UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA MAURÍCIO MODERNO DE CARVALHO UM NOVO ESQUEMA DE PROTEÇÃO PARA REDES PON TDM São Paulo 2008

MAURÍCIO MODERNO DE CARVALHO UM NOVO ESQUEMA DE PROTEÇÃO PARA REDES PON TDM Trabalho de Dissertação apresentado ao Curso de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Presbiteriana Mackenzie, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Elétrica. ORIENTADOR: PROF. DOUTOR EUNÉZIO ANTÔNIO DE SOUZA. São Paulo 2008

2 À minha esposa Cláudia e aos meus filhos Camila, Guilherme e Rafael pelo incentivo e compreensão.

3 AGRADECIMENTOS Ao meu orientador, Prof. Dr. Thoroh, pelas dicas, compreensão, apoio e, especialmente pelo voto de confiança. Ao Prof. Dr. Cristiano de Mattos e Prof. Dr. Murilo pelos puxões de orelha que foram fundamentais para a qualidade do trabalho. Aos colegas do Laboratório de Fotônica do Mackenzie, especialmente (em ordem alfabética, de modo algum em ordem de importância) ao Alexandre, Camila, Jackson e Lúcia pela disposição em ajudar e agüentar minhas choradeiras. Aos meus pais Antonio e Marlene como meus orientadores para a vida. À minha esposa Cláudia pela paciência e aos meus filhos Camila, Guilherme e Rafael pela compreensão pelos fins de semana em frente ao computador. Ao Mack Pesquisa pelo apoio financeiro.

4 Disse Deus: Haja a luz; e houve a luz. E viu Deus que a luz era boa; e fez a separação entre a luz e as trevas. Livro de Gênesis 1:3 e 1:4

5 RESUMO Adotando uma topologia em anel e chaves ópticas, estamos propondo um novo mecanismo de proteção para redes ópticas passivas TDM (Time Division Multiplexed) que possibilita a proteção da rede contra múltiplos pontos de falha. Muitos esquemas de proteção foram propostos para dar confiabilidade para as redes ópticas passivas como definido pela recomendação ITU- T G.983.1. Para permitir proteção contra múltiplos pontos de falhas a recomendação ITU-T define a duplicação da rede óptica (ODN) e equipamento. Apresentamos, então, uma topologia em anel com dois caminhos s distintos protegendo a rede pela comutação individual destas linhas de acordo com a detecção de alarmes locais por cada Optical Network Unit (O- NU). Conforme nossa proposta, nem o equipamento ou a rede precisam ser duplicadas para prover proteção do sistema.

6 ABSTRACT By adopting a ring topology and optical switches we propose a novel protection mechanism for time division multiplexed passive optical network (TDM-PON) that provides resilience against multiple network fails. Some protection schemes have been proposed in order to give resilience for passive optical network (PON) as defined at ITU-T Recommendation G983.1. However that recommendation defines the optical distribution network (ODN) and equipment duplication to protect it against multiple points of fail. We propose a ring topology with dual fibers paths capable to protect the network by switching these lines individually according to the local alarms detected by each optical network unit (ONU). According to our proposal neither equipment nor network should be duplicated to provide survivability to the system.

7 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Evolução do aumento de banda nas redes de acesso onde observa-se que o aumento do consumo de banda quadruplica a cada 4 anos....12 Figura 2 Exemplo de rede ponto a ponto, tem-se uma fibra (ou um par) dedicada a cada um dos usuários....13 Figura 3 Rede óptica ativa, a rede possui um elemento ativo....14 Figura 4 Rede óptica passiva (PON)....15 Figura 5 Proteção tipo A, proteção da fibra de conexão OLT-Rede....17 Figura 6 Diagrama em blocos de uma implementação para a proteção tipo A...17 Figura 7 Proteção tipo B, proteção da fibra e interfaces ópticas na OLT...18 Figura 8 Proteção tipo C, duplicação das interfaces ópticas nas ONUs, OLTs e rede...18 Figura 9 Proteção tipo D, duplicação total, de interfaces e da rede....19 Figura 10 Topologia proposta para a rede PON com proteção em anel, (a) ONU e (b) OLT na representação do anel...20 Figura 11 Arquitetura da rede B-PON...23 Figura 12 Processo de ranging para a determinação dos atrasos de transmissão das ONUs...25 Figura 13 Estrutura do GPON conforme ITU-T G.984.1...28 Figura 14 Estrutura do GEM....30 Figura 15 Fragmentação das informações de usuário....30 Figura 16 Mapeamento de um sinal TDM no frame GEM....31 Figura 17 Quadro Ethernet 802.3....32 Figura 18 Comparação das estruturas de frame para as tecnologias PON....37 Figura 19 Evolução das tecnologias PON....38 Figura 20 Arquitetura 1+ 1 na condição normal, sem falha...42 Figura 21 Arquitetura 1+ 1 na condição de falha na linha principal...43 Figura 22 Arquitetura 1 : n na condição normal, sem falha....43 Figura 23 Arquitetura 1 : n na condição de falha na linha 1...44 Figura 24 Arquitetura 1+ 1 para uma rede PON...45 Figura 25 Arquitetura 1:1 para uma rede PON...46 Figura 26 Protocolo de comutação utilizando os bytes K1 e K2...50 Figura 27 Proteção tipo A, proteção da fibra de conexão OLT-Rede....51 Figura 28 Proteção tipo A, condição de falha na linha principal....52 Figura 29 Proteção tipo B...53 Figura 30 Proteção tipo B, o sinal downstream é enviado apenas pela linha principal....53 Figura 31 Proteção tipo B, o sinal downstream é enviado pela linha reserva em caso de falha na linha principal....54 Figura 32 Proteção H, uma interface PON reserva para M interfaces principais....55 Figura 33 Proteção tipo H, uma interface PON reserva para M interfaces principais em caso de falha em uma linha qualquer....55 Figura 34 Proteção tipo C...56 Figura 35 Proteção tipo C ( X : N )....57 Figura 36 Proteção tipo D...58 Figura 37 Diagrama em blocos da ONU para proteção...59

Figura 38 Diagrama em blocos da ONU sem proteção...59 Figura 39 Diagrama em blocos da OLT com proteção....60 Figura 40 Diagrama em blocos da OLT sem proteção...60 Figura 41 Sistema sem proteção para análise de indisponibilidade....63 Figura 42 Localização dos itens de indisponibilidade para um sistema PON sem proteção.65 Figura 43 Localização dos itens de indisponibilidade para um sistema PON com proteção Tipo A...66 Figura 44 Localização dos itens de indisponibilidade para um sistema PON com proteção Tipo B...67 Figura 45 Localização dos itens de indisponibilidade para um sistema PON com proteção Tipo C...68 Figura 46 Localização dos itens de indisponibilidade para um sistema PON com a nova proteção em Anel...68 Figura 47 Topologia proposta para a rede PON com proteção em anel conforme a referência [ 7 ]....71 Figura 48 Topologia proposta para a rede PON com proteção em anel conforme a referência [ 7 ], na condição de falha na linha 1...71 Figura 49 Topologia proposta para a rede PON com proteção em anel conforme a referência [ 7 ], na condição de falha na linha 1 e 2...72 Figura 50 Topologia proposta para a rede PON: OLT em anel...74 Figura 51 Topologia proposta para a rede PON: ONU em anel...74 Figura 52 Diagrama em blocos para uma ONU operando em anel com uma única fibra...80 Figura 53 Diagrama em blocos para uma ONU operando em anel com uma única fibra e falha na linha em uma direção...81 Figura 54 Diagrama em blocos para uma ONU operando em anel com uma única fibra e falha na linha em uma direção oposta à representada na Figura 53....81 Figura 55 Anel onde cada um dos elementos, ONU e OLT, possuem duas interfaces, cada uma voltada a uma direção....82 Figura 56 Falha na linha 1 do anel....84 Figura 57 Ação das ONU-1 a ONU-N devidoa falha na linha 1...85 Figura 58 Falha nas trilhas de trabalho e de proteção....86 Figura 59 Ação das ONU-2 a ONU-N com a ocorrência da falha na linha....86 Figura 60 Ação da ONU-1 com a ocorrência da falha na linha....86 8

9 LISTA DE QUADROS Quadro 1 Comparativo entre as soluções PON....36 Quadro 2 Comprimentos de onda utilizados....39 Quadro 3 Classes de atenuação na ODN...40 Quadro 4 Classes de disponibilidade de sistemas...61 Quadro 5 Taxas de falha e tempo de reparo....64 Quadro 6 Resultados de disponibilidade e indisponibilidade para os esquemas de proteção para redes PON...69 Quadro 7 Cálculo de orçamento de potência para 16 usuários na direção downstream em 20 km de fibra na topologia em anel....77 Quadro 8 Cálculo de orçamento de potência para 6 usuários na direção downstream em 20km de fibra na topologia em anel....78 Quadro 9 Cálculo de orçamento de potência para 6 usuários na direção downstream em 20km de fibra na topologia em anel com acopladores com diferentes razões de acoplamento...79

10 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ATM BER B-PON CO EMS E-PON FSAN FTTB FTTC FTTCab FTTH G-PON IEEE ITU-T Asynchronous Transfer Mode Bit Error Rate Broadband-PON Central Office Element Management System Ethernet PON Fulll Service Access Network group Fiber-To-The-Building Fiber-To-The-Curb Fiber To The Cabinet Fiber To The Home Gigabit PON Institute of Electrical and Electronics Engineers International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector MAN ODN OLT ONU PON TDM TDMA Metropolitan Area Network Optical Distribution Network Optical Line Terminator Optical Network Unit Passive Optical Networks Time Division Multiplexer Time Division Multiplexer Access

11 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO...12 2 REDES PON...21 2.1 GPON...26 2.2 E-PON...32 2.2.1 Tráfego Upstream...34 2.2.2 Tráfego Downstream...35 2.3 COMPARATIVO ENTRE AS SOLUÇÕES DE ACESSO...35 3 COMPONENTES PASSIVOS DA REDE...39 4 SISTEMAS DE PROTEÇÃO PARA REDES PON...41 4.1 PROTEÇÃO TIPO A...51 4.2 PROTEÇÃO TIPO B...53 4.3 PROTEÇÃO TIPO C...56 4.4 PROTEÇÃO TIPO D...57 5 PROPOSTA PARA PROTEÇÃO EM REDES PON...61 5.1 DESCRIÇÃO DA PROTEÇÃO PROPOSTA...73 5.1.1 Orçamento de potência na arquitetura proposta...75 5.1.2 Variações da topologia apresentada....80 5.2 COMUTAÇÃO DEVIDO À DETECÇÃO DE SF NA ONU:...82 5.3 COMUTAÇÃO DEVIDO À DETECÇÃO DE SD NA ONU:...83 5.4 PROCESSO DE COMUTAÇÃO...83 5.4.1 Falha na linha de trabalho (linha 1 ou 2)...84 5.4.2 Falha nas linhas 1 e 2 simultaneamente....85 6 CONCLUSÃO...87 7 PRÓXIMOS PASSOS...88 8 REFERÊNCIAS...89

12 1 INTRODUÇÃO Um novo perfil de usuário, que utiliza a rede de telecomunicações para comunicação via internet, jogos interativos, transferência de arquivos, serviços multimídia baseados em vídeo, tem motivado o crescimento das redes de acesso [ 1 ]. As novas redes de acesso devem estar preparadas para estes novos serviços, ou seja, a convergência de voz, dados e vídeo e, com uma banda simétrica e garantida, de aproximadamente 100Mbps [ 2 ]. Estudos sobre a evolução do consumo de banda em redes de acesso demonstram que a taxa de dados nestas redes quadruplica a cada 4 anos [ 2 ] conforme apresentado na Figura 1, portanto as redes devem estar aptas a esta evolução. 10000 Taxa de bit nominal (Mb/s) 1000 100 10 1 Modem analógico 0,1 Banda Larga 0,01 0,001 0,0001 1980 1990 2000 2010 2020 Ano Figura 1 Evolução do aumento de banda nas redes de acesso onde observa-se que o aumento do consumo de banda quadruplica a cada 4 anos. As propriedades únicas das fibras ópticas em termos de capacidade de transmissão e baixas perdas fazem destas a melhor resposta para estas novas redes. As redes ópticas de acesso podem ser classificadas como Fiber-To-The-Curb (FTTC), Fiber-To-The-Cabinet (FTTCab), Fiber-To-The-Building (FTTB) e Fiber-To-The- Home (FTTH). Ainda que possa haver estruturas de redes que combinem as vantagens das fibras com as redes metálicas já existentes, como no caso do FTTC e FTTCab, a necessidade

13 das redes do futuro, com uma grande demanda de banda, aponta para uma solução unicamente baseada em fibras ópticas, ou seja, o FTTH. Duas topologias têm sido empregadas para redes de acesso : redes ponto a ponto e redes ponto multiponto, sendo que a topologia ponto-multiponto pode ser implementada com redes ativas ou redes passivas. Redes Ponto a Ponto: uma fibra (ou um par de fibras) é dedicada a cada usuário. Isto permite uma grande flexibilidade para introdução de novos serviços, com segurança das informações, pois não há compartilhamento de banda. A desvantagem desta topologia é a necessidade de várias fibras e dutos, consequentemente tem-se um alto custo de instalação. Na central (Central Office) há a necessidade de um equipamento dedicado a cada usuário, aumentando o consumo, o espaço ocupado e reduzindo a confiabilidade, pois aumentam os possíveis pontos de falhas. Figura 2 é uma representação de uma rede ponto a ponto. Central Usuários Figura 2 Exemplo de rede ponto a ponto, tem-se uma fibra (ou um par) dedicada a cada um dos usuários. As vantagens das redes ponto a ponto são: grande flexibilidade para introdução de novos serviços, não há compartilhamento de banda e segurança nos dados devido ao uso de fibras dedicadas. As desvantagens são: várias fibras e dutos devido à necessidade de ser ter fibras dedicadas a cada usuário, alto custo de instalação, grande quantidade de terminais, sendo um para cada cliente (maior quantidade de possíveis pontos de falha), grande consumo de potência e a necessidade de grande espaço na estação.

14 Redes ativas: a conexão entre a central e a rede é feita por uma única fibra até um equipamento intermediário, este localizado próximo aos usuários finais. Deste equipamento é feita a distribuição do tráfego, como pode ser observado na Figura 3. Nó ativo Central Usuários Figura 3 Rede óptica ativa, a rede possui um elemento ativo. Com esta topologia têm-se grandes ganhos em relação às redes ponto a ponto, pois o número de fibras e dutos é menor e reduz-se o consumo de energia e espaço na estação. Como há um elemento ativo na rede, isto exige uma infra-estrutura para este elemento contendo alimentação e exigindo manutenção. Por estar exposto às intempéries o equipamento deve suportar grandes variações de temperatura, vibração, umidade e ainda prover segurança contra vandalismo. As vantagens das redes ativas em relação às redes ponto a ponto são: um número de fibras e dutos menor, consumo na estação menor, espaço na estação menor. As desvantagens são: compartilhamento de banda, menor segurança, elemento ativo na rede exigindo alimentação, manutenção, alta temperatura de operação e segurança contra vandalismo. Redes Passivas: Nestas redes não há elementos ativos, apresentando um custo de implantação menor, pois não há a necessidade de infra-estrutura para este elemento. A ausência de elementos ativos reduz os custos de manutenção e há em conseqüência, um aumento da confiabilidade da rede. Um exemplo pode ser observado na Figura 4.

15 Divisor Central Usuários Figura 4 Rede óptica passiva (PON). Pelas vantagens apresentadas, as redes ópticas passivas (Passive Optical Network PON) têm sido largamente utilizadas. As vantagens das redes passivas em relação às outras são: rede totalmente passiva, custo de instalação e manutenção reduzida. As desvantagens são: compartilhamento de banda, menor segurança das informações devido ao compartilhamento de banda. Como descrito anteriormente, nas arquiteturas ponto a ponto cada link possui uma fibra dedicada e, na topologia ponto - multiponto com uma rede ativa, cada usuário é ligado por sua fibra ao elemento ativo da rede. Nestas redes a fibra óptica provê apenas a conexão entre os elementos do sistema, já nas redes PON há a multiplexação óptica executada de forma passiva pela rede óptica, deste modo colisões podem ocorrer e técnicas devem ser empregadas para evitá-las. No sentido central usuário as redes PON distribuem o sinal igualmente a todos os usuários através de um divisor passivo. Este tráfego é comumente chamado de downstream, enquanto que no sentido inverso, (usuário central), ou tráfego upstream, a central controla o envio de informações evitando colisões, esta técnica é chamada de Time Division Multiple Access (TDMA) onde cada usuário envia individualmente seus dados à central através de uma solicitação desta. O tráfego upstream é chamado de tráfego ponto a ponto, enquanto o tráfego downstream tem a característica ponto-multiponto. Devido ao emprego da técnica de múltiplo acesso TDMA, as redes PON são chamadas de redes PON-TDM.

16 As redes PON-TDM tem sido largamente utilizadas e regulamentadas por órgãos internacionais como o Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) [ 3 ] e o International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector (ITU- T) [ 4 ] e, existem soluções comerciais disponíveis segundo estas recomendações como Broadband-PON (BPON), Gigabit PON (GPON) e Ethernet PON (E-PON) [ 3, 4 ]. Uma rede PON pode ser definida como um conjunto de elementos de rede assim denominados: - OLT Elemento concentrador que é instalado na central, possui uma ou mais interfaces PON que se conectam à rede óptica passiva; - ODN É a rede óptica totalmente passiva composta pelas fibras ópticas, divisores de potência óptica, conectores, e demais componentes da infra-estrutura de rede. A ODN conecta as interfaces PON às ONUs; - ONU É a terminação de rede, converte o sinal em sua interface PON para elétrico de modo a disponibilizar os serviços ao usuário da rede. De modo inverso, converte os sinais das interfaces de usuário de elétrico para para ser entrega à ODN; - EMS Sistema de gerenciamento de rede que permite operar o sistema como um todo além de possibilitar a visualização de alarmes e monitorar desempenho da rede através dos indicativos de taxa de erros. As redes PON permitem o tráfego de uma grande quantidade de informações e, portanto, é imprescindível que estas tenham um alto grau de segurança contra falhas. A recomendação G.983.1 [4] da ITU-T define quatro tipos de proteção para as redes PON, tipos A, B, C e D.

17 Proteção Tipo A Neste tipo de proteção, a fibra que concentra todo o tráfego, conexão da porta PON da OLT à rede, possui dois caminhos possíveis: um de trabalho normal, utilizado quando nenhuma falha é detectada na linha, e um caminho alternativo de proteção, utilizado em caso de falha na linha principal, conforme Figura 5. ONU-1 principal Chave óptica ONU-2 2:N OLT ONU-N reserva Controle de chaveamento Figura 5 Proteção tipo A, proteção da fibra de conexão OLT-Rede. A interface PON quando detecta um rompimento da fibra, comanda uma chave óptica e passa a utilizar a fibra de proteção para o tráfego de dados. Neste esquema de proteção apenas a rede tem redundância e, portanto não há proteção contra falha no equipamento. Na Figura 6 temos um diagrama detalhado de uma possível implementação da proteção descrita. ONU#1 ONU#2 ONU#N Inte rface óptica Inte rface óptica Inte rface óptica 2:N principal reserva : 95/5% Chave óptica OLT Interface óptica Detector de potência e controle de comutação Figura 6 Diagrama em blocos de uma implementação para a proteção tipo A.

18 Proteção Tipo B Neste esquema de proteção as interfaces PON na OLT são duplicadas. Quando uma falha (no equipamento ou na fibra) é detectada, a interface PON reserva assume o tráfego. Esta duplicação de interface implica em que a interface PON reserva fique em um estado de espera, fora de operação, quando a principal está operando, conforme mostra a Figura 7. ONU-1 ONU-2 ONU-N 2:N principal reserva OLT INTF: Interface Figura 7 Proteção tipo B, proteção da fibra e interfaces ópticas na OLT. Em relação ao tipo de proteção A, o custo é mais alto, pois além da duplicação da rede os equipamentos devem ser duplicados. Proteção Tipo C No tipo C há a duplicação da rede e dos equipamentos, tanto para as interfaces PON das ONUs quanto para as interfaces PONs das OLTs, conforme mostra a Figura 8. ONU-1 ONU-2 ONU-N principal 2:N 2:N reserva OLT INTF: Interface Figura 8 Proteção tipo C, duplicação das interfaces ópticas nas ONUs, OLTs e rede.

19 Ao contrário do esquema anterior as interfaces PON de proteção podem operar tratando tráfego de menor prioridade, chamado de tráfego não prioritário que, em caso de uma falha, é descartado para que o tráfego principal seja protegido. A desvantagem em relação a outros esquemas de proteção é a duplicação da rede (uma rede principal opera na ausência de falha, caso contrário, a rede reserva e as interfaces PON de proteção entram em operação) e dos equipamentos. Isto faz com que esta seja uma solução com um custo mais elevado além da implementação ser mais complicada, devido à necessidade de um número maior de fibras. Proteção Tipo D O tipo D caracteriza-se pela proteção da rede (ODN) e dos equipamentos, ao contrário do esquema C onde as interfaces de proteção e de trabalho utilizam redes próprias (uma rede principal e outra reserva). Nesta topologia há uma duplicação total capaz de suportar múltiplas falhas, seja na rede ou nos equipamentos. Os equipamentos operam como no Tipo C, operando com dados não protegidos, porém existe total independência entre a comutação nas OLTs, ONUs e ODN, conforme mostra a Figura 9. ONU-1 ONU-2 2:N principal 1:2 principal OLT ONU-N 2:N reserva 1:2 INTF: Interface reserva Figura 9 Proteção tipo D, duplicação total, de interfaces e da rede.

20 Nossa proposta de trabalho é uma alternativa a estas topologias utilizando uma rede em anel com a capacidade de recuperar o tráfego em caso de múltiplas falhas na ODN sem a necessidade de duplicação de equipamentos e uso de redes complexas como no caso das proteções C e D, a Figura 10 ilustra este tipo de proteção. 1 2 2 1:2 1 1:2 ONU Chave óptica Controle de chaveamento CWDM 1490 nm Rx 1310 nm Tx ONU-2 ONU-1 ONU-N 2 1 1:2 OLT (a) (b) Figura 10 Topologia proposta para a rede PON com proteção em anel, (a) ONU e (b) OLT na representação do anel.

21 2 REDES PON As redes de acesso baseadas em fibra óptica podem ser classificadas em 2 tipos conforme discutido no capítulo anterior: Redes ponto a ponto e redes ponto multiponto, que podem ser ativas ou passivas. As redes ponto multiponto passivas têm se tornado popular para prover acesso em banda larga pois, quando comparada com as redes ponto a ponto e ponto multiponto ativas, é a que proporciona o menor custo. A ausência de elementos ativos, evitando custos de manutenção e infra-estrutura de alimentação, são os principais motivos que tornaram as redes ópticas passivas (PON) mais baratas e em conseqüência, largamente empregadas [ 1 ]. Existem 4 tipos de tecnologias PON que têm recebido atenção e atualmente têm sido empregadas e normalizadas: Broadband PON (BPON), Gigabit PON (GPON), E- thernet PON (EPON) e Giga bit Ethernet PON (GE PON). B-PON é a tecnologia mais madura, que tem sido discutida desde 1995 pelo grupo Fulll Service Access Network group (FSAN). O FSAN foi criado por um grupo de operadoras de Telecomunicações, cujo objetivo era dar diretrizes para a criação de normas relacionadas com equipamentos de acesso e, consequentemente, proporcionar uma redução nos custos destes equipamentos. Hoje o FSAN possui mais de 50 membros, sendo composto pelas principais operadoras de telecomunicações no mundo, laboratórios, fabricantes de equipamentos e atua em conjunto com organismos internacionais de regulamentação e normalização como ATM fórum, ITU-T, ETSI e ANSI. Como conseqüência dos estudos do FSAN e, de sua atuação junto à ITU-T, foi definida a série de normas G.983.x para o B-PON, que são: G.983.1 (1998, primeira edição e, 2005 a edição mais recente), Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON);

G.983.2 (2002), ONT management and control interface specification for B- 22 PON; G.983.3 (2001), A broadband optical access system with increased service capability by wavelength allocation; G.983.4 (2001), A broadband optical access system with increased service capability using dynamic bandwidth assignment; G.983.5 (2001), A broadband optical access system with enhanced survivability. O B-PON é baseado em Asynchronous Transfer Mode (ATM) e por esta razão inicialmente era chamado de A-PON. A norma G.983 aboliu esta nomenclatura e adotou o B- PON, pois este é um termo que descreve de modo mais claro uma tecnologia que cobre vários tipos de serviços e taxas de bits. A arquitetura de rede utilizada pelas normas G.983.x é definida da seguinte maneira, o elemento de agregação de tráfego é a Optical Line Terminal (OLT) que utiliza a rede óptica, denominada de Optical Distribution Network (ODN), para conectar-se aos usuários. Estes por sua vez conectam-se à rede utilizando diretamente a fibra óptica (esta configuração é chamada de Fiber To The Home FTTH) sendo que, o elemento que provê os serviços é denominado Optical Network Termination (ONT). Outro método para conectar o usuário à rede é através de uma solução mista utilizando cabos de cobre e fibra. Nestes casos temos a Optical Network Unit (ONU), como sendo o elemento responsável pelo interfaceamento Fibra-Cobre (estas configurações são chamadas de Fiber To The Curb FTTC, Fiber To The Cabinet FTTCab ou ainda Fiber To The Building). O elemento que provê os serviços para o usuário nestes casos é chamado de Network Termination (NT). No caso do FTTB a fibra ótica chega à ONU instalada na entrada de um prédio e que por sua vez conecta os vários usuários via cabos de cobre, vide Figura 11.

23 FTTB NT ONU Fibra óptica CENTRAL FTTH ONT Fibra óptica Divisor ONU: Optical Network Unit FTTC NT Cobre Lc ONU Fibra óptica Fibra óptica Fibra óptica OLT ONT: Optical Network Termination OLT: Optical Line Termination NT: Network Termination FTTH: Fiber To The Home FTTCab NT Lcab > Lc Cobre Lcab ONU FTTB: Fiber To The Building FTTCab: Fiber To The Cabinet FTTC: Fiber To The Curb Lcab: Distância utilizando o cobre no caso de FTTCab Lc: Distância utilizando o cobre no caso de FTTC. Figura 11 Arquitetura da rede B-PON. Os componentes que formam a rede B-PON são: - OLT: Optical Line Termination, é o equipamento de concentração que interliga a rede de acesso à rede de telecomunicações de uma operadora. A OLT executa 3 funções principais: interface de rede ou seja, executa o interfaceamento da OLT com as grandes redes de telecomunicações baseadas principalmente em SDH e/ou WDM, Multiplexação/demultiplexação dos sinais vindos das interfaces de rede e das ONUs, alocação/extração dos dados em células ATM, terminação óptica: onde se encontram os conversores eletros e -elétricos que são conectados à rede passiva. - ONT: Optical Network Termination, é o equipamento que é instalado na residência do usuário, com este equipamento se constroem as redes FTTH; - ONU: Optical Network Unit: é o equipamento que pode estar localizado fora do ambiente do usuário permitindo que se possam utilizar outras tecnologias para o acesso direto do usuário aos serviços. Com a ONU se constroem as redes FTTB, FTTC e FTTCab.

24 Apesar dos termos ONT e ONU terem significados e aplicações distintas a norma utiliza o termo ONU de modo genérico. As funções da ONU são similares às da OLT. Somente o interfaceamento que, neste caso, é feito entre os sinais de usuário e a rede PON. Cada OLT pode se conectar em até 32 ONUs, através da divisão do sinal efetuado por divisores s passivos presentes na rede. A máxima distância entre a OLT e a ONU é de 20km, esta distância é limitada principalmente pelo nível de potência óptica recebido pela ONU. Para o cálculo das atenuações deve-se levar em conta que o tráfego na rede é feito bidirecionalmente e para uma melhor separação entre os sinais é empregado 2 comprimentos de onda, dowstream e 1,310µ m para upstream. 1,490µm para a direção Normalmente as ONUs estão localizadas a diferentes distâncias da OLT e o tráfego upstream deve ser sincronizado para que não ocorram colisões. Para isto a OLT emprega um processo chamado de ranging, onde é medida a distância entre cada ONU e a OLT. Com a informação de distância, a OLT comanda cada ONU para inserir um a- traso em suas transmissões de dados. Para medir esta distância a OLT envia uma solicitação de ranging (Ranging Grant) para cada ONU e, ao receber esta solicitação cada uma delas responde à OLT enviando dados upstream. A distância de cada ONU é então calculada baseada no tempo decorrido entre o envio da solicitação de ranging e o recebimento da resposta de cada uma das ONUs. O atraso é calculado com base nesses tempos considerando a ONU mais distante como referência (a ONU mais distante não precisa atrasar o envio de informações upstream). Cada ONU terá um atraso próprio no envio do seu sinal upstream como se, virtualmente, todas estivessem a uma mesma distância da OLT. Neste caso (todas as ONUs a uma mesma distância) não há colisão, pois os sinais chegam à OLT na seqüência definida por esta. A Figura 12, a seguir ilustra o processo:

25 ONU ONU ONU Distância Divisor Divisor Divisor OLT Respostas sem equalização Atrasos para equalização Tempo Respostas com equalização: o atraso de cada ONU tem o mesmo resultado como se todas estivessem à mesma distância da OLT. Figura 12 Processo de ranging para a determinação dos atrasos de transmissão das ONUs. A transmissão no sentido OLT ONU (downstream) e na direção ONU OLT (upstream) podem ter uma taxa de bit de 155Mbit / s ou 622Mbit / s. No caso de uma taxa 155Mbit / s de downstream e upstream, 54 células ATM de 53 bytes cada, são transmitidas pela OLT juntamente com 2 células chamadas Physical Layer Operation And Management (PLOAM), que são responsáveis pelas informações de alocação de banda, desempenho, sincronismo e manutenção. No sentido inverso, cada ONU envia um frame de 53 células de 56 bytes onde 3 bytes de cada célula são utilizados para sincronismo entre células e sincronismo do frame. Através das células PLOAM é que a OLT controla a transmissão de cada ONU da rede. A transmissão da OLT é feita de modo contínuo e, na recepção o sinal é recebido em rajadas de acordo com o comando de permissão de transmissão enviado a cada uma das ONU. Antes de serem transmitidos da OLT os dados devem ser separados usando o processo de churning. Durante esse processo, cada ONU deve informar à OLT sua identifica-

26 ção, de modo que os dados destinados a ela não sejam processados pelas outras ONUs da rede. Todas as ONU recebem informações de modo completo, sem seleção prévia, mas cada uma trata apenas as informações que lhe são endereçadas. No sentido do upstream, cada ONT deve somente transmitir os dados para a OLT depois de receber uma solicitação desta, identificando o número do timeslot a ela destinada. No caso de uma taxa de 622Mbit / s de dowstream o frame contém 4 vezes o número de células do caso anterior, ou seja 216 células ATM e 8 células PLOAM. Para uma taxa de 622Mbit / s de upstream 212 células de 56 bytes são transmitidos por cada ONU. 2.1 GPON Objetivando um acréscimo na capacidade das redes baseadas em BPON, a ITU-T desenvolveu uma série de recomendações para uma rede PON com taxa na ordem de Gbit/s. As recomendações são: G.984.1 (2003) Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics G.984.2 (2003) Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification G.984.3 (2004) Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer specification G.984.4 (2004) Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): ONT management and control interface specification G.984.5 (2007) Enhancement band for gigabit capable optical access networks

27 Existem muitas similaridades entre o G-PON e o B-PON, pois as recomendações ITU-T G.984.x foram baseadas nas normas do B-PON. Por exemplo, a arquitetura de rede do G-PON e seus componentes segue a recomendação G.983.1, que é do B-PON. Apesar da similaridade o G-PON e o B-PON não são compatíveis entre si, ou seja, uma OLT ou ONU do G-PON não pode operar em uma rede baseada em B-PON, mesmo que ambas tenham a mesma taxa de linha. Como pode ser observado a seguir, algumas das taxa da linha do G- PON coincidem com as do B-PON. - 155 Mbit/s up, 1.2 Gbit/s down; - 622 Mbit/s up, 1.2 Gbit/s down; - 1.2 Gbit/s up, 1.2 Gbit/s down; - 155 Mbit/s up, 2.4 Gbit/s down; - 622 Mbit/s up, 2.4 Gbit/s down; - 1.2 Gbit/s up, 2.4 Gbit/s down; - 2.4 Gbit/s up, 2.4 Gbit/s down. Cada OLT pode se conectar em até 64 ONUs, em uma distância lógica máxima de 60km entre OLT ONU (a distância lógica é independente do meio de transmissão, a distância máxima real depende dos parâmetros de atenuação da rede). O tráfego na rede é feito bidirecionalmente e para uma melhor separação entre os sinais é empregado 2 comprimentos de onda, 1480 a 1500nm para a direção dowstream e 1260 a 1360 para upstream. Alem das taxas de linha, outra diferença reside na estrutura de multiplexação. Enquanto que no B-PON todo o trafego é mapeado em células ATM, no G-PON pode ser ATM, GPON Encapsulation Method (GEM) ou ambas conforme Figura 13.

28 Serviços ATM Outros serviços Camada 5 ou superior ATM T1/E1 TDM POTS VoIP Dados Video ATM: Asynchronous Transfer Mode AAL: ATM Adaptation Layer Camada 4 Camada 3 TCP+UDP etc IP GEM: GPON Encapsulation Method GTC: GPON transmission convergence IP: Internet Protocol AAL Ethernet TCP: Transmission Control Protocol Camada 2 Célula ATM Quadro GEM UDP: User Datagram Protocol VoIP: Voice over IP Quadro GTC TDM: Time Division Multiplexing Camada 1 Camada física: PON-PHY POTS: Public Old Telephone System PHY: Physical Interface Figura 13 Estrutura do GPON conforme ITU-T G.984.1. Esta estrutura de multiplexação (ATM/GEM) antes de ser enviada à linha recebe bytes de controle que serão responsáveis por segurança, sincronização e performance. Este novo frame, com os dados multiplexados a partir das estruturas ATM, GEM ou ambas e com os bytes de controle é chamado de GPON transmission convegence (GTC). O GTC possui dois planos, um responsável pela operação controle e gerenciamento da rede e outro responsável pela adaptação dos dados que serão transmitidos no frame. O controle e gerenciamento tratam do fluxo de tráfego entre as ONU e OLT, aplicando as técnicas de múltiplos acessos Time Division Multiple Access (TDMA) para sincronizar as transmissões de cada ONU evitando que ocorram colisões nos frames transmitidos. Outra função importante é o reconhecimento automático de cada ONU na rede. Com esta informação a OLT determina quando cada uma das ONU irá enviar seus dados, além de inserir um identificador para que cada ONU possa extrair corretamente os dados a que são destinados.

As informações no sentido OLT ONU são enviados igualmente a todas as ONU, deste modo é necessário mecanismos de segurança das informações. Para isto, utilizam-se técnicas de criptografia segundo o algoritmo Advanced Encrytption Standard (AES) definidos na recomendação ITU-T G.984.3. A medida de performance da rede é um parâmetro muito importante para que a qualidade de serviço seja garantida. Os parâmetros que determinam esta qualidade é a taxa de erro do sistema e o gerenciamento de banda para as ONU, estas funções são executadas pela camada GTC. O plano de adaptação executa a multiplexação das informações e controle, ou seja, aloca corretamente os quadros de informações, células ATM, quadros GEM ou ambos, e os bytes de controle no frame GTC que será enviado para a rede (camada física) que possui uma duração fixa de 125 µ s. Os dados TDM ou Ethernet, antes de receberem os bytes de controle pela camada GTC devem ser encapsulados para acomodar variações nos sinais que serão transportados. No caso dos dados TDM a freqüência pode variar dentro de limites específicos 29 (por exemplo, um sinal de 2Mbps tem uma variação permitida dentro do limite de ± 50 ppm, conforme a recomendação ITU-T G.703). O eficiente ecapsulamento de sinais TDM ou Ethernet é executado por um método chamado GPON Encapsulation Method (GEM). Este método é baseado na norma ITU-T G.7041 Generic Frame Procedure (GFP), é utilizado nas redes digitais síncronas (SDH). Com este método é possível transportar qualquer tipo de dado, TDM ou pacotes, como ilustra a Figura 14.

30 TDM Cabeçalho GEM GEM: GPON Encapsulation Method PLI 12 bits Port-ID 12 bits PTI 3 bits HEC 13 bits GEM-carga útil (transporte de informações) TDM: Time Division Multiplexing PLI: Payload Length Indicator PTI: Payload Type Indicator MAC DA MAC SA Comprimento do pacote Ethernet-carga útil (transporte de informações) FCS HEC: Header Error Control FCS: Frame Check Sequence MAC DA: MAC adress destination MAC AS: MAC adress Source Port-ID: Port Identification Figura 14 Estrutura do GEM. Os frames GEM são transportados transparentemente sobre o protocolo GTC. Na direção downstream os frames são transmitidos utilizando a fragmentação da carga útil isto é, mais de um payload (payload porção do frame que contém informações de cliente/útil) pode ser utilizado por frame para a mesma informação conforme exemplificado na Figura 15. Frame de dados a ser transportados Frame de dados a ser transportados PTI 000 Frame fragmentado#1 PTI 001 Frame fragmentado#2 PTI 001 Frame sem fragmentação PTI: Payload Type Indicator Figura 15 Fragmentação das informações de usuário. Na ONU o frame recebido é tratado de acordo com o PORT ID referente a cada ONU. Na direção upstream, cada ONU envia seus dados de acordo com o tamanho de payload GEM definido pela OLT.

31 O GEM possui um cabeçalho (GEM header), que tem a função de controle do quadro, e bytes de transporte de informações (GEM Fragment Payload). O GEM encapsula os dados utilizando um conjunto de bytes livres (Payload). De acordo com a freqüência do sinal de entrada, mais ou menos bytes são ocupados e, a utilização destes bytes é indicada por um registro no cabeçalho chamado de Payload Length Indicator (PLI). O sinal de usuário a ser encapsulado pelo GEM é armazenado em uma memória onde a leitura é definida pela freqüência de transmissão e a escrita definida pela freqüência do sinal de entrada (usuário). Caso a freqüência do sinal de entrada seja maior do que a de transmissão, a memória irá ser preenchida até que um limiar seja atingido e então, será incrementado o valor do PLI. No caso inverso, freqüência de escrita menor do que o de leitura, a memória será esvaziada até que o limiar seja atingido e o valor do PLI decrementado. Este processo é ilustrado na Figura 16. Frame GEM PLI Serviço TDM a ser transportado. Memória para o sinal de entrada Espaço ocupado na me mória pelos dados TDM de entrada. Port ID PTI HEC. Carga útil: Fragmentos TDM (tamanho variável) GEM: GPON Encapsulation Method TDM: Time Division Multiplexing PLI: Payload Length Indicator PTI: Payload Type Indicator HEC: Header Error Control Port-ID: Port Identification Figura 16 Mapeamento de um sinal TDM no frame GEM. Se todos os bytes do payload são utilizados para transportar um determinado sinal, a informação é fragmentada passando a ser transportada por mais de um frame. Com este método e possível transportar eficientemente pacotes Ethernet ou dados TDM. Por exemplo, no caso de dados Ethernet utiliza-se 95% da banda disponível do frame GEM.

32 2.2 E-PON Devido a explosão de serviços baseados em Ethernet, desenvolveu-se o conceito de Ethernet PON (E-PON), baseado nos estudos do grupo do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE 802.3 CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) chamado First Mile Task Force para o desenvolvimento desta tecnologia de acesso. A tecnologia E-PON é baseada em quadros Ethernet 802.3, Figura 17. A principal diferença entre o E-PON e o B-PON é a capacidade de transmissão de pacotes de tamanhos variáveis com até 1518 bytes. Esta característica permite o tráfego eficiente de pacotes IP. Quadro de linha Ethernet IEEE 802.3 Preâmbulo Endereço Destino Endereço Origem Compr/ Tipo Dados (Payload) FCS 8 bytes 6 bytes 6 bytes 2 bytes 46-1500 bytes 4 bytes Figura 17 Quadro Ethernet 802.3. Os bytes do quadro IEEE 802.3 são definidos a seguir: - Preâmbulo/SFD: Bytes de sincronização e localização do inicio do quadro; - Endereço Destino: (MAC-) Address do elemento de rede ao qual o pacote será enviado; - Endereço Origem: (MAC-) Address do elemento de rede que está originando o pacote; - Compr/Tipo: Comprimento do pacote;

33 - Dados (Payload): Bytes de informações de cliente/útil (todos outros campos são considerados parte do cabeçalho); - FCS: Frame Check Sequence. O valor é calculado no elemento de rede que irá transmitir seus dados e inserido no pacote. O elemento de rede receptor realiza o mesmo cálculo e compara seu FCS com o FCS recebido no pacote. Pacotes que tiverem erro de FCS serão descartados. Como nas tecnologias B-PON e G-PON, a rede E-PON é formada pelos equipamentos OLT (lado central), ONU (usuário) e a rede passiva (ODN), composta pelos divisores s, fibras ópticas, conectores, etc. A taxa de transmissão de upstream/downstream é de até 1Gbps (IEEE 802.3ah) para atendimento de 16 a 64 usuários e dependendo da taxa, são utilizados comprimentos de onda diferentes. Para uma taxa de linha de 125Mbps o comprimento de onda para upstream é de 1310nm e para downstream é de 1550nm, e para uma taxa de linha de 1,25Gbps o comprimento de onda upstream é de 1310nm e para downstream é de 1490nm. Para efeito de nomenclatura, quando a taxa de linha é de 1,25Gbps, chamamos de rede GE-PON, caso a linha seja 125Mbps a rede é denominada E-PON. O processo de comunicação entre os elementos da rede também são semelhantes às outras tecnologias PON. No sentido OLT ONU (tráfego downstream) todas as ONUs recebem o mesmo sinal, no sentido inverso ONU OLT (tráfego upstream), cada ONU envia seus dados seguindo os comandos da OLT. Os comandos da OLT são chamados de GATE e as respostas da ONU são chamados de REPORTS e são definidos pelo padrão IEEE 802.3ah. O protocolo que controla o envio de GATE e trata os REPORTS é o Multi Point Control Protocol (MPCP). A OLT envia os quadros IEEE 802ah para as ONUs pela mensagem GATE determinando o início da transmissão, o número de bytes do frame e informações

34 de sincronização. Para determinar o envio correto de informações para cada ONU, a OLT deve saber exatamente quantas e quais estão na rede. A detecção das ONU pode ser feita de duas maneiras, de modo automático ou pelo registro manual de cada ONU. Neste processo de identificação cria-se uma associação entre a ONU OLT onde será emulada uma conexão ponto a ponto. Para cada uma destas associações é definido um Logical Link Identifier (L- LID). Com o LLID as ONUs filtram os dados vindos da OLT, descartando os frames com os LLID que não pertencem à sua associação ONU-OLT. As mensagens de REPORT são enviadas da ONU para a OLT juntamente com os quadros contendo as informações de dados. As mensagens REPORT contém o tamanho da janela de transmissão dos próximos timeslots, baseados na quantidade de dados a ser enviado, armazenados no sistema de filas desta ONU. A OLT recebe a mensagem de REPORT da ONU ajustando o tamanho dos frames e o round-trip time (RTT), que será utilizado para evitar as colisões de dados na rede. O tráfego na rede E-PON tem as características descritas a seguir: 2.2.1 Tráfego Upstream Possui características multiponto-ponto onde as ONUs compartilham o mesmo meio de transmissão. Este tráfego é sincronizado pela OLT de modo que não ocorram colisões de dados na rede. A sincronização das ONUs é feita por um processo de ranging onde a central mede a distância de cada ONU e determina em que tempo cada uma irá transmitir. Para uma transmissão eficiente, emprega-se um processo de otimização de banda chamado Dynamic Bandwith Allocation (DBA), neste processo a OLT faz uma leitura da quantidade de tráfego enviado por cada ONU a rede e varia o número de time-slots de dados de cada uma em função deste tráfego. Quanto maior a necessidade de tráfego, maior é a janela de tempo disponibilizada. Deste modo mais informações são transmitidas.

35 2.2.2 Tráfego Downstream Tem características ponto multiponto, uma OLT envia dados para todas as ONUs da rede. Cada pacote tem um destinatário definido pelo Logical Link Identifier (LLID) presente no cabeçalho do quadro. As ONUs processam apenas os sinais que a pertence, definidas pelo LLID, descartando os demais. 2.3 COMPARATIVO ENTRE AS SOLUÇÕES DE ACESSO As soluções PON para acesso a banda larga apresentaram uma evolução cuja origem esteve fundamentada na tecnologia ATM, de onde surgiram o A-PON e o B-PON. A transmissão de dados downstream/upstream para estas tecnologias é feita por um frame ATM de 54 bytes cada. Apesar de similares em termos de taxas de transmissão downstream/upstream o B-PON prevê um comprimento de onda exclusivo (1550nm) para transmissão de sinal de TV sobre a rede. É importante notar que este sinal não sofre qualquer tratamento do B-PON, apenas é transmitido sobre a mesma rede em um canal (comprimento de onda) específico. Com a necessidade de um incremento na banda disponível e mantendo uma alta eficiência na transmissão de dados, surgiu a tecnologia G-PON. Esta é baseada nos princípios de transmissão do Synchronous Digital Hierarchy (SDH), mas preservando o ATM. como uma opção de transmissão. Os dados são transmitidos ou por quadros ATM ou por um frame GEM, incluindo técnicas de correção de erros e criptografia para segurança nos dados downstream. Com o G-PON conseguiu-se uma taxa de transmisão downstream/upstream de 2,4Gbps e um número de usuários maior, de 32 para o A/B-PON, passou-se para 64, para os mesmos serviços da tecnologia anterior.

Com o avanço das redes de pacotes baseados em Ethernet criou-se o E-PON 36 com taxas taxa de transmissão downstream/upstream de 125M sem transmissão de vídeo sobre a rede uma vez que o comprimento de onda downstream foi definido como 1550nm. Cabe salientar que o comprimento de onda de 1550nm foi escolhido para a transmissão de vídeo, pois neste lâmbda pode-se empregar amplificadores s baseados em Érbio (ED- FA) de modo a se conseguir uma relação sinal/ruído alta o suficiente para garantir um sinal de qualidade. Posteriormente surgiu o GE-PON com taxas de 1,25Gbps e vídeo sobre a rede, incluindo neste caso, técnicas de correção de erros para proteção de dados. O Quadro 1 e a Figura 18 resumem as principais diferenças entre as tecnologias apresentadas. SISTEMA PON A-PON (ATM-PON) B-PON (Broadband-PON) G-PON (Gigabit-PON) E-PON (Ethernet-PON) GE-PON (Gigabit Ethernet- PON) NORMA ITU-T G.983.1 ITU-T G.983.3 ITU-T G.984 IEEE802.3ah IEEE802.3ah TIPO DE FRAME ATM ATM / GEM Ethernet VELOCIDADE Up 155M/622M 155M/622M 2.4G 125M 1.25G Down 155M/622M 155M/622M 2.4G 125M 1.25G TIPO DE SERVIÇO Dados, voz. Dados, voz e vídeo Dados, voz e vídeo Dados, voz. Dados, voz e vídeo DISTÂNCIA 20km 20km 10km/20km 15km/30km 10km/20km NÚMERO DE USUÁRIOS COMP. DE ONDA 32 32 64 32 32 Up 1310nm 1310nm 1310nm 1310nm 1310nm Down 1550nm 1490nm (Data) 1490nm 1550nm 1490nm 1550nm (Video) Quadro 1 Comparativo entre as soluções PON.

37 B-PON quebra os dados em células ATM de 53-byte; G-PON aloca os dados em frames de tamanho variável (GEM frames) GE-PON transfere os frames Ethernet sem qualquer tratamento B-PON Sem correção de erros Ethernet frame ATM Ethernet frame ONU OLT downstream : criptografia para segurança dos dados. G-PON Ethernet frame ONU Correções de erros disponível GEM frame Ethernet frame OLT downstream : criptografia para segurança dos dados. GE-PON Correções de erros disponível Ethernet frame Ethernet frame Ethernet frame ONU OLT downstream signal: criptografia em estudo. Figura 18 Comparação das estruturas de frame para as tecnologias PON. A evolução das redes ópticas passivas mostra que, das tecnologias que surgiram as que dominam hoje é o G-PON e o GE-PON. O G-PON tem se firmado como solução para os mercados da Europa e América do Norte, enquanto que na Ásia o GE-PON tem se sobressaído. No Brasil a tendência é que seja adotado G-PON, pois existe ainda hoje uma grande demanda de transporte de sinais E1 ( 2048Kbps - TDM) para pequenas empresas que estão distantes das áreas de atendimento das grandes redes das operadoras. Sendo o G-PON mais eficiente para transporte de sinais TDM, principalmente pelo fato de utilizar tecnologias advindas de redes TDM como o ATM e o SDH, a escolha do G-PON parece ser o caminho das redes passivas no Brasil. O Time-Line das tecnologias PON é apresentado na Figura 19, onde destacamse as tecnologias G-PON e GE-PON como sendo as que estão disputando a preferência das operadoras para novas redes de acesso.

38 Bit rate (bps) 1G G-PON 100M 150M A-PON 600M B-PON FSAN, ITU-T GE-PON IEEE802.3 10M 1M STM PON FSAN, ITU-T FSAN, ITU-T 100k 1998 2000 2001 ADSL 2002 2003 2004 2005 Figura 19 Evolução das tecnologias PON.

39 3 COMPONENTES PASSIVOS DA REDE Os elementos que provêem o meio de transmissão nas redes de acesso PON são formados por componentes s passivos e recebem a denominação de Optical Distribution Network (ODN). Os componentes da ODN são: fibra óptica monomodo normalizada pela recomendação ITU-T G.652, conectores s e acopladores s. A transmissão do sinal na rede na direção downstream (OLT ONU) e upstream (ONU OLT) é feito em uma mesma fibra e para uma eficiente separação de canais dois comprimentos de onda são utilizados conforme Quadro 2. Quadro 2 Comprimentos de onda utilizados. Algumas características são fundamentais para o desempenho da ODN, como descrito a seguir: a) Transparência ao comprimento de onda de operação (optical wavelength transparency): todos os componentes s da ODN não devem ser sensíveis ao comprimento de onda de operação e devem operar para qualquer comprimento de onda na região de 1310nm e 1550nm ; b) Reciprocidade: um sinal em qualquer direção não deve sofrer alterações nas perdas através da rede; c) Compatibilidade com fibras monomodo: todos os componentes s devem ser compatíveis com as fibras monomodo conforme especificado na recomendação ITU- T Rec. G.652.

40 Algumas classes de redes ópticas são definidas para cada tecnologia de acesso, sendo que o desempenho em termos de alcance tem reflexo direto na qualidade da ODN. As classes são definidas como sendo a faixa de atenuação permitida pelas características dos componentes s presentes na rede para uma taxa de erros de 10 10 que estão descriminados no Quadro 3. Quadro 3 Classes de atenuação na ODN. Por exemplo, para a tecnologia G-PON ou B-PON uma rede que se enquadra na classe A oferece uma perda mínima de 5dB de atenuação, enquanto que 20dB é a maior atenuação permitida para a taxa de erros de 10 10.