuicao: chamado tambem de Caixa de

conexao cruzada ou interface de area de servico (SAI)• Pontos de distribuicao: chamados de Armarios de rua.

Sumario

• DSL, Digital Subscriber Loop (Linha digital de assinante).

• Tecnologia desenvolvida pela Bellcore.

• Otimiza o uso da largura de banda do par metalido jainstalado, que liga o assinante a central telefonica, paratransmitir novos servicos, sem interferir na faixa de voz, comvelocidades que variam de 128 kbps a 52 Mbps (dependendodo comprimento do par telefonico e da frequencia daportadora).

• A tecnologia DSL e basicamente da camada fısica (usatecnicas digitais de processamento de sinal).

• Os aspectos de transmissao de dados atraves dessa tecnologiaficam transparentes para os protocolos das camadas superiores(pode ser usado com PPP, HDLC, IP, etc).

• A ITU-T recomenda um modelo em camadas para as camadasfısicas e de enlace no xDSL:

• PMD: sub-camada que implementa as diversas tecnicas demodulacao e as interfaces fısicas com os meios de transmissaoutilizados (meio metalico ou fibra optica).

• PMS-TC: implementa funcoes de deteccao e correcao deerros em sistemas DSL.

• TPS-TC (Transport Protocol Specific - TransmissionConvergence): sub-camada implementada por varios planosde dados.

• ATM-TC (Asynchronous Transfer Mode - TC ): natransmissao, essa camada aceita celulas de 53 octetos daentidade ATM e realiza o calculo do HEC (correcao de erro docabecalho da celula), embaralha a area de dados da celula efaz insercao de celulas ociosas se necessarios, antes deentregar os dados a camada PMS-TC.

• STM-TC (Synchronous Transfer Mode - TC ): camadadestinada a acomodar a transmissao/recepcao de quadrosSDH.

• PTM-TC (Packet Transfer Mode - TC ): camada especificadade forma suficientemente generica para acomodar qualquertipo de transmissao de pacote (IP, PPP, MPLS, ...). Natransmissao, os pacotes sao encapsulados em quadros HDLC,com transmissao de start/stop.

• EOC-TC (Embedded Operations Channel - TC ): camadausada em conjunto com outras TC para fins de monitoracao econtrole.

• EFM-TC (Ethernet First Mile - TC ): camada que acomoda onovo padrao IEEE 802.3ah, completada em 2004, e quedefiniu uma especificacao de camada fısica para suportar ouso de MAC 802.3 nas redes de acesso. Procura garantir asmesmas caracterısticas da camada fısica Ethernet (taxa debits confiavel e baixa probabilidade de falsa aceitacao dequadro transmitido).

Camada Fısica (PMD) xDSL

Sao 2 os tipos de modulacao para DSL:

• Modulacao DMT (Discrete Multi-Tone).• Selecionada como padrao pela ANSI (American National

Standards Institute) e recomendada pela ETSI (EuropeanTelecommunications Standards Institute).

• Utiliza uma tecnica de modulacao por multi-portadoras.• Os dados sao coletados e distribuıdos sobre uma grande

quantidade de pequenas portadoras (cada uma utilizando umtipo de modulacao analogica QAM.

• Canais criados atraves de tecnicas digitais: DiscreteFast-Fourier Transform (DFFT).

• Recentemente, moduladores FMT (Filtered Multi-Tone) temsido considerados para VDSL, pois apresentam uma eficienciaespectral maior que os moduladores DMT.

Camada Fısica (PMD) xDSL

Sao 2 os tipos de modulacao para DSL:

• Modulacao CAP (Carrierless Amplitude/Phase).• Outra versao de uso da modulacao QAM.• Dados sao modulados por uma unica portadora.• Antes da transmissao, a portadora e suprimida e, depois, e

reconstruıda na recepcao.• Testa, no inıcio, a qualidade da linha e implementa o nQAM

mais eficiente para a transmissao.• Se encontra disponıvel a velocidades T1 (aproximadamente

1,544 Mbps) e e barato.• Desvantagem: nao e padrao ANSI nem ETSI.

xDSL e um termo generico para representar todas as tecnologiasDSL. A letra “x” pode designar uma das seguintesimplementacoes:

• I - de ISDN (Rede Digital de Servicos Integrados);

• S - de Symmetric ou ainda Single-line-high-bit-rate.

• H - de High-bit-rate.

• A - de Asymmetric.

• V - de Very-high-bit-rate.

• U - de Ultra-high-speed.

Caracterısticas do xDSL

• Velocidade de “upstream” e “downstream” iguais: IDSL,HDSL e SDSL.

• IDSL:• Usa as mesmas tecnicas de codificacao ISDN (RDSI), com

interfaces BRI (Basic Rate Interface) usadas apenas paradados.

• Usuarios ISDN podem ter servicos ISDL sem nenhumequipamento adicional.

• Comunicacao e full-duplex a 128 kbps, com distancias a ate 6km em apenas um par de fios metalicos (estendida se utilizarrepetidores de loop ISDN).

• Diferencas entre IDSL e o acesso RDSI normal: servicoexclusivo de dados, conexao permanente (sem discagem) e naopassa por comutacao telefonica na Central da operadora.

• HDSL:• Possibilita a comunicacao simetrica a velocidade T1 com dois

pares de fios metalicos ou E1 (2,084 Mbps) com tres, adistancias de ate 4 km.

• Alguns fabricantes ja fornecem modems HDSL E1 paradistancia maxima de 5,5 km e, dependendo do hardware ecaracterısticas do fio, pode chegar ate uns 7 km semrepetidores.

• Mais madura das tecnologias xDSL.• HDSL II: usara somente um par mantendo a distancia

(tambem chamada de SHDSL).

• SDSL:• Versao do HDSL, que opera ate as mesmas velocidades T1 ou

E1 (UDSL), mas requer apenas um par de fios metalicos deate 3,4 km.

• Nao suporta servico de voz simultaneo.• Outro precursor do HDSL II.• Camada fısica SDSL satisfaz a especificacao de longo alcance

do EFM-TC e tem sido usada como base para o tipo deinterface fısica 2Base-TL.

Tecnologias AssimetricasVelocidades de “upstream” e “downstream” sao diferentes: ADSL:

• Opera com transmissoes assimetricas a velocidadesdownstream (sentido rede-assinante) que variam de 0,5 a 8Mbps e upstream (sentido assinante-rede) de 640 kbps a 1,5Mbps.

• Atinge distancias de ate 6 km com apenas um par metalico.• Canais podem ser divididos para servir a varias aplicacoes

simultaneas (ate 4 canais “downstream” e 3 canaisbi-direcionais), incluindo o servico telefonico, sobre um unicopar trancado.

• Padronizada pela recomendacao ITU G.991.1 com dois anexos(Anexo A: ADSL sobre POTS (Plain Old Telephone System)e Anexo B: ADSL sobre RDSI).

• ADSL suporta transmissao simultanea de voz e dados (usacanais diferentes de frequencia na transmissao).

Arquitetura ADSL

Variantes ADSL

• G.Lite: versao de baixa velocidade (downstream de 64 kbps a1,5 Mbps e upstream de 32 a 386 kbps).

• Dispensa a necessidade de instalacao de separador (splitter)no usuario, facilitando e barateando a mesma. RecomendacaoITU G.992.2 (publicada em outubro de 1998)

• O ruıdo gerado pelo telefone pode fazer o sinal ADSL “cair”.Neste caso instala-se um filtro passa-baixa entre tomada e otelefone (solucao barata e facil).

Variantes ADSL

• ADSL2: versao que inclui os padroes G.dmt.bis (ITUG.992.3) e G.lite.bis (ITU G.992.4), especificando para aversao “full” como taxas downstream ate 12 Mbps e upstreamde 1,1 Mbps.

• Incorpora novas caracterısticas e funcionalidades ao ADSLpara melhorar seu desempenho e interoperabilidade, alem dedar suporte a novas aplicacoes e servicos.

• Inclui a capacidade de ajustar dinamicamente a taxa detransmissao efetiva de dados em funcao da distancia do enlacee da qualidade do par telefonico.

Variantes ADSL

Figura: ADSL x ADSL2, Alcance do “loop” (km)

Variantes ADSL

• ADSL2plus: A recomendacao ADSL2+ dobra a bandapassante para transmissao downstream com relacao aosvalores previstos para ADSL2, aumentando assim a taxa dedados em linhas telefonicas de alcance menor do que 2,7 km.

• Reduz o crosstalk (usa somente frequencia entre 1,1 e 2,2MHz atraves do mascaramento de frequencias downstreaminferiores a 1,1 MHz)

• Tecnologias que suportam ambos modos de operacao,assimetricas e simetricas: VDSL e UDSL.

Caracterısticas do xDSL: VDSL

• Opera com transmissoes simetricas e assimetricas.

• As taxas de transmissao simetrica variam de 6,4 Mbps a 1,4km de alcance de linha ate 34 Mbps a um alcance de 300m.

• Tambem opera com transmissoes assimetricas a velocidadesdownstream que variam de 6,5, 13, 26 e 52 Mbps e upstreamde 1,5 a 2,3 Mbps.

• Usa somente um par metalico e trabalha com dois esquemasde modulacao: DMT-FMT e CAP/QAM.

• Linhas telefonicas nao sao blindadas, suscetıveis ainterferencias de transmissoes de radiofrequencia e outrosruıdos, o que podem degradar a qualidade da transmissao.

Caracterısticas do xDSL: VDSL

• Alguns fabricantes ja estao anunciando modems VDSL para26 Mbps a uma distancia maxima de 1 km.

• E capas de disponibilizar servicos integrados de dados (acessoa Internet), telefonia (comum ou RDSI) e TV digital (varioscanais simultaneos), chamado de triple-play.

• Enfoque em servicos baseados em TV: TV alta definicao,Vıdeo sob demanda, Vıdeo digital, TV interativa e outros.

• Camada fısica DMT-VDSL satisfaz a especificacao de curtoalcance do EFM-TC e foi selecionada como base para o tipode porta 10Pass-TS.

• Ethernet sobre VDSL, que fornece uma interface a 10 Mbps,simetrica, ponto-a-ponto, full-duplex com alcance de 1,6 Km.

Caracterısticas do xDSL: VDSL2

• Padrao ITU-T G.993.2 (2005 - padrao mais recente e maisavancado).

• Trafego simetrico e assimetrico com uma banda agregada de200 Mbps em loops de pequeno alcance.

• Pode deteriorar rapidamente dos 200 Mbps maximo “nafonte” para 100 Mbps a 0,5 Km e 50 Mbps a 1 km.

• Entretanto, nao degrada muito a partir de 1 km e apresentadesempenho VDSL (a partir de 1,6 Km seu desempenho eigual ao do ADSL2+).

• Habilita as operadoras a atualizar gradativamente suainfraestrutura xDSL de forma eficiente e a baixo custo.

• Como VDSL, suporta aplicacoes triple-play.

Caracterısticas do xDSL: UDSL

• Padrao deve se basear em uma plataforma proprietariaproposta pela Texas Instruments, tambem chamada deUni-DSL (DSL para servico universal).

• Esta em fase de aprovacao e regulamentacao pela ITU e IEEE.

• Apresenta tres aspectos distintivos: servico universal,velocidade ultra-rapida e caracterısticas especiais paramelhorar o desempenho, provisionamento e gerenciamento deservicos.

• Por servico universal entende-se a habilidade do UDSLsuportar os principais padroes de modulacao DMT (DiscreteMulti-Tone) a partir de um unico chip: esses padroes incluemo ADSL, ADSL2/2+, VDSL1 e VDSL2.

• UDSL deve permitir a capacidade de 200 Mbps agregada paraservico simetrico (100 Mbps downstream e upstream) ouservico assimetrico a distancias maiores que o VDSL2.

• Caracterısticas especiais: suporte a ATM e Ethernet comagregacao (bonding) da camada de enlace e gerenciamentodinamico do espectro (DSM).

• Bonding: agregacao de multiplos pares metalicos em umunico canal DSL de maior capacidade.

• Tecnicas DSM: usadas para otimizar a utilizacao dacapacidade da rede, facilitar o provisionamento de servicos edisponibilizar um gerenciamento avancado de rede.

• Com a implantacao gradual de fibras opticas na rede deacesso de telefonia (tecnologia FTTH), pode-se instalar oservico DSL mais proximo do usuario.

• Permite aumentar a area de cobertura e disponibilidade doservicos DSL, alem de permitir a chegada de maior banda nasinstalacoes do assinante.

• A implantacao de modems UDSL nos varios pontos deconexao/distribuicao ao longo da rede de acesso (caixa deconexao cruzada ou armario de rua) exige que suaalimentacao venha da Central (CO) ou do Terminal Remoto(RT), usando pares de cobres existentes.

• Alem disso, os armarios devem ser aumentados para abrigar eproteger os modems.

Caracterısticas do xDSL: UDSL• Com a implantacao do servico na caixa de conexao cruzada

(SAI), usando solucao FTTC (Fiber-to-the-Curb), permitetaxas de 35 Mbps com suporte a canais HDTV e de audio dequalidade, alem do acesso a dados e a telefonia tradicional.

• Com a implantacao no armario de rua, usando solucaoFTTCab (Fiber-to-the-Cabinet), ja permite oferecer taxasproximas a 100 Mbps a todos os usuarios, com custosmenores do que o FTTH.

• Seria ainda possıvel a implantacao no ponto de entrada doedifıcio ou condomınio (chamado de FTTB,Fiber-to-the-Building), onde o UDSL pode suportar 100 Mbpssimetricos da terminacao da fibra ate os usuarios individuais,sobre os pares de cobre instalados no local e que fazem partedas instalacoes telefonicas tradicionais do edifıcio oucondomınio.

Parametros que afetam sistemas xDSL

• Atenuacao: depende do comprimento e bitola doscondutores.

• Ruıdo: diafonia originada de outros sistemas presentes nomesmo cabo.

• Variacao da impedancia: reflexoes devidas a mudancas detipo de cabo, ecos, etc.

• Balanco de potencia: perdas de conversao, problemas deradiacao, desempenho do divisor de impedancia.

Fontes de problemas

• Bobinas de pupinizacao: usadas para compensarcapacitancia e aumentar o alcance da rede (bloqueiam o sinalDSL).

• Paralelos: facilitam a adicao e remocao de clientes(provocam atenuacao, reflexao e diafonia nos sinais DSL).

• Outros componentes: filtros de RFI (radio frequencia),dispositivos de protecao eletrica com alta capacitancia,bobinas de alta resistencia ao calor.

• Umidade nos cabos e tensao CA induzida: prejudica avelocidade e qualidade da transmissao.

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