Acesso em telecomunicações usando fibra óptica

Transcrição

1 Empreendedorismo, Inovação e Transferência de Tecnologia Acesso em telecomunicações usando fibra óptica João Pires (jpires@lx.it.pt) João Pires EITT(10/11) 1

2 Sumário 1. Serviços e estrutura das redes de telecomunicações 2. Acesso usando fibra óptica 3. Ideia a explorar João Pires EITT(10/11) 2

3 Objectivos das Redes Objectivo das redes de Telecomunicações: fornecer serviços aos clientes que estão sobretudo interessados no tipo, qualidade e custo. Hoje a maioria dos operadores fornecem ao utilizador doméstico serviços triple play (voz, acesso à internet de banda larga e televisão), ou mesmo quadruple play (triple play+ wireless). João Pires EITT(10/11) 3

4 Estrutura de uma Rede de Telecomunicações Uma rede de telecomunicações de dimensão nacional é representada por uma estrutura hierárquica com três níveis: núcleo, metro e acesso. Na rede de núcleo e na rede metropolitana a topologia física é normalmente imposta pela camada de transporte. Núcleo 100s-1000s km Malha A rede de acesso usa uma grande variedade de tecnologias e topologias, e é responsável por uma fracção muito importante do investimento feito numa rede. Tecnologias de transmissão no acesso: pares de cobre, cabo coaxial, fibra óptica, soluções rádio (FWA). Metro km Anel Acesso <10 km Anel, estrela, etc Utilizadores João Pires EITT(10/11) 4

5 Acesso à Internet O acesso pode ser directo (utilizadores empresariais), ou indirecto (utilizadores domésticos). O acesso indirecto usa a rede telefónica para aceder ao ISP (Internet Service Provider). O acesso indirecto pode ser de banda estreita ou de banda larga. O acesso de banda estreita é feito através de modems que operam na banda da voz. O acesso de banda larga pode ser feito usando ADSL, ou outras soluções (ex: PON). ISP#1 Canal virtual permanente Rede telefónica (Comutação de circuitos) Modem ISP#2 POP Serviço telefónico ISP#n Rede de banda larga (ATM) POP#n Central local Par simétrico Acesso à Internet O utilizador liga-se ao POP (point of presence) da rede telefónica. Este por sua vez liga-se aos POP dos ISPs através de circuitos alugados, ou canais virtuais permanentes estabelecidos por uma rede ATM ou MPLS João Pires EITT(10/11) 5

6 Rede de Acesso Convencional A rede de acesso corresponde à componente da rede telefónica pública que liga a central local aos equipamentos de assinante (telefones, modems, etc.). A rede de acesso convencional era constituída por uma infra-estrutura de pares de fios de cobre entrelaçados (pares simétricos) que ligavam a central telefónica local ao telefone do assinante. Cabos de pares simétricos Cabo de alimentacão (centenas de pares) Cabo de distribuição (dezenas de pares) CD ASR CD Central Telefónica Local Comutador CD RP ASR CD ASR CD RP: Repartidor principal ASR: Armário de subrepartição CD: Caixa de distribuição Sub-rede de alimentação ou transporte CD Sub-rede de distribuição João Pires EITT(10/11) 6

7 Acesso de Banda Larga O acesso de banda larga baseado no ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) faz uso da infra-estrutura de pares simétricos existente entre o assinante e a central. Central local (ATU-C) Point of Presence POP Rede telefónica Rede de Rede de agregação agregação Comutador telefónico DSLAM Par simétrico Splitter+filtro Splitter+filtro Modem PC Instalação de assinante (ATU-R) Acesso à rede IP, em ATM ou MPLS Multiplexador de Acesso ADSL ATR-C (ADSL transceiver unit, central office ATR-R (ADSL transceiver unit, remote terminal Modem ADSL No acesso de banda larga a rede de acesso inclui para além do modem ADSL, os multiplexadores de acesso DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), situados no mesmo edifício onde se encontra a central local. João Pires EITT(10/11) 7

8 Tecnologias x-dsl O x-dsl é uma designação genérica para um conjunto de tecnologias de acesso de banda larga que operam sobre o par simétrico (cobre) e são derivadas do lacete digital do assinante ou DSL (Digital Subscriber Line). IDSL ADSL ADSL2+ SHDSL DSL para aplicações em redes ISDN (RDIS). Suporta o acesso básico (2B+D) a 160 kbit/s e o acesso primário (30B+D) a Mbit/s. DSL assimétrico (Asymmetric DSL): Canal até 8 Mbit/s no sentido de cliente ou descendente (downstream) e até 800 kbit/s no sentido da rede ou ascendente (upstream). DSL assimétrico 2+(Asymmetric DSL 2+): Canal até 24 Mbit/s no sentido de descendente e até 1.5 Mbit/s no sentido ascendente. A largura de banda usada duplica em comparação com o ADSL, passando de 1.1 MHz, para 2.2 MHz. Symmetrical High Bit Rate DSL: Suporta débitos (simétricos) desde 192 kbit/s até 2.12 Mbits/s sobre 1 par simétrico, e desde 384 kbit/s até 4.62 Mbit/s sobre 2 pares. Não pode coexistir com o serviço telefónico. VDSL2 Very High Bit Rate DSL 2: Canal até 100 Mbit/s no sentido descendente e até 50 Mbit/s no sentido ascendente. Usa uma largura de banda até 30 MHz. DSL Bonding DSL Bonding: Agrega várias linha DSL para suportar débitos mais elevados. João Pires EITT(10/11) 8

9 x-dsl ( Largura de banda/distância) Déb (kbps) VDSL2 ADSL2+ ADSL Fonte: José S. Brás, A Oferta de serviços de 3Play nas Redes Fixas, PT Comunicações, IST, Maio Dist (m) Note-se que o ADSL só permite débitos de 8 Mb/s até distâncias da ordem dos 3 km e o ADSL 2+ só permite 24 Mb/s para distâncias inferiores a km. Para distâncias superiores a 1.6 km, o ADSL2+ conduz a melhores resultados do que o VDSL2. João Pires EITT(10/11) 9

10 Lei de Nielsen A lei de Nielsen prevê um crescimento na velocidade de acesso à Internet na terminação do utilizador de cerca de 50% ao ano Mbps Mbps Mbps Mbps Fonte: João Pires EITT(10/11) 10

11 Fibra Óptica: A Solução Dentro de 2 a 4 anos débitos de 100 Mb/s no acesso será algo trivial. Se as taxas de crescimento de tráfego se mantiveram serão de esperar, daqui a 10 anos, débitos no acesso de 1 Gb/s. As tecnologias x-dsl, especialmente ADSL, estão a atingir os limites: limitações de banda e assimetria. A solução está na generalização da utilização de fibra óptica na rede de acesso. João Pires EITT(10/11) 11

12 Cabos de Fibra Óptica Cabo de distribuição Cabo de distribuição Cabo aéreo Cabo blindado Fonte: H. Kogelnik, OFC2008 João Pires EITT(10/11) 12

13 Arquitecturas de Rede Ponto-a-ponto (P2P) Um porto OLT (Optical Line Terminal), responsável conversão O/E+E/O na central local por cada cliente. Ponto-Multiponto (P2MP) Um porto OLT na central por cada N clientes, com N tipicamente entre 8 e 64. João Pires EITT(10/11) 13

14 Arquitecturas de Rede(II) P2P ONU Central Local (OLT) P2MP Ponto de derivação ONU ONU ONU ONU ONU A ONU (Optical Network Unit) é um dispositivo que termina a componente óptica do lado do cliente. As ligações ao equipamento deste é feita usando Ethernet sobre par simétrico, x-dsl, ou cabo coaxial. A OLT (Optical Line Terminal) proporciona uma interface entre a componente óptica da rede e a rede do operador. Pode incluir interfaces 1GbE, 10 GbE, STM-N (SDH). Central Local (OLT) Fibra de alimentação ONU ONU O ponto de derivação pode ser activo ou passivo João Pires EITT(10/11) 14

15 Ponto-Multiponto Estrela Activa ( Ethernet Activa) O ponto de derivação é um nó activo, normalmente um switch Ethernet, que é usado para agregar tráfego proveniente de diferentes ONUs/ONTs: Ethernet comutada+ ponto-a-ponto. Estrela Passiva (PON) O ponto de derivação é passivo, ou seja é constituído por um splitter/combinador óptico passivo: Passive Optical Network (PON). João Pires EITT(10/11) 15

16 Redes Ópticas Passivas para FTT-x FTTEx FTTCab/N Concentrador (UR) Cobre FTTC FTTH/B NT ADSL ( < 6 km ) 8 Mbit/s@3 km Central Local ONU ONU ADSL2+ ( <1.5 km ) NT 24 Mbit/s@0.9 km OLT ONU VDSL1 ( < 300 m ) NT FTTEx: Fibre-to-the-Exchange FTTCab/N: Fibre-to-the-Cabinet /Node FTTC: Fibre-to-the-Curb FTTB: Fibre-to-the-Building FTTH: Fibre-to-the-Home OLT: Optical Line Termination ONT: Optical Network Termination Fibra óptica 55 Mbit/s@0.3 km 100 Mbit/s@0.2 km VDSL2 ONT João Pires EITT(10/11) 16

17 Redes de fibra num prédio Detalhes da FTTH Caixa de terminação Fibra insensível a curvas Caixa de distribuição do andar Conector Cabo cabo vária dezenas de fibras Caixa de distribuição do prédio Fonte: Corning João Pires EITT(10/11) 17

18 Arquitectura TDM-PON A ligação descendente (OLT-ONU) é feita no comprimento de onda de 1490± 10 nm e a ascendente (ONU-OLT) no comprimento de onda de 1310 ±50 nm. OLT Nó de repartição 1310/1490 nm mux/demux Receptor Laser ONU 1 Laser Receptor 1490 nm 1310 nm Repartidor/ combinador Receptor Laser ONU k Receptor Laser ONU N Max de 10 ou 20 km As variantes da TDM-PON mais usadas são a GPON (Gigabit PON) e EPON (Ethernet PON). A primeira opera a um débito de linha agregado de 2.488/1.244 Gbps e a segunda a 1.25 /1.25 Gbps. João Pires EITT(10/11) 18

19 10 GPON em Portugal Fonte: Diário Económico João Pires EITT(10/11) 19

20 Utilizadores por Tecnologia de Banda Larga (Mundial) Fonte: H. Kogelnick, Perspectives on Optical Communications, OFC 2008 João Pires EITT(10/11) 20

21 FTTH/FTTB Panorama Internacional (2010) João Pires EITT(10/11) 21

22 Implementações FTTH/B na Europa (2009) João Pires EITT(10/11) 22

23 Ideia a Explorar No sentido de contribuir para o desenvolvimento das zonas rurais e evitar a sua desertificação é fundamental proporcionar aos seus habitantes acesso de banda larga. Para além dos serviços de triple play tradicionais, com esse acesso é possível proporcionar, nomeadamente, ICT (Information and Communication Technologies) às explorações agrícolas, serviços de assistência a idosos e cuidados de saúde à distância, ensino à distância, etc. A ideia a explorar consiste em estudar a possibilidade e a viabilidade de criar uma empresa capaz de oferecer diferentes tipos de serviços de banda larga a comunidades rurais usando soluções de fibra até casa (soluções FTTH). João Pires EITT(10/11) 23

24 Referências Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications, Wiley Interscience, Dirk Breuer et al. Opportunities for Next-Generation Optical Access, IEEE Communications Magazine, pág. S16-S24, Fevereiro J. M. Pedersen e M. T. Riaz Bringing fiber to the home to rural areas in Denmark 2nd International Symposium on Applied Sciences in Biomedical and Communication Technologies, 2009, pág , Nov. 2009, Bratislava, Eslováquia. R. E. Wagner, et. al. Fiber-based broadband-access deployment in the United States, Journal of Lightwave Technology, vol. 24, no. 12, pág , Dez H. Shinohara, FTTH experiences in Japan, Journal of Optical Networking, vol. 6, no. 6, pág , Jun João Pires EITT(10/11) 24