Evolução das Redes de Nova Geração: uma perspectiva tecnológica

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1 Evolução das Redes de Nova Geração: uma perspectiva tecnológica Seminário ACIST As Redes Nova Geração 8 de Junho 2016, Sana Malhoa Hotel João Pires (jpires@lx.it.pt) Departamento de Engenharia Electrotécnica e Computadores Instituto Superior Técnico & Instituto de Telecomunicações

2 Tópicos O que são as RNG? Redes Híbridas Fibra-Cobre FTTH e GPON NG-PON ACIST Seminário RNG, 8/6/2016 1

3 O que são Redes de Nova Geração? Rede de Nova Geração (NG) é um conceito que está associado à modernização das redes de telecomunicações e aplica-se tanto às redes de núcleo (core), como às redes de acesso. Uma rede de núcleo NG envolve a convergência de todos os serviços para uma plataforma integralmente IP e a utilização de uma solução de transporte totalmente óptica de elevada capacidade (Tbps) baseada no DWDM (Dense WDM). ACIST Seminário RNG, 8/6/2016 2

4 O que são Redes de Nova Geração? Uma rede de acesso fixo NG é baseada na totalidade ou em parte em tecnologias ópticas com capacidade para fornecer serviços de acesso de banda larga com melhores características (débitos mais elevado, etc. ) do que aquelas que são proporcionadas pelas redes de cobre tradicionais. Tópico da apresentação ACIST Seminário RNG, 8/6/2016 3

5 Débitos no Acesso Residencial Os débitos nas ligação à Internet dos utilizadores com acesso fixo aumentam cerca de 50% ao ano (Lei de Nielsen) /s Serviços quase- gigabit/s 120 Mbps, Mbps Mbps Mbps Mbps Fonte: ACIST Seminário RNG, 8/6/2016 4

6 Débitos no Acesso Residencial A Comissão Europeia tem como objectivo que em 2020 pelo menos metade dos domicílios na Europa tenham acessos de banda larga a com velocidades no mínimo de 100 Mbps. ACIST Seminário RNG, 8/6/2016 5

7 Débitos no Backhaul Móvel Os débitos nos cell sites das redes móveis aumentam cerca de 50 % ao ano (previsão) Fonte: Brian Lavallée, Mobile Backhaul, Ciena Essentials, 2015 ACIST Seminário RNG, 8/6/2016 6

8 Arquitecturas Híbridas Fibra/Cobre FTTEx FTTCab/N FTTC FTTdP Concentrador Cobre ADSL ( 6 km ) NT 8 Mbit/s@3 km Central Local ONU ONU ADSL2+ ( 1.5 km ) NT OLT 24 Mbit/s@0.9 km ONU VDSL2 ( 300 m ) NT FTTEx: Fibre-to-the-Exchange FTTCab/N: Fibre-to-the-Cabinet/Node FTTC: Fibre-to-the-Curb FTTdP: Fibre-to-the-Distribution Point OLT: Optical Line Termination ONU: Optical Network Unit NT: Network Termination Fibra óptica Arquitectura de rede: Fibra ponto-a-ponto (P2P) 100 Mbit/s@0.2 km ONU G.Fast ( 200 m ) 500 Mbit/s@0.1 km NT ACIST Seminário RNG, 8/6/2016 7

9 FTTdP+ G. Fast Fonte: Características da tecnologia G.Fast Normalizada pelo ITU-T em 2014 Fibra óptica ponto-a-ponto até ao ponto de distribuição (1 fibra por dp) Débitos entre 1Gb/s a 500 Mb/s para distâncias 100 m O equipamento activo (dp) é tele-alimentado a partir do equipamento de cliente ACIST Seminário RNG, 8/6/2016 8

10 G.Fast: Débitos vs Alcance Fonte: M. Timmers, D. Eckard, Copper is the New Black for Ultra Broadband Networks, OFC 2015, artigo:th4b.2 ACIST Seminário RNG, 8/6/2016 9

11 Arquitecturas FTTH (Fiber-to-the-Home) Ponto-a-ponto (P2P) Fibra óptica Central Local (Switch) Distância Max. 40 km Instalações de cliente Cada utilizador tem uma fibra óptica dedicada entre o switch da central e o (Optical Network Terminal). O termina a componente óptica do lado do cliente. Vantagens Débito binário dedicado para cada utilizador com valores entre 100 Mbps e 10Gbps Rede fácil de operar e planear Solução à prova do futuro suportando facilmente os serviços quase-gigabit/s Desvantagens Requer um número elevados de transceptores activos na central e um grande numero de fibras ópticas na componente primária da rede Solução cara ACIST Seminário RNG, 8/6/

12 Arquitecturas FTTH (Fiber-to-the Home) Ponto-Multiponto (P2MP) Fibra Óptica Splitter óptico O splitter óptico é um dispositivo passivo (sem optoelectróncia) que é usado para dividir/combinar sinais ópticos O split ratio típico é: 1:16; 1:32; 1:64 Central Local (OLT) Vantagens Reduz o numero de fibras ópticas que é necessário instalar na rede primária Reduz o número de transceptores activos na OLT e deste modo os custos operacionais É fácil adicionar serviços overlay como televisão em RF Desvantagens Rede Primária Distância Max. 20 km Rede Distribuição Os débitos binários na rede são partilhados pelos diferentes utilizadores A distância máxima utilizador/central depende do split ratio É difícil detectar falhas na rede de distribuição Instalações de cliente Esta rede designa-se por PON (Passive Optical Network) ACIST Seminário RNG, 8/6/

13 Tipos de PONs TDM/PON (Time-Division Multiplexing /PON): Cada transmite dados nos intervalos de tempo que lhe estão destinados Ethernet PON (EPON) Gigabit PON (GPON) Norma IEEE; Ásia (China,etc.) Norma ITU-T; Europa, USA WDM/PON (Wavelength-Division Multiplexing/PON) : Cada recebe e transmite dados nos comprimentos de onda que lhe estão destinados Sinal WDM ACIST Seminário RNG, 8/6/

14 GPON GPON OLT GPON OLT Logica OLT Tx 1490nm OLT Rx 1310nm Split Ratio 1490nm (2.4 Gbps) Débito Descendente 1310nm (1.2 Gbps) Débito Ascendente 1:8 311 Mbps 156 Mbps 1: Mbps 78 Mbps 1:32 78 Mbps 39 Mbps Splitter (1:N) GPON ONU Rx 1490nm Tx 1310nm GPON Rx 1490nm Tx 1310nm GPON ONU Logica GPON ONU Logica Serão estes débitos suficientes para as diferentes aplicações da FTTH? 1:64 39 Mbps 19 Mbps 100 Mbps (*) (*) Taxa de simultaneidade de 40% ACIST Seminário RNG, 8/6/

15 GPON (Aplicações) 1:64 FTTBTS (Fibre-to-the-BTS) GPON OLT 1490nm (2.4 Gbps) 1310nm (1.2 Gbps) 1:y 1:x FTTH (Fibre-to-the-Home FTTH (Fibre-to-the-Home) FTTO (Fibre-to-the-Office) Em FTTO e FTT BTS (aplicações em backhaul móvel) requerem-se normalmente débitos superiores aos proporcionados pela GPON e além disso fluxos simétricos. Tipicamente para FTTO e em aplicações backhaul em LTE requerem-se conectividades de 1 GbE. ACIST Seminário RNG, 8/6/

16 Capacidade (Gbps) Evolução das PONs A evolução das PONs de Nova Geração (NG) pode ser descrita em duas etapas: NG-PON 1 e NG-PON 2. Downstream: 10 Gbps Upstream: 2.5 Gbps NG-PON 2 Downstream: 2.5 Gbps Upstream: 1.25 Gbps GPON EPON XGPON 10GEPON NG-PON 1 TWDM, WDM PON Tempo A NG-PON1 corresponde a uma melhoraria das TDM-PONs e pode coexistir com essas PONs sobre a mesma infra-estrutura óptica. A NG-PON2 requer o desenvolvimento de novas tecnologias e potenciais modificações na infraestrutura óptica. ACIST Seminário RNG, 8/6/

17 TWDM PON TWDM OLT TDWM TWDM OLT Logica Tx 1 Tx 2 Tx 3 Tx 4 Rx 5 Rx 6 Rx 7 WDM WDM 1 (10 Gbps) 8 (2.5 Gbps) Splitter (1:N) Rx Tx Rx Tx TWDM Logica TWDM Logica Rx 8 Usa 4 comprimentos de onda DS operando a um débito de 10 Gbps e quatro comprimentos de onda US operando a um débito de 2.5 Gbps Na é necessário usar receptores (Rx) e transmissores (Tx) sintonizáveis para permitir seleccionar o comprimento de onda a alocado ACIST Seminário RNG, 8/6/

18 Caracteristicas/Desafios da TWDM-PON Características/Vantagens 4 canais WDM em cada direcção 40 Gbps upstream e 10 Gbps downstream Compatível com a GPON, 10GPON e RF overlay Usa a mesma infra-estrutura baseada em splitters que a GPON Upgrade até 80 Gbps Custos moderados (2 GPON?) Pay-as-you-grow através da adição de canais WDM Interessante para aplicações empresarias e backhaul móvel Desafios Transmissores e receptores sintonizáveis Alocação de espectro ACIST Seminário RNG, 8/6/

19 Receitas (ARPU) em Diferentes Cenários- Europa Ocidental TWDM Key Drivers Backhaul móvel e empresas (Mobile Backhaul) SMBs: small-to-mediumsized businesses Fonte: ACIST Seminário RNG, 8/6/

20 Operadores que Adoptaram Soluções Híbridas Operador Solução actual Evolução BT Openreach (Reino Unido) Swisscom Deutsche Telekom FTTC + VDSL2 (80 Mbps) FTTC+VDSL2 (100 Mbps) FTTC+VDSL2 (100/40) Mbps FTTC + G.Fast (300 Mbps) FTTdP + G.Fast (500 Mbps) FTTC+ VDSL2 Vectoring 250 Mbps ACIST Seminário RNG, 8/6/

21 Operadores com Serviços 1Gbps Operador Serviço Tipo de Rede AT&T (USA) Google (USA) Free (França) BARN (UK) GigaPower ($70 a $110 mês) Google Fiber (1Gbps/1Gbps) ($70 a $130 mês) 1Gbps/0.2Gbps Zonas rurais (1Gbps/1Gbit/s) FTTH (FTTP) P2P? FTTH P2P FTTH, P2P (Gigabit Ethernet) FTTH, P2P (Gigabit Ethernet) ACIST Seminário RNG, 8/6/

22 FTTH/FTTB Global Ranking- End th position; 7th position FTTH Number 1 Global: United Arab Emirates Number 1 Europe: Lithuania Source: FTTH Council Europe, February 2015 ACIST Seminário RNG, 8/6/

23 FTTH/FTTB European Ranking- End th position; 2nd position FTTH Homes Passed Coverage* (end 2013) Lithuania: 100% Latvia: 100% Portugal: 67% Sweden: 58% Bulgaria: 56% * Coverage: number of Homes Passed/ Total number of Households Source: FTTH Council Europe, February 2015 ACIST Seminário RNG, 8/6/

24 Notas Finais GPON é a tecnologia dominante nas redes FTTH devido à sua vantagem em termos de custos O crescimento do tráfego residencial e a sua aplicação em outros cenários (backhaul móvel, empresas, etc.) vem colocar alguns desafios à GPON As tecnologias de nova geração (NG-PON1 e NG-PON2), procuram dar resposta a esses desafios A solução mais promissora parece ser a TWDM-PON, pois para além de aumentar a capacidade 16 vezes permite ainda um crescimento tipo Pay-as-you-grow ACIST Seminário RNG, 8/6/

25 Obrigado pela atenção ACIST Seminário RNG, 8/6/

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