Redes como evolutiva para o acesso - fenix.tecnico.ulisboa.pt · Solução Fibra Óptica ... Para...
Transcript of Redes como evolutiva para o acesso - fenix.tecnico.ulisboa.pt · Solução Fibra Óptica ... Para...
RedesWDM‐PONcomo solução evolutiva para o
acesso
Luis Pederneira
1Redes de Telecomunicações 2009/2010
Agenda
• Introdução• Conceitos WDM‐PON• Características WDM‐PON• Aplicações WDM‐PON• Exemplo• Conclusão• Referências
Redes de Telecomunicações 2009/2010 2
Introdução
Redes de Telecomunicações 2009/2010 3
• Em 2012 ‐> 100Mbps• Em 2018 ‐> 1 Gbps
Fonte FTTH Worldwide Market & Technology Forecast 2006‐2011, Heavy Reading June 2006
Solução Fibra Óptica
• Necessidades no acesso, para cliente doméstico médio (4 pessoas).– Largura de banda DS (100Mbps) e US (30% DS).– QoS garantido para tráfego Multimédia.– Privacidade ligação.– Multicast eficiente.– Disponibilidade de 99,95 ~ 99,999%.– Tempo de resposta (ex: Tempo de zapping igual ao CATV).– Utilização eficiente da Largura de Banda.
• Distância de 20Km da Estação local, ao cliente.• Tecnologias em cobre estão a atingir limites (limitações de banda e
assimetria).• Solução está na utilização da fibra óptica, nas redes de acesso.• Para minimizar o custo de implementação de soluções FTT‐x, deve
utilizar‐se PON com arquitectura P2MP.
Redes de Telecomunicações 2009/2010 5
PON
• Utilização de PON (Passive Optical Networks).• TDM‐PON
– GPON e EPON.– Mesmo com aumento para 10Gps, não vão suportar evolução
das necessidades de aumento de largura de banda agregados.– O Balanço de Potência, limita o factor de derivação (splitting
ratio) e distância entre OLT e ONU/ONT.– O uso de splitters ópticos passivos 1:N, implica perdas de
potência severas (ex: Splitter 1:32 impõe perdas de inserção/divisão > 17 dB) e limita o comprimento máximo da ligação.
– Upgrades e unbundling difíceis de implementar.
Redes de Telecomunicações 2009/2010 6
WDM PON
• WDM (Wavelenght Division Multiplexing), a cada ONU podem ser atribuídos comprimentos de onda individuais.
• Cada ONU opera ao débito binário individual e não ao do agregado. (nas TDM‐PON as ONU operam ao débito agregado).
• Como as ONU estão separadas por diferentes comprimentos de onda, os aspectos relacionados com segurança e privacidade estão garantidos. (nas TDM‐PON há necessidade de encriptação)
• WDM‐PON podem ser combinados com TDM‐PON.
• Solução híbrida WDM‐TDMA‐PON, pode aumentar factor de derivação para 1:1000.
• As PON usando técnicas WDM, podem suportar distâncias da ordem dos 100Km, usando amplificação broadband.
Redes de Telecomunicações 2009/2010 7
Conceitos WDM‐PON (1)
Redes de Telecomunicações 2009/2010 8
a) Broadcast and Select (Splitter PON ) No sentido DS todos os λ , cada ONU selecciona um dos λ usando um filtro individual e usa outro λ no US. Os λ no US são combinados(Nó passsivo).Perdas de splitter/coupler elevadas, problemas de privacidade de ligação (Como TDMA). ONU’s todas diferentes, tanto os lasers como filtros sintonizaveis.
b) Utilizado um AWG(Arrayed Wavelenght Routing) em vez do splitter. Baixas perdas de inserção(AWG tipicamente 5dB, independente do nº de λ ). Deixa de precisar de Rx com λ sintonizável. ONU mais simples.Melhor Balanço de Potência.
c) Utilização de filtros AWG em cascata para melhoria de factor de escala. A combinação de successivos filtros AWG utiliza comportamento de routing periódico dos filtros AWG. Se a FSR(Free Spectral Range) do AWG estiver alinhada com o espaçamento de canais do DWDM e com o nº de portas de saída, é possível direccionar λ específicos para ONU específicas. Num AWG, FSR em conjunto com transmissores sintonizaveis, resulta numa capacidade de routing denominada de DWA(dynamic wavelenght assignment), que pode ser usada num cenário estático para aumentar qualquer largura de banda por ONU ao fornecer dedicados λ , através dos AWG do nó passivo. ONU identicas utilizam mesmo λ no US. Necessita de técnicasTDMA no US.Utilização de LED, no AWG router, os sinais broadband US dos LED são ‘spectrally sliced’. Balanço de potência muito pobre, resultante de baixa eficiência de acoplamento LED em SFM. Além disso , Largura de banda no US é limitada tendo de usar‐se técnicas multi acesso (burst mode).Podem usar‐se circuladores em vez dos Splitters de banda para permitir operação bidireccional numa fibra (SFW).
Fonte [ 2
]
Conceitos WDM‐PON (2)
Redes de Telecomunicações 2009/2010 9
a) Seed laser e SOA (Semiconductor Optical Amplifiers). Na ONU o λ recebido é separado e recebido pelo receptor e pelo SOA, com ONU idênticas. DS e US usam mesmo λ, implica operação bidireccional num par de fibras, ou acesso partilhado. Esta é a maior desvantagem, bem como o preço dos SOA. A combinação de SFW , colorless e seed‐based ONU’s, originou os RSOA (Reflective Semiconductor Optical Amplifiers). Aqui uma face do SOA reflecte totalmente, de modo que input e amplificação e output modulado estão ambos numa só fibra no outro extremo. Alternativas ao RSOA são os REAM (Reflective Electro‐Absortion Modulators), ou IL‐FP (Injection – Locked Fabry Perot) Lasers. A partir dum MFL (Multi‐Frequency Laser)são geradas λ ‘seed’, que não são modulados na OLT, e são fácilmente separados na ONU com splitters WDM. Como são utilizados λ especificos como ‘seed’, o nº de ONU’s é limitado. Foram ainda utilizados EDFA para amplificar o sinal recebido e o transmitido na OLT para atingir maiores distancias de ligação.
b) Alternativa para reutilização dos λ da OLT Tx (ou ONU Rx). Usa modulação FSK (Frequency‐Shift Keying) no DS, que é removida no RSOA e substituido por OOK ( On‐Off Keying) no US.
Fonte [ 2 ]
Soluções WDM‐PON
• As redes WDM‐PON baseiam‐se em:
–CWDM (Coarse‐WDM)
–DWDM (Dense‐WDM)
Redes de Telecomunicações 2009/2010 10
CWDM‐PON
Redes de Telecomunicações 2009/2010 11
• menor custo• melhor balanço de potência• canais espaçados de 20nm (ITU‐T G.694.2).
• limitada no nº de canais (18)• se fibra não for ‘all wave’, tem menos canais disponíveis
sem atenuação.
Fonte [ 4 ]
DWDM‐PON
• Operam na janela de 1550nm– Mais de 80 canais
– Mais de 40 ONU
– Débitos individuais até 10Gbps.
• Custos mais elevados– Lasers mais caros por terem que ser mais estáveis, devido ao menor espaçamento entre canais.
Redes de Telecomunicações 2009/2010 12
Características WDM‐PON (1)
• Fácil integração de amplificação óptica.– Necessário para maiores distâncias máximas.– Para permitir TDM/TDMA splitting adicional por λ.– Fibra amplificada remotamente (Raman ou EDFA).– Nós activos remotos podem ser incorporados na WDM‐PON.
• Suporta todos os serviços (Ethernet,TDM, ATM, etc.) de modo transparente.• Suporta débitos por ONU muito elevados (até 10Gbps), sendo que as ONU
podem ter débitos diferentes (permite escalar splitting ratio e débito por ONU).
• Permite monitorizar a fibra em toda a sua extensão (para identificar onde há cortes).
• Atribuição dinâmica de comprimentos de onda, de PON baseada em AWG.• Atribuição dinâmica de Largura de Banda, por comprimento de onda.• Evolução dinâmica de P2MP, para P2P, por ONU.
Redes de Telecomunicações 2009/2010 13
Aplicações WDM‐PON ( 1)
• Redes híbridas WDM/TDMA‐PON– Acesso redes metro.
– Acesso directo residencial, fibra óptica.
– Acesso directo empresarial, fibra óptica.
– Acesso redes cobre e rádio.
Redes de Telecomunicações 2009/2010 15
Aplicações WDM‐PON (2)
Redes de Telecomunicações 2009/2010 16
a) Rede metro genérica, baseada em anéis DWDM/CWDM, com DSLAM nos anéis CWDM e acessos dedicados P2P e P2MP.
b) Rede baseada em ROADM e WDM‐PON. O nó remoto passivo (RN) contém splitters/filtros de comprimentos de onda. Sucessivos nós passivos podem conter splitters/filtros adicionais. A tipologia física atrás do RN, pode ser uma combinação de estrela e anel. Fonte [ 2
]
Exemplo LG‐NORTEL (1)
Redes de Telecomunicações 2009/2010 17
Fonte [ 1
0 ]
Optical Line Termination OLT – NS 16 1G CODWDM ‐PON FTTX com 32 λ.16 Canais simétricos de até 1,25Gbps (cartas Gigabit Ethernet).Ligação a ONU colorless.
Passive Remote Node – NS 16 PN/PN‐P1x16 nós DWDM Multiplexing/De‐multiplexing
Optical Network Termination ONT – NS 16 1G NN/NS 16100NNNS 16 1G NN para DWDM 1,25Gbps ligação Gigabit EthernetNS 16100 NN para DWDM 125Mbps ligação Fast EthernetONT colorless e possível de utilizar noutro λ.QoS Transparente para débitos simétricos dedicados de 1,25Gbps
GE/125Mbps FE
Exemplo LG‐NORTEL (2)
Redes de Telecomunicações 2009/2010 18
LD actua como um amplificador óptico que modula, amplifica e reflecte o sinal BLS recebido.
BLS é um EDFA de baixa potência que gera ASE (Amplitude Spontaneous Emissions).O BLS é acoplado à linha através de vários combinadores passivos.
Fonte [ 9
]
Exemplo LG‐NORTEL (3)
Redes de Telecomunicações 2009/2010 19
FTTX (FTTB,FTTC,FTTH)Fibra para DSLAMFibra para SwitchFibra para Wireless
Fonte [ 1
0 ]
Ligação Gigabit Ethernet dedicadaPrivacidade de ligaçõesRedução de nº fibras na Central Local
Conclusão
• Não está normalizada (2010‐2011)– FSAN (Full Service Acess Network)– SARDANA (Scalable Advanced Ring Based Passive Dense Acess Network Architecture), projecto Europeu
para o desenvolvimento de WDM‐PON.– IST colabora no SARDANA.– GigaWaM consórcio Europeu para desenvolver PON´s de baixo custo.
• Para um maior desenvolvimento e instalações em massa, é necessário haver normalização.• Redes híbridas WDM/TDMA‐PON irão ser usadas na evolução das PON’s.
– Com amplificação óptica, oferecem maiores larguras de banda por ONU, melhores splitting ratios e maiores distâncias que EPON e GPON.
– Maior flexibilidade de ligações , com possiblidade de evolução para acesso a rede metro .– Privacidade de ligações.– Suporta várias topologias fisicas, sem estar restringido a estruturas em árvore ou estrela.– Diferentes Débitos por comprimento de onda de 1 a 10Gbps, podem ser usados com diferentes serviços
associados (Ethernet, TDM, ATM, etc).– Evolução de P2MP para P2P‐ dinâmica e fácil unbundling.
• Necessário integração no plano de gestão e plano de controlo.• A LG‐NORTEL já comercializa produtos de Ethernet sobre WDM‐PON . Foi fornecido a uma
companhia de serviços de telecomunicações Holandesa, UNET, um sistema com 16 canais a 1,25Gbps Gigabit Ethernet ( ver exemplo).
Redes de Telecomunicações 2009/2010 20
Referências
1. Diapositivos Redes Telecomunicações 2009/2010, Cap 6 Redes de Acesso, Prof. João Pires.
2. PON in Adolescence: From TDMA to WDM‐PON , Klaus Grobe and Jõrg‐Peter Elbers, IEEE Aplications & Practice: Topics in Optical Communications.
3. CIP White Paper: ‘’WDM‐PON Technologies’’, http://www.ciphotonics.com.4. Wavelenght‐division‐multiplexed passive optical network (WDM‐PON)
technologies for broadband acess: a review[Invited], A. Banerjee e outros, Journal of Optical Networking, Nov 2005.
5. Fiber to the Home Using a PON Infrastructure, Chang‐Hee Lee e Wayne V. Sorin, Journal of Lightwave Technology, Dec 2006.
6. Exploding the myths about WDM‐PON, Pauline Rigby, editor of fibresystems.org, Feb 2009
7. Who Makes What: GPON & WDM‐PON Equipment, Tim Hills, Light Reading, Jul 2009. http://www.lightreading.com/document.asp?doc_id=179075 .
8. LG‐Nortel Ethernet over WDM PON technology overview white paper.9. LG‐Nortel: Future‐proof WDM PON based Ethernet Acess Solution white paper.10. LG‐Nortel TurboLight 16 brochure.
Redes de Telecomunicações 2009/2010 21