apresentacao tcc heitor_final

Aluno: Heitor Bruno Oliveira GalvãoOrientador: Prof. MSc. Guilherme Enéas Vaz Silva

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REDES ÓPTICAS PASSIVAS(PONS): TOPOLOGIAS E TÉCNICAS DE

ACESSO MÚLTIPLO NOS SISTEMAS DE

TELECOMUNICAÇÕES

Universidade Estadual do Piauí - UESPI

SUMÁRIO

1. Introdução

2. Redes ópticas passivas baseadas em multiplexação por divisão no tempo (TDM - PON)

3. Redes ópticas passivas baseadas em multiplexação por divisão em comprimento de onda (WDM - PON)

4. Redes ópticas passivas baseadas em multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM - PON)

5. Redes ópticas passivas baseadas no acesso múltiplo por divisão de códigos (OCDMA - PON)

6. Conclusão e trabalhos futuros

7. Referências bibliográficas

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1. INTRODUÇÃO

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➢ Aumento da transferência de dados nas redes de telecomunicações;

➢ Necessidade de uma infraestrutura de rede que atenda as exigências dos usuários;

➢ As redes de telecomunicações possuem a seguinte divisão considerando proporções de trabalho e transferência de informações: core, metropolitana e acesso;

➢ Redes ópticas Ativas (AONs) vs Redes Ópticas Passivas (PONs).

1. INTRODUÇÃO

4

Figura 1 - Divisão das redes ópticas considerando proporções de trabalho e taxa de transferência de informações.

1. INTRODUÇÃO

5

Figura 2 - Estrutura das PONs.

1. INTRODUÇÃO

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Componentes das PONs:

Figura 3 - OLT.

Figura 5 – ONU.

Figura 4 – Splitter.

1. INTRODUÇÃO

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➢OBJETIVO GERAL:

Estudar e a analisar as Redes Ópticas Passivas tornando esse trabalho uma boa referência em respeito a análise de redes ópticas passivas atuais e futuros.

➢OBJETIVO ESPECÍFICOS:

Efetuar o estudo das TDM – PONs;

Analisar as WDM – PONs;

Estudar as OFDM – PONS;

Examinar e explorar as OCDMA-PONs;

Analisar os resultados obtidos para assegurar a eficácia da pesquisa proposta.

2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (TDM– PON)

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No capitulo 2 abordaremos:

➢Princípios básicos do TDM – PON;

➢Acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA);

➢Tipos de topologias físicas;

➢Implementação computacional de uma rede GPON de 64 ONUs.

2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (TDM– PON)

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Princípios básicos do TDM – PON:

Figura 6 -Tráfego no upstream.

2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (TDM– PON)

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Princípios básicos do TDM – PON:

Figura 7 -Tráfego no dowstream.

2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (TDM– PON)

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Acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA):

➢Slots Temporais;

➢Sistema Determistico: alocações de canais fixos;

➢Gerenciamento de tráfego: fixo (baixa qualidade) e variável (algoritmos complexos para melhorar a eficiência);

➢Problemas de segurança: ataque por falta de serviço, ONU mascarada, escuta não-autorizada.

2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (TDM– PON)

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As principais tecnologias usadas no TDM – PON são:

➢BPON (Broadband – PON): downstream - 155 Mb/s, upstream - 622 Mb/s, norma ITU-T G983.1 Recommendattions;

➢o EPON (Ethernet EPON): downstream e upstream - 1 Gbps, norma G.984.x ITU-T, escalabilidade; padrão inicial normatizado pela padrão IEEE 802.3ah, novo padrão P802.3av.

➢o GPON (Gigabit PON): downstream - 1,25 Gbps ou 2,5 Gbps, upstream - 155 Mbps, 666 Mbps, 1,25 Gbps ou 2,5 Gbps, norma G.984.x ITU-T, escalabilidade;

➢XG-PON (10 Gigabit - capable PON): upgrade do GPON, downstream – 10 Gbps, usptream – 2,5 Gbps, norma: ITU-T G.987.

2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (TDM– PON)

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Tipos de topologias usadas no TDM – PON:

➢As PONs baseadas em TDM possuem três tipos de topologias: barramento, anel e árvore, além das topologias hibridas.

Figura 9 -Topologia em Anel. Figura 8 -Topologia em Barramento.

2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (TDM– PON)

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Implementação computacional de uma rede GPON:

Figura 10 -Área de Trabalho do Optisystem.

2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (TDM– PON)

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Implementação computacional de uma rede GPON:

Figura 11 -Distância entre o Terminal de Linha Óptico e o divisor óptico passivo de 20 Km e 60 Km.

2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (TDM– PON)

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Implementação computacional de uma rede GPON:

Figura 12 -Alcance diferencial que a fibra óptica pode assumir de 20 Km e de 60 Km.

3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)

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No capitulo 3 abordaremos:

➢ Os princípios do WDM – PON;

➢A técnica de acesso múltiplo por divisão de comprimento de onda (WDMA);

➢Esquema de migração nas PONs

3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)

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Princípios do WDM – PON:

➢ Usa comprimentos dedicados para cada usuário;

➢Maximizar a largura de banda para os usuários finais, comparado com o TDM – PON;

➢O Array Waveguide Grating (AWG) substitui o splitter da rede TDM – PON;

➢ O AWG atua como multiplexador, demultiplexador, Optical Add-Drop Multiplexer (OADM), Optical Cross Connect (OXC), como compensador de dispersão.

3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)

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Princípios do WDM – PON:

Figura 13 -Estrutura da rede WDM-PON.

3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)

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TDMA vs WDMA:

➢ Acessso múltiplo por divisão de comprimento de onda (WDMA): utiliza a fibra óptica como meio para fornecer um comprimento de onda específico para cada ONU;

➢O WDMA comparado com o TDMA dispensa uso de algoritmo de alocação dinâmica de largura de banda;

➢Cada transmissor da ONU opera com um comprimento de onda especifico, aumentando o custo de manutenção da rede.

3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)

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Migração nas PONs:

Figura 14 -Esquema de Migração.

3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)

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Migração nas PONs:

Figura 15 -Estrutura dos filtros usado no WC.

3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)

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Migração nas PONs:

Figura 16 -Taxa de Erro vs Potência recebida (Downstream).

3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)

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Migração nas PONs:

Figura 17 -Taxa de Erro vs Potência recebida (Upstream).

4. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQUÊNCIA ORTOGONAL (OFDM– PON)

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No capitulo 4 abordaremos:

➢Princípios do OFDM;

➢Geração de supercanal óptico;

➢Simulações computacionais usando a técnica Recirculating Frequency Shifting.

4. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQUÊNCIA ORTOGONAL (OFDM– PON)

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Princípios do OFDM:

➢O sinal OFDM (f OFDM ) pode ser representado de acordo com a equação 1:

onde w

n é a frequência angular, onde são utilizadas funções sen(w

nt) e cos(w

nt)

com o objetivo de conseguir a parte real e imaginária respectivamente do simbolo m(t) e R refere-se a parte real.

4. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQUÊNCIA ORTOGONAL (OFDM– PON)

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Princípios do OFDM:

Figura 18 - Modulador OFDM básico.

4. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQUÊNCIA ORTOGONAL (OFDM– PON)

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Geradores de pentes ópticos de frequência:

Figura 19 - Esquema da técnica de deslocamento por recirculação de frequência.

4. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQUÊNCIA ORTOGONAL (OFDM– PON)

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Implementação computacional de um gerador de pente óptico através da técnica de deslocamento por recirculação de frequência:

Figura 20 - 23 portadoras espaçadas a 12.5 GHz com espaçamento plano e com espaçamento diferentes.

5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE CÓDIGOS (OCDMA - PON)

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Tópicos:

➢Princípios do OCDMA ;

➢Simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em múltiplos comprimentos de onda (MWOOC).

5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE CÓDIGOS (OCDMA - PON)

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Princípios do OCDMA :

➢ Primeiras aplicações;

➢CDMA foi aplicado nas redes ópticas (OCDMA).

➢OCDMA incoerente e coerente;

➢OCDMA incoerente: i). Codificação de intensidade no domínio temporal, ii). Codificação de intensidade no domínio espectral, iii). Codificação de fase espacial;

➢OCDMA coerente: i). Codificação de fase espacial.

5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE CÓDIGOS (OCDMA - PON)

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Princípios do OCDMA :

➢Códigos unidimensionais (1D) e bidimensionais (2D);

Figura 21 - Codificação unidimensional no domínio do tempo.

5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE CÓDIGOS (OCDMA - PON)

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Princípios do OCDMA :

Figura 22 - Codificação bidimensional.

5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE CÓDIGOS (OCDMA - PON)

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Princípios do OCDMA :

Figura 23 - Principais problemas de segurança em OCDMA.

5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE CÓDIGOS (OCDMA - PON)

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Simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em múltiplos comprimentos de onda (MWOCC) :

➢Os Códigos Ópticos Ortogonais com Múltiplos Comprimentos de Onda (MWOOC):(MxN,λ

a,λ

c)

➢Parâmetros analisados: taxa de erro de bit (Pe) e probabilidade de quebra de

codificação (Pq) de uma sequência em OCDMA.

5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE CÓDIGOS (OCDMA - PON)

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Simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em múltiplos comprimentos de onda (MWOCC):

Figura 24 - Simulação da Probabilidade de Erro de Bit (Pe) de acordo com (DYANG et al., 2004): (a) N = 7, w = 5, P

hii = 1 e p = 9; (b) N = 31, w = 4, P

hi = 2, p = 7; (c) N = 41, w = 4, P

hi=

3, p = 11 e (d) N = 47, w = 5, Phi

= 2, p = 11.

5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE CÓDIGOS (OCDMA - PON)

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Simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em múltiplos comprimentos de onda (MWOCC) :

Figura 25 - Novo cenario de simulação da Probabilidade de Erro de Bit (Pe) usando como parâmetro de variação a ponderação w e o número de comprimentos de ondas p: (a) N = 7, w = 5, P

hi=1 e p = 9; (b) N = 31, w= 6, P

hi = 2, p = 9; (c) N = 41, w = 6, P

hi=3, p = 13 e (d) N = 47, w =

7, Phi

= 2, p = 13.

5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE CÓDIGOS (OCDMA - PON)

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Simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em múltiplos comprimentos de onda (MWOCC) :

Figura 26 - Primeiro cenário e segundo cenário

6. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS

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➢TDM – PONs;

➢WDM – PONs;

➢OFDM – PONs;

➢OCMA – PONs;

➢Trabalhos futuros: usar sistemas inteligentes para inferir qual o melhor tipo de Rede Óptica Passiva hibrida.