EITT acesso em fibra óptica - Técnico Lisboa · Instalação de assinante (ATU-R) Central local...

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João Pires EITT(10/11) 1 Empreendedorismo, Inovação e Transferência de Tecnologia Acesso em telecomunicações usando fibra óptica João Pires ([email protected])

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João Pires EITT(10/11) 1

Empreendedorismo, Inovação e Transferência de Tecnologia

Acesso em telecomunicações usandofibra óptica

João Pires ([email protected])

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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/[email protected] km

55 Mbit/[email protected] km

100 Mbit/[email protected] 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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10 GPON em Portugal

Fonte: Diário Económico

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Utilizadores por Tecnologia de Banda Larga (Mundial)

Fonte: H. Kogelnick, “Perspectives on Optical Communications”, OFC 2008

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FTTH/FTTB Panorama Internacional (2010)

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Implementações FTTH/B na Europa (2009)

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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.