Redes WDM PON como solução evolutiva para o acesso. Luis Pederneira

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1 Redes WDM PON como solução evolutiva para o acesso Luis Pederneira Redes de Telecomunicações 2009/2010 1

2 Agenda Introdução Conceitos WDM PON Características WDM PON Aplicações WDM PON Exemplo Conclusão Referências Redes de Telecomunicações 2009/2010 2

3 Introdução Fonte FTTH Worldwide Market & Technology Forecast , Heavy Reading June 2006 Em 2012 > 100Mbps Em 2018 > 1 Gbps Redes de Telecomunicações 2009/2010 3

4 Evolução Rede Broadband Multiserviços Fonte [ 4 ] Redes de Telecomunicações 2009/2010 4

5 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

6 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

7 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

8 Conceitos WDM PON (1) 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. Fonte [ 2 ] 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). Redes de Telecomunicações 2009/2010 8

9 Conceitos WDM PON (2) 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. Fonte [ 2 ] 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. Redes de Telecomunicações 2009/2010 9

10 Soluções WDM PON As redes WDM PON baseiam se em: CWDM (Coarse WDM) DWDM (Dense WDM) Redes de Telecomunicações 2009/

11 CWDM PON Fonte [ 4 ] 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. Redes de Telecomunicações 2009/

12 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/

13 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/

14 Características WDM PON (2) Fonte [ 2 ] Redes de Telecomunicações 2009/

15 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/

16 Aplicações WDM PON (2) 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 ] Redes de Telecomunicações 2009/

17 Exemplo LG NORTEL (1) Optical Line Termination OLT NS 16 1G CO DWDM 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 P 1x16 nós DWDM Multiplexing/De multiplexing Optical Network Termination ONT NS 16 1G NN/NS 16100NN NS 16 1G NN para DWDM 1,25Gbps ligação Gigabit Ethernet NS NN para DWDM 125Mbps ligação Fast Ethernet ONT colorless e possível de utilizar noutro λ. QoS Transparente para débitos simétricos dedicados de 1,25Gbps GE/125Mbps FE Fonte [ 10 ] Redes de Telecomunicações 2009/

18 Exemplo LG NORTEL (2) 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 ] Redes de Telecomunicações 2009/

19 Exemplo LG NORTEL (3) Fonte [ 10 ] FTTX (FTTB,FTTC,FTTH) Fibra para DSLAM Fibra para Switch Fibra para Wireless Ligação Gigabit Ethernet dedicada Privacidade de ligações Redução de nº fibras na Central Local Redes de Telecomunicações 2009/

20 Conclusão Não está normalizada ( ) 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/

21 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, 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 Fiber to the Home Using a PON Infrastructure, Chang Hee Lee e Wayne V. Sorin, Journal of Lightwave Technology, Dec Exploding the myths about WDM PON, Pauline Rigby, editor of fibresystems.org, Feb Who Makes What: GPON & WDM PON Equipment, Tim Hills, Light Reading, Jul 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/

22 Obrigado! Redes de Telecomunicações 2009/