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João Pires EITT(10/11) 1
Empreendedorismo, Inovação e Transferência de Tecnologia
Acesso em telecomunicações usandofibra óptica
João Pires (jpires@lx.it.pt)
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Sumário
1. Serviços e estrutura das redes de telecomunicações
2. Acesso usando fibra óptica
3. Ideia a explorar
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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).
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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.
Núcleo100s-1000s kmMalha
Metro10-100 kmAnel
Acesso<10 kmAnel, estrela, etc
Utilizadores
Na rede de núcleo e na rede metropolitana a topologia física é normalmente imposta
pela camada de transporte.
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).
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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).
POP#n
POP
Modem
Rede telefónica(Comutação de circuitos)
Rede de bandalarga (ATM)
ISP#1
ISP#2
ISP#n
Canal virtual permanente
Central local
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).
Par simétrico
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
Acesso à Internet
Serviço telefónico
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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.
Comutador
RP
ASRASR
ASR
CD
CD
CD CDCD
CD
Cabo de alimentacão(centenas de pares)
Cabos de pares simétricos
Cabo de distribuição(dezenas de pares)
Central Telefónica Local
RP: Repartidor principal ASR: Armário de sub-repartição CD: Caixa de distribuição
Sub-rede de alimentação ou transporte
Sub-rede de distribuição
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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.
DSLAM
Comutador telefónico
Multiplexador de Acesso ADSL
Rede telefónica
Acesso à rede IP, em ATM ou MPLS
Splitter+filtro
Modem ADSL
Splitter+filtro
Par simétrico
Instalação de assinante (ATU-R)
Central local (ATU-C)
PC
ModemRede de agregação
Rede de agregação
ATR-C (ADSL transceiver unit, central office ATR-R (ADSL transceiver unit, remote terminal
No acesso de banda larga a rede de acesso inclui para além do modem ADSL , osmultiplexadores de acesso DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), situados
no mesmo edifício onde se encontra a central local.
POPPOP
Point ofPresence
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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 DSL para aplicações em redes ISDN (RDIS). Suporta o acesso básico (2B+D) a 160 kbit/s e o acesso primário (30B+D) a 2.048 Mbit/s.
ADSL
ADSL2+
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).
SHDSL
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.
DSLBonding DSL Bonding: Agrega várias linha DSL para suportar débitos mais elevados.
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x-DSL ( Largura de banda/distância)
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000Dist (m)
Déb (kbps)VDSL2 ADSL2+ ADSL
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 0-8-0.9 km. Para distâncias superiores a 1.6 km, o ADSL2+ conduz a melhores resultados do que o VDSL2.
Fonte: José S. Brás, A Oferta de serviços de 3Play nas Redes Fixas, PT Comunicações, IST, Maio 2008
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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.
Fonte: http://connectedhome2go.com/2008/03/18/nielsens-law/
2005 – 2.3 Mbps
2010 – 17 Mbps
2015 – 129 Mbps
2020 – 980 Mbps
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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 fibraóptica na rede de acesso.
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Cabos de Fibra Óptica
Fonte: H. Kogelnik, OFC2008
Cabo de distribuiçãoCabo de distribuição
Cabo aéreo
Cabo blindado
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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.
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Arquitecturas de Rede(II)
• P2P
• P2MP
Central Local (OLT)
ONU
ONU
ONU
ONU
Central Local (OLT)
ONU
ONU
ONU
ONU
Ponto de derivação
O ponto de derivação pode ser activo ou passivo
Fibra de alimentação
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).
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.
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Ponto-Multiponto
• Estrela Activa ( Ethernet Activa)O ponto de derivação é um nó activo, normalmente um switchEthernet , 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).
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Redes Ópticas Passivas para FTT-x
ONU
ADSL ( < 6 km )
FTTEx
ONUADSL2+ ( <1.5 km )
FTTCab/N
ONU VDSL1( < 300 m )
FTTC
ONT
FTTH/B
NT
NT
NTConcentrador (UR)
OLT
Central Local
Fibra óptica
Cobre
OLT: Optical Line Termination ONT: Optical Network Termination
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
8 Mbit/s@3 km
24 Mbit/s@0.9 km
55 Mbit/s@0.3 km
100 Mbit/s@0.2 km VDSL2
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Detalhes da FTTH
• Redes de fibra num prédio
Cabo cabo vária dezenas de fibras
Caixa de distribuição do prédio
Caixa de distribuição do andar
Caixa de terminação
Conector
Fonte: Corning
Fibra insensível a curvas
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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.
• 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.
Laser
Receptor
Laser
Receptor
Laser
Receptor
Laser
Receptor
Repartidor/combinador
OLTNó de repartição
ONU 1
ONU N
1310/1490 nmmux/demux
1490 nm
1310 nm
ONU k
Max de 10 ou 20 km
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Utilizadores por Tecnologia de Banda Larga (Mundial)
Fonte: H. Kogelnick, “Perspectives on Optical Communications”, OFC 2008
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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).
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Referências• Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications, Wiley Interscience, 2006.
• Dirk Breuer et al. “Opportunities for Next-Generation Optical Access”, IEEE Communications Magazine, pág. S16-S24, Fevereiro 2011.
• J. M. Pedersen e M. T. Riaz “Bringing fiber to the home to rural areas in Denmark” 2nd International Symposium on Applied Sciences in Biomedicaland Communication Technologies, 2009, pág. 24-27, Nov. 2009, Bratislava, Eslováquia.
• R. E. Wagner, et. al. “Fiber-based broadband-access deployment in the UnitedStates,” Journal of Lightwave Technology, vol. 24, no. 12, pág. 4526-4539, Dez. 2006.
• H. Shinohara, “FTTH experiences in Japan,” Journal of Optical Networking, vol. 6, no. 6, pág. 616-623, Jun. 2007.